三裂叶豚草生物吸附剂对含Cu～（2+）污水处理研究

论文摘要

本论文是基于国家“973”科技计划项目“东北老工业基地环境污染形成机理及生态修复”的资助而开展的，试图研究东北地区的林业有害入侵植物三裂叶豚草对重金属离子的螯合能力，探索其作为一种来源丰富、成本低廉的新型生物吸附剂的可能性与潜力，期望在处理水体中重金属污染的同时，在一定程度上也限制该有害入侵植物的疯狂扩散，达到防止与利用相结合的双赢效果。同时，本论文还采用匀浆技术制备三裂叶豚草细胞团块或单细胞以及引入工程中的负压空化技术来进一步强化三裂叶豚草对重金属的吸附能力。本论文获得的主要结论为：1)三裂叶豚草的根、茎、叶、花蕾四个部位对Cu2+具有较强的吸附作用，且吸附能力的顺序为叶＞花蕾＞茎＞根。2)三裂叶豚草的匀浆体系微观组成有组织团块、细胞团块、单细胞、不规则团块组成，应用血球计数板计数法统计不同打浆时间各颗粒类型吸附剂的数量和比例，确定匀浆55秒时细胞团块与单细胞之和体系中存所占的比重最大。3)三裂叶豚草对Cu2+负压空化生物吸附中试结果表明，三裂叶豚草对Cu2+的吸附速度快，吸附40min基本上能够达到吸附平衡，吸附率达到89.77％，相应单位吸附率为3.59mg·g-1，此后随着吸附时间的增加吸附率变化较小；当[三裂叶豚草]∶[Cu2+]=1.25g·L-1∶50mg·L-1=25∶1时，假苍耳对Cu2+平均吸附率为89.91％，单位吸附率为3.59mg·g-1；含铜污水经生物吸附中试处理后Cu2+浓度由起始的50mg·L-1降为0.045mg·L-1，达到了饮用水1mg·L-1的国家标准。4)三裂叶豚草吸附剂对Cu2+离子的吸附量与Cu2+离子平衡浓度之间的关系分析表明，吸附剂对Cu2+离子的吸附符合Langmuir等温吸附模型和Freundlich等温吸附模型，但符合Langmuir等温吸附模型的程度更优，这说明Cu2+离子在三裂叶豚草吸附剂上的吸附行为大部分是单分子层的吸附，并用Langmuir等温吸附方程求出最大单位吸附值qm=4.76mg·g-1。5)为了探究三裂叶豚草吸附剂对水中重金属离子Cu2+的吸附机理，应用傅立叶红外光谱对吸附前后的吸附剂进行分析并比对，以确定Cu2+离子的吸附位点，分析结果显示三裂叶豚草吸附剂中氨基中的N原子和羧基与羰基中C=O的氧原子有关，另外吸附行为还与其他含氮基团中的N原子有关，比如CNO，这个基团可能参与了对Cu2+离子的吸附。本论文的完成，揭示了三裂叶豚草对重金属Cu2+的生物吸附规律，并通过匀浆单细胞制备技术和负压空化手段来提取其对重金属离子的吸附能力，初步探明了三裂叶豚草作为一种新型生物吸附剂的可能性与潜力。因此，本论文的开展对于开发一种新型的重金属生物吸附剂和相应水处理工艺及东北林业有害植物的综合防治提供了一定的理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 重金属离子的去除
• 1.2.1 化学法
• 1.2.2 物理化学法
• 1.2.3 生物化学法
• 1.3 生物吸附剂
• 1.3.1 细菌
• 1.3.2 真菌
• 1.3.3 藻类
• 1.3.4 高等植物组织
• 1.4 生物吸附剂吸附重金属离子的机理
• 1.4.1 细胞外络合作用
• 1.4.2 细胞壁表面络合机理
• 1.4.3 细胞吸收
• 1.4.4 离子交换机理
• 1.4.5 氧化还原机理
• 1.4.6 无机微沉淀
• 1.5 影响生物吸附的主要因素
• 1.5.1 pH值的影响
• 1.5.2 温度的影响
• 1.5.3 吸附时间的影响
• 1.5.4 重金属离子初始浓度的影响
• 1.5.5 吸附剂用量
• 1.5.6 化学预处理的影响
• 1.5.7 共存离子
• 1.6 吸附平衡及动力学模型
• 1.7 三裂叶豚草的特点
• 1.8 课题研究的意义
• 2 三裂叶豚草对 Cu（II）离子生物吸附的影响因素
• 2.1 实验材料与仪器设备
• 2+模拟溶液的配置及吸附材料的来源'>2.2 含 Cu²⁺模拟溶液的配置及吸附材料的来源
• 2+模拟溶液的配置'>2.2.1 含Cu²⁺模拟溶液的配置
• 2.2.2 三裂叶豚草吸附材料的来源
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 三裂叶豚草不同部位的吸附效果
• 2.3.2 吸附剂颗粒大小对吸附效果的影响
• 2.3.3 打浆时间与吸附剂尺寸的关系
• 2.3.4 打浆时间与匀浆体系的微观组成
• 2+实验'>2.3.5 三裂叶豚草叶肉单细胞吸附剂吸附Cu²⁺实验
• 2.4 分析方法
• 2.4.1 吸附率的测定
• 2.4.2 原子吸收光谱的原理
• 2+标准曲线'>2.4.3 Cu²⁺标准曲线
• 2.5 实验结果与分析
• 2.5.1 三裂叶豚草不同部位吸附效果
• 2.5.2 吸附剂颗粒大小对吸附效果的影响
• 2.5.3 打浆时间与匀浆体系的微观组成
• 2.5.4 打浆时间对吸附效果的影响
• 2.5.5 pH值对吸附效果的影响
• 2.5.6 吸附剂浓度对吸附效果的影响
• 2+浓度对吸附效果的影响'>2.5.7 Cu²⁺浓度对吸附效果的影响
• 2.5.8 体系温度对吸附效果的影响
• 2.6 本章小节
• 3 三裂叶豚草生物吸附含 Cu（II）污水中试研究
• 3.1 实验材料与仪器设备
• 3.2 负压空化柱的构造及其工作原理
• 3.2.1 负压空化的定义与原理
• 3.2.2 负压空化中试装置及其构造
• 2+污水中试工艺流程图'>3.3 三裂叶豚草生物吸附含 Cu²⁺污水中试工艺流程图
• 3.4 实验结果与讨论
• 3.5 本章小节
• 4 三裂叶豚草吸附剂吸附动力学特征
• 4.1 吸附特征的计算
• 4.2 Langmuir等温吸附模型
• 4.3 Freundlich吸附模型
• 4.4 本章小结
• 5 吸附剂吸附 Cu（II）离子红外分析
• 5.1 傅立叶红外光谱法
• 2+红外分析'>5.2 吸附剂吸附Cu²⁺红外分析
• 5.3 本章小节
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢