抑菌型赤泥质滤料的制备及性能研究

发布时间：2020-06-18 14:58

【摘要】：水资源的短缺和污染是人类面临的重大生态问题,微生物是水体中常见的污染物,对人类健康有很大危害,获取干净安全的水是亟待解决的问题。本文针对水处理中微生物污染问题及传统水消毒净化中消毒副产物的风险,以固体废弃物赤泥制备的颗粒为载体,以纳米氧化锌(ZnO)及聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)为改性剂,制备了双负载改性赤泥质颗粒材料。通过XRD、SEM、FT-IR、XPS等对其进行了一系列的表征,实验考察了改性颗粒材料对大肠杆菌的性能。(1)赤泥颗粒材料主要以赤泥,膨润土和煤粉作为原料来制备,这三种原料以90:6:4混合后在70℃的条件下添加5%聚乙烯醇在1050℃下烧制成为0.8~2 mm的颗粒材料。(2)以浓度为0.075mol/L的乙酸锌和氢氧化钠为反应物,通过溶胶凝胶法在80℃下回流反应获得了纳米氧化锌。对制备条件进行了分析和研究。通过谢乐公式计算及SEM图像分析表明合成了粒径在15 nm左右的纳米级的氧化锌。(3)通过纳米氧化锌(ZnO)及聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)对赤泥颗粒材料进行改性,制备改性赤泥颗粒材料。赤泥改性颗粒材料的比表面积由2.9m~2g~(-1)提高至20.6 m~2g~(-1),Zeta电位由-19.9 mV提升至63.6 mV,这均有利于提高赤泥材料对目标物的吸附效果。(4)将大肠杆菌作为研究对象,通过平板菌落计数法评价了制备所得的纳米氧化锌及聚二烯丙基二甲基氯化铵改性赤泥颗粒材料的抑菌性能,表明了所制备的改性赤泥颗粒材料具有良好的抑菌能力,为了改性赤泥颗粒材料稳定性与周期性,进行循环抑菌测试,经过六轮循环抑菌测试后,材料仍显示出良好的抑菌性能,仅有极少数的菌落在平板上生长。抑菌活性可以保持在98%以上。本文提出来一种可能性,既解决了固体废弃物的处置问题,又能够针对水体中微生物污染进行处理。
【学位授予单位】：黑龙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X758
【图文】：

抑菌作用,光催化

从而起到抑菌的效果，此外，银离子还可穿透细胞膜，与细菌细胞内蛋白质核酸中存在的疏基、氨基等含硫氮官能团发生反应，使蛋白质凝固，使酶丧失活性，从而抑制细菌生长繁殖；银离子可从失去活性的细菌细胞中游离出来，重复抑菌的过程[46]。（2）通过光催化作用抑菌如图 1-1。当可见光照射时，银离子在水和空气中能自行分解出自由移动的带负电荷的电子(e-)，同时留下带正电荷的空穴(h+)，这种h+可以激活空气中的氧和粉体表面的水，从而产生有极强化学活性的活性（O2-、·OH、1O2），活性氧（ROS）可与大多数有机物发生氧化反应达到杀菌的目的。无机氧化物以二氧化钛为例[47]，锐矿型的二氧化钛具有光催化性能，当价带电子被激发到导带后，会产生电子一空穴对，空穴具有强氧化性，与其表面吸附的 H2O 或 OH一反应生成具有强氧化性的·OH，同时电子也同吸附在表面的氧分子反应生成·O2-和·OH、OH 和·O2-所具有的强氧化性可直接杀死细菌，此外，空穴也具有强氧化性，也可杀死细菌。

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图 3-1 不同反应物初始浓度下制备的纳米氧化锌的 XRD 图谱Fig. 3-1 XRD patterns of nano zinc oxide prepared at different reactant concentrations利用 XRD 可以用来计算在一定范围内粒子的粒径大小，根据谢乐理论可以知道衍射峰的宽度与物质粒径大小有关，当晶粒在小于 100 nm 的范围，可通过谢乐(Schemer)公式计算物质的粒径大小，谢乐公式如（3-3）所示: cosKD （3-3）其中，K 是常数，有固定数值，D 是晶粒垂直于晶面方向的平均厚度、β为样品衍射峰半高宽度、为衍射角、λ为 X 射线波长，大小为 0.154056 。由图 3-1 可得，反应浓度为 0.05 mol/L、0.075 mol/L 和 0.1 mol/L 的情况下，对应的 XRD 图谱均有氧化锌的特征衍射峰出现，说明制备的产物均以氧化锌的形式存在。

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