粗毛栓菌和蜡样芽孢杆菌及其共固定对Pb2+、Cu2+的吸附研究

论文摘要

本文首先通过对粗毛栓菌形成菌丝球的物化条件、及不同物化培养条件下形成的菌丝球对Pb2+、Cu2+的吸附研究确定合适条件制备菌丝球;然后将菌丝球与培养好的蜡样芽孢杆菌共固定,制备杂合性生物吸附剂共固定菌。再以菌丝球、蜡样芽孢杆菌和共固定菌为研究对象,测定不同的吸附时间、pH、吸附剂浓度和金属离子浓度对三种生物吸附剂吸附Pb2+、Cu2+的影响,并对相关实验数据进行了Langmuir、Frendlich、Temkin和Henry吸附方程拟合。最后将三种生物吸附剂吸附Pb2+、Cu2+前后的红外吸收光谱进行了分析比较。取得以下主要研究结果:1.确定了0.3%硫酸铵、1%葡萄糖、0.1%吐温80和培养液pH4.5,在此基础上添加大量元素溶液、微量元素溶液和VB1作为菌丝球培养液;在孢子接种浓度为106个/mL,摇床转速150r/min的条件下培养96h,收集菌丝球,其细胞干重达到2.314g/L,菌丝球光滑、较硬、大小均匀、平均直径1.78mm;在菌丝球浓度2g/L（干重）,金属离子浓度50mg/L,pH 5.0的条件下吸附,用原子吸收分光光度法测定吸附体系总残留金属离子浓度,经计算,菌丝球对Pb2+、Cu2+的吸附量分别为17.93、10.87mg/g。2.菌丝球、蜡样芽孢杆菌和共固定菌分别吸附Pb2+、Cu2+时,发现在吸附剂浓度为2g/L（干重）,pH为5.0,金属离子浓度为50mg/L条件下吸附Pb2+1h(Cu2+2h),吸附效果良好,其吸附量分别为17.93、22.76、24.22mg/g和10.87、9.98、12.20mg/g。3.将菌丝球、蜡样芽孢杆菌和共固定菌分别对Pb2+、Cu2+的吸附数据进行Langmuir、Frendlich、Temkin和Henry方程拟合,除蜡样芽孢杆菌吸附Pb2+的Henry等温吸附线拟合相关系数r=0.776外,其余方程的拟合相关系数r都接近0.9或在0.9以上,四个方程都比较适合描述三种吸附剂对Pb2+、Cu2+的吸附过程。在三种吸附剂对Pb2+、Cu2+吸附的Langmuir方程拟合中,各方程特征常数K分别为:0.065、0.390、0.480和0.024、0.057、0.025L/mg;Q0分别为:37.17、31.63、52.22和27.24、16.58、31.73mg/g。Pb2+与三种吸附剂结合的稳定性大小顺序为:共固定菌＞蜡样芽孢杆菌＞菌丝球。Cu2+与三种吸附剂结合的稳定性大小顺序为:蜡样芽孢杆菌＞共固定菌＞菌丝球。三种吸附剂对Pb2+的最大吸附量（mg/g）大小顺序为:共固定菌＞菌丝球＞蜡样芽孢杆菌。三种吸附剂对Cu2+的最大吸附量（mg/g）大小顺序为:共固定菌＞菌丝球＞蜡样芽孢杆菌。4.生物吸附剂菌丝球、蜡样芽孢杆菌和共固定菌的红外光谱图主要由蛋白质的吸收带、碳水化合物的吸收带和含硫、磷酸基团的吸收带组成。重金属离子除了与菌体之间产生静电吸引外,还与生物吸附剂的有机高分子物质及活性基团结合。各吸附剂吸附Pb2+、Cu2+时,起主要作用的官能团是羟基、羧基、磷酸基和含硫基团;蛋白质的氨基和其它分子的叔胺或磺胺基团更倾向于结合Cu2+。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 文献综述
• 1.1 重金属污染加剧水资源危机
• 1.2 重金属污染水体的危害
• 1.2.1 重金属的概念
• 1.2.2 重金属污染水体的特点
• 1.3 生物吸附剂
• 1.3.1 生物吸附剂的应用与发展
• 1.3.2 生物吸附剂的种类和来源
• 1.3.3 微生物吸附重金属的机理
• 1.3.4 微生物吸附重金属的影响因素
• 1.3.4.1 溶液pH的影响
• 1.3.4.2 温度的影响
• 1.3.4.3 共存离子的影响
• 1.3.4.4 生理条件的影响
• 1.3.5 微生物吸附重金属的模型
• 1.3.6 生物吸附剂的再生
• 1.3.7 生物吸附剂优点
• 1.4 白腐真菌在环境污染处理中的应用
• 1.5 芽孢杆菌与金属离子吸附
• 1.6 本研究的目的及意义
• 2 材料与方法
• 2.1 实验材料及仪器
• 2.1.1 菌株
• 2.1.2 主要仪器
• 2.1.3 主要试剂
• 2.1.4 培养基
• 2.1.4.1 PDA固体培养基
• 2.1.4.2 菌丝球培养基
• 2.1.4.3 BPA固体培养基
• 2.1.4.4 BPA液体培养基
• 2.1.5 溶液
• 2+溶液'>2.1.5.1 Pb²⁺溶液
• 2+溶液'>2.1.5.2 Cu²⁺溶液
• 2.1.5.3 0.2mol/L NaOH溶液
• 3溶液'>2.1.5.4 0.2mol/L HNO₃溶液
• 3溶液'>2.1.5.5 1:6的HNO₃溶液
• 2.1.5.6 20%吐温80溶液
• 2.2 实验方法
• 2+、Cu²⁺含量的测定方法'>2.2.1 Pb²⁺、Cu²⁺含量的测定方法
• 2.2.1.1 仪器工作条件
• 2.2.1.2 标准曲线的绘制
• 2.2.1.3 样品测定与计算
• 2.2.2 粗毛栓菌菌丝球的制备及其对铅、铜的吸附
• 2.2.2.1 粗毛栓菌的活化与保存
• 2.2.2.2 孢子悬液的制备
• 2.2.2.3 培养时间对菌丝球生长及其吸附铅、铜的影响
• 2.2.2.4 初始培养pH对菌丝球生长及其吸附铅、铜的影响
• 2.2.2.5 碳氮比对菌丝球生长及其吸附铅、铜的影响
• 2.2.2.6 表面活性剂对菌丝球生长及其吸附铅、铜的影响
• 2.2.2.7 孢子接种浓度对菌丝球的影响
• 2.2.2.8 摇床转速对菌丝球的影响
• 2.2.3 菌丝球、蜡样芽孢杆菌和共固定菌丝球蜡样芽孢杆菌对铅、铜离子的生物吸附
• 2.2.3.1 生物吸附剂的制备
• 2.2.3.1.1 菌丝球的制备
• 2.2.3.1.2 蜡样芽孢杆菌的制备
• 2.2.3.1.3 菌丝球与蜡样芽孢杆菌共固定菌的制备
• 2.2.3.2 时间对吸附的影响
• 2.2.3.3 pH对吸附的影响
• 2.2.3.4 重金属离子初始浓度对吸附的影响
• 2.2.3.5 生物吸附剂加入量对吸附的影响
• 2.2.4 傅立叶红外光谱分析
• 3 实验结果与讨论
• 3.1 粗毛栓菌成球的物化条件优化及其对铅、铜的吸附
• 3.1.1 培养时间对菌丝球生长及其吸附铅、铜的影响
• 3.1.2 初始培养pH对菌丝球生长及其吸附铅、铜的影响
• 3.1.3 碳氮比对菌丝球生长及其吸附铅、铜的影响
• 3.1.4 表面活性剂对菌丝球生长及其吸附铅、铜的影响
• 3.1.5 孢子接种浓度对菌丝球的影响
• 3.1.6 摇床转速对菌丝球的影响
• 3.2 菌丝球、蜡样芽孢杆菌和共固定菌对铅、铜离子的生物吸附
• 3.2.1 时间对吸附的影响
• 3.2.2 pH对吸附的影响
• 3.2.3 重金属离子初始浓度对吸附的影响
• 3.2.4 生物吸附剂加入量对吸附的影响
• 3.2.5 重金属离子吸附的热力学特征
• 3.3 傅立叶红外光谱分析
• 4 结论
• 参考文献
• 致谢
• 在读期间发表的论文