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枯草芽孢杆菌对Cu~（2+）和Cd~（2+）吸附特性及机理的研究

作　者: 徐立芹
导　师: 仲崇斌
学　校: 东北大学
专　业: 生态学
关键词: 枯草芽孢杆菌微生物吸附混合离子吸附机理解吸
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

本实验以枯草芽孢杆菌作吸附剂,考察了枯草芽孢杆菌的生物学特性及对Cu²⁺和Cd²⁺的耐受性,多种因素对菌体吸附Cu²⁺和Cd²⁺的影响,并进行了吸附机理和解吸的初步探讨。采用单因素实验方法,研究了温度、吸附时间、pH值,菌体浓度、初始金属离子浓度、预处理对枯草芽孢杆菌吸附Cu²⁺和Cd²⁺的影响。结果表明:当Cu²⁺浓度为20mg·L^-1、菌浓度35 g·L^-1、吸附时间为120 min、温度30℃时,pH值为5.00、对Cu²⁺去除率可达到88.98%。当Cd²⁺浓度为30 mg·L^-1、菌浓度30 g·L^-1、吸附时间为120 min、温度30℃,pH值为6.00,对Cd²⁺去除率可达到91.65%。随着Cu²⁺和Cd²⁺溶液浓度的增加,吸附菌对Cu²⁺和Cd²⁺的去除率逐渐提高;随着温度的升高吸附菌对Cu²⁺和Cd²⁺的去除率逐渐提高;菌体对Cu²⁺和Cd²⁺的吸附30 min内基本达到吸附平衡。培养基中加入葡萄糖可以提高去除率;由预处理实验得出用0.08 mol·L^-1氢氧化钠,50%（V/V）丙酮分别处理菌体都可以提高对Cu²⁺和Cd²⁺吸附效果。通过枯草芽孢杆菌对混合离子的吸附实验研究,结果表明:40 mg·L^-1的Cd²⁺的存在使菌体对20 mg·L^-1的Cu²⁺的去除率下降20.20%,40 mg·L^-1的Cu²⁺的存在使菌体对30mg·L^-1的Cd²⁺的去除率下降20.33%。枯草芽孢杆菌吸附Cu²⁺和Cd²⁺的盐效应实验结果表明:Mg²⁺,Ca²⁺,K⁺,Na⁺的存在均降低Cu²⁺和Cd²⁺的去除效率。菌体对Cu²⁺和Cd²⁺的吸附符合Langmuir和Freundlich等温式方程,吸附动力学研究结果表明,用二次速率方程来拟合该吸附过程效果比较好。不同吸附剂对Cu²⁺和Cd²⁺的吸附实验表明:活菌体对Cu²⁺的去除率是88.98%,对Cd²⁺的去除率是91.65%;死菌体对Cu²⁺的去除率是78.05%,对Cd²⁺的去除率是81.59%,胞壁多糖对Cu²⁺的去除率是40.72%,对Cd²⁺去除率是73.80%。能谱分析初步证明在吸附Cu²⁺时存在Na⁺交换机理。红外光谱分析得出枯草芽孢杆菌的羧基,羟基,氨基官能团在吸附中起了作用,并有多糖参与吸附。扫描电镜观察枯草芽孢杆菌在吸附Cu²⁺和Cd²⁺前后形态发生变化。解吸实验确定,当解吸剂H₂SO₄浓度是0.15 mol·L^-1、解吸温度是30℃、解吸时间为60 min、溶液pH为2.00时,对Cd²⁺的解吸率达到95.22%,Cu²⁺的解吸率达到90.56%。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
第1章绪论  12-26
  1.1 重金属的污染特点和危害  12-14
    1.1.1 重金属废水的污染特点  12-13
    1.1.2 重金属的危害  13-14
  1.2 重金属废水的处理的方法  14-15
    1.2.1 物理法  14
    1.2.2 化学法  14
    1.2.3 生物吸附法  14-15
  1.3 生物吸附研究进展  15-19
    1.3.1 重金属与微生物体之间的相互作用  15-16
    1.3.2 各种生物吸附剂对重金属的吸附及细胞壁结构  16-18
    1.3.3 影响生物吸附的物化因素和生理条件  18-19
  1.4 微生物吸附的机理  19-24
    1.4.1 表面络合机理  19-20
    1.4.2 氧化还原机理  20
    1.4.3 离子交换机理  20-21
    1.4.4 酶促机理  21
    1.4.5 等温吸附模型  21-22
    1.4.6 吸附动力学模型  22-23
    1.4.7 吸附反应的热力学计算  23-24
  1.5 生物吸附机理的研究技术及其存在的问题  24
  1.6 吸附剂的解吸  24-25
  1.7 本课题主要研究内容  25-26
第2章枯草芽孢杆菌的生物学特性和耐受性  26-31
  2.1 材料和方法  26-27
    2.1.1 实验材料  26
    2.1.2 实验方法  26-27
  2.2 结果与分析  27-30
    2.2.1 枯草芽孢杆菌的形态特征  27-29
    2.2.2 枯草芽孢杆菌的生长特性  29-30
    2.2.3 枯草芽孢杆菌对Cu~(2+)和Cd~(2+)的耐受性  30
  2.3 本章小结  30-31
第3章枯草芽孢杆菌对Cu~(2+)和Cd~(2+)单一离子的吸附特性  31-46
  3.1 材料和方法  31-33
    3.1.1 实验材料  31
    3.1.2 实验方法  31-33
  3.2 结果与分析  33-44
    3.2.1 枯草芽孢杆菌的干湿比  33
    3.2.2 培养时间对菌体吸附Cu~(2+)和Cd~(2+)的影响  33-34
    3.2.3 菌体浓度对吸附Cu~(2+)和Cd~(2+)的影响  34-36
    3.2.4 葡萄糖对菌体吸附Cu~(2+)和Cd~(2+)的影响  36-37
    3.2.5 温度对菌体吸附Cu~(2+)和Cd~(2+)的影响  37-39
    3.2.6 吸附时间对菌体吸附Cu~(2+)和Cd~(2+)的影响  39-40
    3.2.7 pH值对菌体吸附Cu~(2+)和Cd~(2+)的影响  40-41
    3.2.8 Cu~(2+),Cd~(2+)的初始浓度对吸附的影响  41-43
    3.2.9 预处理对吸附Cu~(2+)和Cd~(2+)的影响  43-44
  3.3 本章小结  44-46
第4章枯草芽孢杆菌对混合离子的吸附特性  46-52
  4.1 材料和方法  46
    4.1.1 实验材料  46
    4.1.2 实验方法  46
  4.2 结果与分析  46-50
    4.2.1 Cu~(2+)的存在对菌体吸附Cd~(2+)的影响  46-47
    4.2.2 Cd~(2+)的存在对菌体吸附Cu~(2+)的影响  47-48
    4.2.3 Cu~(2+)和Cd~(2+)共存时枯草芽孢杆菌的吸附能力研究  48-49
    4.2.4 菌体在盐离子存在下的吸附特性  49-50
  4.3 本章小结  50-52
第5章枯草芽孢杆菌对Cu~(2+)和Cd~(2+)吸附机理的探讨  52-69
  5.1 材料和方法  52-55
    5.1.1 实验材料  52
    5.1.2 实验方法  52-55
  5.2 结果与分析  55-68
    5.2.1 枯草芽孢杆菌吸附Cu~(2+)和Cd~(2+)的热力学  55-58
    5.2.2 枯草芽孢杆菌吸附Cu~(2+)和Cd~(2+)的动力学  58-59
    5.2.3 不同吸附剂的吸附对比  59-60
    5.2.4 枯草芽孢杆菌吸附Cu~(2+)和Cd~(2+)的能谱分析  60-61
    5.2.5 枯草芽孢杆菌吸附Cu~(2+)的红外光谱分析  61-63
    5.2.6 枯草芽孢杆菌吸附Cu~(2+)和Cd~(2+)的扫描电镜观察  63-65
    5.2.7 枯草芽孢杆菌吸附Cu~(2+)和Cd~(2+)的解吸  65-68
  5.3 本章小结  68-69
第6章结论与展望  69-71
  6.1 结论  69-70
  6.2 展望  70-71
参考文献  71-76
致谢  76-77
附表1 实验所用的主要试剂  77-78
附表2 实验所用的主要仪器和设备  78

枯草芽孢杆菌对Cu~（2+）和Cd~（2+）吸附特性及机理的研究

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