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入侵植物假苍耳Iva xanthifolia作为重金属生物吸附剂性能与机制的研究

作　者: 任之光
导　师: 祖元刚
学　校: 东北林业大学
专　业: 植物学
关键词: 入侵植物假苍耳 Cu~2+ Cd~2+ Pb~2+ 超富集植物改性吸附吸附机理
分类号: S451
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

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,本文试图研究东北地区有害入侵植物假苍耳对重金属离子的螯合吸附能力,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,期望在处理重金属污染的同时,在一定程度上也能够限制该有害入侵植物的疯狂扩散,达到防治与利用相结合的双赢效果。本论文获得的主要结论有：1)通过室内盆栽试验研究入侵植物假苍耳(Iva xanthifolia)对Cu2+、Cd2+、Pb2+的耐性及富集特征。实验结果表明,在1 mg·L-1～16 mg·L-1的添加Cu2+处理及0.5 mg·L-1～14mg.L-1的添加Cd2+、Pb2+处理条件下,假苍耳对Cu2+、Cd2+、Pb2+三种单一金属均有很强的耐性及富集作用,重金属在植物体地上部和地下部的富集量分别为607.59 mg·kg-1、137.20 mg·kg-1,468.37 mg·kg-1、157.15 mg·kg-1,404.38 mg·kg-1、34.53 mg·kg-1,对应的富集系数为11.39、12.62、4.18,转运系数4.43、2.98、11.71,且重金属在植物体内的分布规律均表现为：茎部>叶片>根部,地上部分的积累量远大于地下部分。对叶色、株高及生物量等特征的观察表明假苍耳的生长未受到抑制,符合超富集植物的基本特征。2)在假苍耳改性吸附试验中确定假苍耳改性吸附剂的最佳制备条件为：0.1mol·L-1 NaOH溶液溶涨1h后用柠檬酸对其进行酯化改性,三种金属离子酯化所投加柠檬酸浓度分别确定为Cu2+～1mol·L-1; Cd2+与Pb2+～0.2mol·L-1,反应温度为70℃,接触时间1h。影响吸附反应的主要因素有反应时间、系统pH值、吸附剂浓度、重金属离子浓度和温度。在吸附试验中确定Cu2+、Cd2+、Pb2+最佳吸附pH值分别为6.5-7、5-5.5与3-3.5。且该吸附是一个快速的过程,在60min即达到饱和；吸附剂投加量在2.5-7.5g-L-1范围内吸附效率最高,所处理水体的重金属离子浓度应尽量在500mg·L-1范围内。且三种重金属离子的吸附过程均满足Langmuir和Freundlich方程,其中Langmuir方程描述优于Freundlich方程。假苍耳吸附剂对三种金属离子的吸附能力由强到弱为Pb2+>Cu2+>Cd2+；假苍耳对Cu2+、Cd2+、Pb2+的吸附在一定温度范围内是吸热反应,及升温有利于反应的进行。参与反应的主要活性物质为糖类物质和纤维素物质；参与吸附的活性官能团主要为-OH、-CONH2、-C=O,为吸附重金属离子提供吸附位点。假苍耳作为生物吸附剂在改性后吸附能力得到了有效地提高,改性后的假苍耳对三种离子的吸附力均达到90%以上,重金属去除率较改性前提高了30%,其中对pb2+去除效果提高最为明显。根据论文中各项试验得出数据表明,将假苍耳由林业有害入侵植物改造为新型重金属生物吸附材料是十分可行并且极具潜力的。随着科技的不断发展,不可再生能源日益匮乏,因此开发可再生循环的绿色新材料、新资源是对发展生产力,节约能源,营造和谐生存环境所必不可少的。希望通过本论文的实践结论可以为社会的发展开拓新的思路,在生态工艺的工业化道路上顺利前行。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-18
  1.1 引言  9
  1.2 外来入侵植物概述  9-11
    1.2.1 外来入侵植物的概念  9-10
    1.2.2 生物入侵外来种的扩散机制  10
    1.2.3 植物入侵的途径  10
    1.2.4 入侵植物资源的经济利用及研究现状  10-11
  1.3 入侵植物假苍耳的研究进展  11-14
    1.3.1 假苍耳的生物学特性  11-12
    1.3.2 假苍耳入侵现状及其资源利用研究现状  12-14
  1.4 重金属污染的成因与现状  14-15
  1.5 重金属污染的修复方法  15
  1.6 植物吸附的类型与吸附方法  15-16
    1.6.1 植物吸附的类型  15-16
    1.6.2 植物吸附的方法  16
  1.7 本研究的目的和意义  16-18
2 入侵植物假苍耳对土壤中重金属离子的耐性及富集特征的研究  18-27
  2.1 材料与方法  18-19
    2.1.1 植物材料的培养与重金属溶液的制备  18-19
    2.1.2 试验方法  19
    2.1.3 样品分析与数据统计  19
  2.2 结果与分析  19-26
    2.2.1 假苍耳对铜的耐性与富集特征  19-21
    2.2.2 假苍耳对镉的耐性与富集特征  21-23
    2.2.3 假苍耳对铅的耐性与富集特征  23-25
    2.2.4 假苍耳对铜、镉、铅超富集特征的判定  25-26
  2.3 本章小结  26-27
3 改性假苍耳植物吸附剂制备条件的确定及其吸附水体中重金属离子性能的研究  27-43
  3.1 材料与方法  27-30
    3.1.1 改性假苍耳植物吸附剂的制备  27-29
    3.1.2 重金属溶液的制备  29
    3.1.3 吸附试验  29
    3.1.4 分析方法  29-30
  3.2 结果与分析  30-42
    3.2.1 实验条件对重金属离子吸附效果的影响  30-37
    3.2.2 吸附机理分析  37-42
  3.3 本章小结  42-43
结论  43-45
参考文献  45-50
攻读学位期间发表的学术论文  50-51
致谢  51-52

入侵植物假苍耳Iva xanthifolia作为重金属生物吸附剂性能与机制的研究

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