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木耳菌糠炭的制备及其对印染废水吸附特性的研究

木耳菌糠炭的制备及其对印染废水吸附特性的研究

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作者：李卓冰东北电力大学

学位级别：硕士

印染废水中含有大量的亚甲基蓝和龙胆紫对人类和环境危害极大,是世界公认的水体中优先控制的污染物。本文以农林废弃物木耳菌糠为原料,采用KOH化学活化法活化法,制备了菌糠基活性炭,对菌糠基活性炭进行比表面积(BET)、扫描电镜(SEM)、... 详细信息

印染废水中含有大量的亚甲基蓝和龙胆紫对人类和环境危害极大,是世界公认的水体中优先控制的污染物。本文以农林废弃物木耳菌糠为原料,采用KOH化学活化法活化法,制备了菌糠基活性炭,对菌糠基活性炭进行比表面积(BET)、扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱仪(XPS)等实验方法对样品进行分析测试获得菌糠炭的物化特性,进而有效发掘特定生物质基活性炭去除印染废水中染料离子的潜力。以亚甲基蓝溶液为模型化合物,系统研究了活化温度、活化时间、吸附条件(吸附剂用量、溶液初始浓度和溶液p H值)对吸附剂脱除亚甲基蓝和龙胆紫性能的影响,并研究了吸附剂的吸附动力学、吸附等温线和内扩散动力学。(1)菌糠炭制备的研究结果表明:随着活化温度的升高,其比表面积先增大后减小,活化温度为780℃时,比表面积达到最大值1158.79 m/g,制备的M吸附剂对亚甲基蓝溶液的吸附性能最优。吸附温度30℃,吸附剂0.3 g时,溶液p H值为7时对亚甲基蓝的最大吸附容量为239.85 mg/g。(2)通过对菌糠生物炭材料结构和吸附性能的研究结果表明:菌糠炭材料主要由C元素和O元素组成,表面有大量的含碳、含氧的官能团,如羰基、羟基,芳香族化合物等。这些官能团的存在可以提高吸附性能。随溶液p H值的升高,亚甲基蓝分子越容易解离成带负电的离子形式,这使得菌糠炭对其的去除更加容易。(3)不同吸附剂对亚甲基蓝去除性能大小顺序为:M>M>M,在适宜条件下M、M、M对亚甲基蓝的吸附容量分别为239.85 mg/g、228.53 mg/g和210.66 mg/g。三种吸附剂的吸附过程均符合准二级动力学模型。M吸附剂对溶液的吸附符合Freundlich等温吸附模型。M和M对溶液的吸附符合Langmuir等温吸附模型。均属于自发放热过程,吸附以单层吸附为主。吸附通过π-π和氢键相互作用以及疏水效应进行。

关键词：菌糠炭化学活化法吸附动力学吸附特性

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菌糠及菌糠炭联合微生物修复石油污染土壤研究

菌糠及菌糠炭联合微生物修复石油污染土壤研究

引用

作者：张博凡中国石油大学(华东)

学位级别：硕士

针对石油烃污染土壤的严峻现状,微生物修复技术因其修复效果好、无二次污染等优势在土壤修复治理中应用越来越广泛。本研究通过从石油污染土壤中筛选高效石油烃降解菌,并以农业废弃物菌糠作为原材料,不同温度下限氧热解制备菌糠炭,将降... 详细信息

针对石油烃污染土壤的严峻现状,微生物修复技术因其修复效果好、无二次污染等优势在土壤修复治理中应用越来越广泛。本研究通过从石油污染土壤中筛选高效石油烃降解菌,并以农业废弃物菌糠作为原材料,不同温度下限氧热解制备菌糠炭,将降解菌分别吸附固定在菌糠及菌糠炭中,考察最佳吸附时间,吸附-降解石油烃速率,确定最佳载体材料,并模拟原位土壤修复,期间每隔特定时间测定土壤中石油烃含量、微生物数量及活性以及土壤基本理化性质等指标,探究最佳吸附方式及该方式下土壤修复机理。从老化石油污染土壤中筛选分离出8株石油烃降解菌,其中Q1和Q3对石油烃7 d降解率最高分别为45.50%,42.74%。由产表面活性剂性能测定可知,菌株Q1的排油圈直径最大,为5.3 cm,表面张力最低为31.78 m N/m,乳化性能最好,可达71%,其次是Q3。经16S r RNA分子生物学鉴定得菌株Q1、Q3分别属于苍白杆菌属和微杆菌属,将两菌株以1:1比例混合构建混合菌株QH,分别采用紫外分光光度法、重量法及色质联机的方法测定菌株Q1、Q3和QH对石油烃的降解效果,结果表明菌株QH的降解效果最好,紫外法、重量法测得其石油烃降解率分别为52.37%,59.29%。GC-MS法检测结果显示经QH菌群降解后的原油,对各碳链组分降解效果均优于上述两株单菌,对原油中碳链显示出更宽更好的利用范围。以菌糠为原材料,不同热解温度(250～650℃)下限氧热解制备菌糠炭,随着热解温度升高,菌糠炭p H值增大,H/C比值减少,碱性官能团含量增加,且均含有-OH、C-H、芳环C-H、C-C以及C=O等基团的伸缩及弯曲振动,电镜扫描图显示碳化温度升高,生物炭孔结构逐渐打开,550℃时出现骨架结构,其比表面积及孔体积达到最大值。通过分析菌糠及菌糠炭结构差异,探究其对微生物、石油烃吸附性能及固定化菌株QH对石油烃降解效果。结果表明:随着热解温度升高,菌糠炭对微生物吸附量提高,其中550℃菌糠炭吸附固定化量最高为2.375×10个/g,SEM扫面电镜结果显示菌株主要吸附在材料表面。BC550固定化微生物对总石油烃降解率最高,为62.04%,而菌糠固定化微生物对胶质、沥青质降解率最高,分别为19.67%,14.71%。吸附降解效果均与孔结构、芳香性相关关系显著,并最终确定选用菌糠及BC550菌糠炭作为固定化载体材料用于后续石油污染土壤的修复研究。经55 d土壤修复实验,固定化微生物组效果明显强于游离菌组及单独添加组,其中菌糠炭固定化微生物(BIM)组石油烃降解率最高,石油烃含量减少29.76 mg/g,固定化载体的保护效应使得外源降解菌成为优势菌群,微生物数量及活性优于其他实验组,明显缩短生物修复周期。此外,固定化微生物修复方式具有生物刺激与生物强化协同作用机制。

关键词：石油烃降解菌菌糠菌糠炭土壤修复固定化微生物

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