新型功能化生物吸附剂的制备及其吸附铀的性能研究

发布时间：2020-04-22 18:11

【摘要】：铀是核电产业和核技术应用领域中非常重要的战略性资源,同时也是一种具有化学毒性的放射性重金属元素。铀的开发和利用过程中伴随产生的大量含铀废水会严重影响生态环境和人类健康。因此,低浓度含铀废水的治理越来越受到人们的重视。纳米Fe3O4是一种容易制备且价格低廉的磁性纳米材料,偕胺肟基对铀酰离子具有高选择性和亲和力,黑曲霉是一种环境友好的亲铀生物材料。显然,将这三者结合起来有望构建一种经济、高效、环境友好的生物吸附材料用于处理废水中的低浓度铀,所以本文以亲铀真菌黑曲霉为基底材料,利用纳米Fe3O4和偕胺肟对其进行改性修饰,制备了新型功能化生物吸附剂NFAN(Nano-Fe3O4 modified Aspergillus niger,NFAN)和ANFAN(Amidoxime modified Nano-Fe3O4-Aspergillus niger),并进行了这两种吸附剂吸附低浓度铀的性能研究。本文第二章研究了初始pH值、吸附时间、吸附剂投加量、温度以及铀初始浓度等因素对NFAN吸附铀酰离子的影响,分析了吸附铀过程的等温吸附模型、动力学及热力学规律,并利用扫描电镜、能谱和红外光谱对铀的吸附机理进行了分析。实验结果表明,在初始pH值为7、吸附时间为240 min、固液比为0.15g·L-1的条件下,NFAN对6mg·L-1铀溶液的吸附效果最佳,吸附量为60.05 mg/g,吸附率可达76.36%。扫描电镜结果显示,在吸附过程中NFAN表面有铀的吸附与沉积,且由SEM-EDS表征结果可知,NFAN主要含有O、C、Fe、P等元素,吸附铀后其表面铀含量占27.72%,这表明NFAN对低浓度铀具有良好的吸附效果。红外光谱结果显示,在NFAN吸附铀的过程中,-OH、-COOH、C=O、-N-H为主要的吸附基团。动力学模型显示NFAN吸附铀的过程更符合准二级动力学模型,NFAN对铀的吸附以化学吸附为主。吸附热力学研究表明,NFAN对铀离子的吸附是一个可行、自发、吸热的过程。本文第三章研究了初始pH值、吸附时间、吸附剂投加量、温度以及铀初始浓度等因素对ANFAN吸附铀酰离子的影响,分析了吸附铀过程的等温吸附模型、动力学及热力学规律,并利用扫描电镜、能谱和红外光谱对铀吸附机理进行分析。此外,还通过对ANFAN进行解吸再生实验,考察了吸附剂的稳定性、可重用性及其经济效能。实验结果表明,在初始pH值为5、吸附时间为240 min、固液比为0.25 g·L-1的条件下,ANFAN对6 mg·L-1铀溶液吸附效果良好,吸附量为23.38 mg/g,吸附率可达92.35%。扫描电镜结果显示,吸附铀之后的ANFAN的菌丝表面变得粗糙和致密,这可能与ANFAN表面铀的吸附与沉积有关。由SEM-EDS图可知,ANFAN主要含有O、Fe、C、Cl等元素,吸附铀后其表面铀含量占5.34%,这表明ANFAN对低浓度铀具有良好的吸附效果。红外光谱的分析表明,在ANFAN吸附铀的过程中,-OH、-COOH、C=O、-N-H为主要的吸附基团。吸附动力学与准二级动力学模型拟合良好,说明化学吸附是ANFAN吸附铀速率的主要控制步骤。吸附过程符合Langmuir等温吸附模型。吸附热力学研究表明ANFAN吸附铀是可行、自发、吸热的过程。再生实验结果表明,在吸附过程中只有少数质量损失,说明ANFAN对低浓度铀具有较好的吸附能力以及可重复利用的优点。本文制备的NFAN和ANFAN结合了黑曲霉的亲铀性能、纳米Fe3O4的磁性特性以及偕胺肟基的高吸附容量,提供了一种对低浓度铀具有吸附容量大、吸附速度快、生产成本低、机械强度大、选择性高、易于回收等优点的新型磁性生物吸附剂的制备方法和思路。
【图文】：

黑曲霉,摇床,镊子,无菌水

接下来将培养基进行灭菌，将分装灭菌锅内，在 102.9 kPa 和 121 ℃~1行接种，在超净工作台中，用无菌水枪按菌悬液与液体培养基的体积比为千附剂（NFAN）的构建养基放入 30℃，140 rpm 的摇床中培养试管中，，超声 15min 后，使之均匀分摇床中培养 24h。培养完成后，将培养布，将负载了纳米颗粒的黑曲霉用镊子馏水，使其分散在平皿内，置于真空冷 NFAN。

纳米颗粒,黑曲霉

负载了纳米颗粒的黑曲霉
【学位授予单位】：南华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X771

【参考文献】