微生物回收的二次贵金属修饰物催化环境污染物降解与转化研究

发布时间：2020-06-01 03:47

【摘要】：贵金属具有众多优异性能而在现代工业中发挥举足轻重的作用,被誉为“现代工业生命的维他命”。贵金属的需求量不断增加,然而近半个世纪的开采已经将储存量有限的钯矿产资源由地下转为地上,且存在于废弃物中,所以从二次资源中如回收贵金属已成为日益关注的问题。微生物因其资源丰富、廉价易得、污染小等优点,被尝试通过生物吸附、还原作用将贵金属由离子态还原为单质态,从而实现贵金属的回收。贵金属纳米材料兼具有贵金属独特的物理化学性质和纳米材料的特殊性能,在生物医学、光学、电磁学、催化等领域具有广阔的应用前景。同步实现贵金属的有效回收和贵金属纳米材料的制备是一项重要挑战。基于以上问题,本课题提出利用真菌Pycnoporus sanguineus和细菌Enterococcus faecalis回收贵金属金和钯获得金纳米颗粒(AuNPs)、钯纳米颗粒(PdNPs),并将AuNPs和PdNPs用于催化应用的研究思路,首先建立P.sanguineus和E.faecalis分别回收AuNPs和PdNPs的体系,其次将获得含有AuNPs和PdNPs的微生物细胞经过处理掺杂零价铁(nZVI)或者铁氧化物,最后考察上述复合物在对四溴双酚A(TBBPA)、Cr(VI)、双氯芬酸钠(DS)和亚甲基蓝的去除效果与机理。获得的主要结果如下:(1)利用P.sanguineus合成AuNPs,将得到的bio-AuNPs煅烧后得到Au@biocarbon,再与铁共沉淀得到Au/Fe@biocarbon。TEM、XPS、XRD、BET分析表明,Au/Fe@biocarbon具有多孔结构,比表面积约为71.62 m~2/g,Au和nZVI均匀分布于其中。将Au/Fe@biocarbon应用于TBBPA脱氯中,结果显示,Au/Fe@biocarbon对TBBPA的脱溴效果是明显强于Fe@biocarbon以及单一nZVI,1 g/L的Au-Fe比为2%的Au/Fe@biocarbon在pH 3时20 min内可以使10mg/L的TBBPA完全去除,脱溴率接近100%。Au/Fe@biocarbon强化TBBPA的脱溴是由于Au和铁之间形成原电池,加速nZVI还原TBBPA的过程。(2)在模拟废旧线路板废液中,加入E.faecalis,在Fe~(2+)的作为电子供体的条件下合成PdNPs,再原位将废液中的Fe~(2+)和Fe~(3+)还原为nZVI沉淀在含PdNPs细胞表面得到Pd/Fe@biomass。TEM、XRD、SEM、XPS分析显示,制备的Pd/Fe@biomass,Pd分布在细胞周质和细胞质中,而nZVI呈球状分布于细胞表面。将Pd/Fe@biomass用于Cr(VI)还原为Cr(III)的过程中,结果发现,PdNPs的添加可以明显提高nZVI还原Cr(VI)的过程,且1g/L Pd-Fe比为1:50时的Pd/Fe@biomass在pH 3时5 min左右可以完全实现0.5m M的Cr(VI)去除。主要反应机理为Pd和Fe形成原电池加速nZVI还原Cr(VI)这一过程,同时,PdNPs可以催化铁氧化产生的H_2成为具有更强还原活性的H*。(3)利用E.faecalis在甲酸钠作为电子供体的条件下还原钯离子成为PdNPs,获得的bio-Pd经过细胞破碎、离心得到单一的钯纳米颗粒。TEM、XPS、XRD分析表明释放出的PdNPs粒径均一,尺寸范围为10~20 nm,将所获的PdNPs掺杂四氧化三铁中用于芬顿反应中,用催化亚甲基蓝降解,结果发现,掺杂有PdNPs的四氧化三铁对亚甲基蓝的催化效果要明显好于单一的四氧化三铁,Pd@Fe_3O_4在非均相芬顿反应中80 min内可使亚甲基蓝的去除率为96.7%。(4)利用从E.faecalis体内释放出的PdNPs,将其掺杂进入Fe@Fe_3O_4中,SEM、XPS、XRD等表征结果发现Pd、Fe两种元素均匀地分布在材料中,其中Fe的平均粒径为25 nm。将所制备的Pd/Fe@Fe_3O_4用于催化DS的降解。研究结果显示,掺杂有PdNPs的铁与铁氧化物的复合物对催化降解DS有明显效果。在pH为3的条件下,10 mg/L的DS可以被1g/L的Pd/Fe@Fe_3O_4在40 min内完全去除。TOC的结果表明Pd/Fe@Fe_3O_4对DS的矿化率可以达到68.92%,脱氯率达85.16%。主要反应机理为Pd在非均相芬顿反应中可以催化H_2O_2产生更多的·OH。
【图文】：

元素分布图,能谱

图 3-1 Au/Fe@biocarbon 的 TEM 图和能谱元素分布图Fig. 3-1 SEM images and EDS element mapping of Au/Fe@biocarbon.

曲线,吸脱附,孔径,氮气

19-2 氮气吸脱附曲线和平均孔径（a）Au@biocarbon; （b）biocarbon; （c）Au/Fe@biocarb（d）Fe@biocarbon.g. 3-2 N2adsorption-desorption isotherms and the pore-size distribution (inset) of (a) Au@biocar(b)biocarbon; (c)Au/Fe@biocarbon; and (d) Fe@biocarbon.
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X505

【参考文献】