巯丙基三甲氧基硅烷对黄铁矿生物氧化的抑制性能及机理研究

发布时间：2017-08-13 18:10

  本文关键词：巯丙基三甲氧基硅烷对黄铁矿生物氧化的抑制性能及机理研究

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【摘要】：黄铁矿作为最为常见的一种金属硫化矿物,普遍的存在于各种尾矿堆、废石堆以及各种贵金属伴生矿中。黄铁矿在自然条件中,受到各种氧化物及微生物的作用并在大气降水和地表径流的冲洗下会产生酸性矿山废水AMD(acid mine drainage),AMD会严重威胁人类的生存环境。本文利用巯丙基三甲氧基硅烷(Props-SH)对黄铁矿进行钝化处理,从源头上来抑制AMD的产生。并且利用电化学法和生物浸取法来评定Props-SH对黄铁矿生物氧化的抑制性能。黄铁矿的氧化速率主要取决于其生物氧化速率,为了模拟黄铁矿在自然界条件下的生物氧化过程,本文利用驯化后的氧化亚铁硫杆菌((Acidithiobacillus ferrooxidans,简称A.f)作为黄铁矿氧化菌,考察黄铁矿的生物氧化机理。通过对A.f菌在驯化培养过程中的生长曲线及显微镜下观察到的A.f菌的形貌,可以判断出A.f菌生长良好。利用驯化后的A.f菌对黄铁矿的生物氧化机理的研究表明,在黄铁矿生物氧化过程中既存在直接氧化机理也存在间接氧化机理。本文利用电化学分析技术研究了经过Props-SH钝化后的黄铁矿在有菌体系下的电化学行为。其中循环伏安曲线的测试显示,Props-SH能够明显的减弱黄铁矿表面的氧化还原峰值,抑制黄铁矿的氧化还原反应,并且随着Props-SH的浓度的增大而越明显,当Props-SH的浓度达到5%时,表面的氧化还原峰基本消失。同样,极化曲线和交流阻抗谱图也得到相似的结果。说明Props-SH能够有效的抑制黄铁矿表面的电化学行为。在生物浸取实验中,经过浓度为1%、3%和5%的Props-SH钝化后的黄铁矿的总铁浸出抑制率分别为49.1%、87.6%和96.0%,硫酸根离子的浸出抑制率分别为49.3%、73.9%和93.2%,进一步的证明Props-SH能够有效的抑制黄铁矿的生物氧化,并且随着Props-SH的浓度的增加其抑制效果越好。最后,利用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)和拉曼光谱(Raman)对PropS-SH在黄铁矿表面的成膜机理进行了探讨。结果表明,Props-SH能够与黄铁矿表面发生交联反应,形成Fe-O-Si键,在黄铁矿表面形成一层致密的保护膜。而通过接触角测试仪的分析发现经过Props-SH钝化后的黄铁矿表面接触角增大,当Props-SH的浓度达到5%时,黄铁矿表面由亲水性变为疏水性。对PropS-SH包膜前后和生物浸取前后的黄铁矿表面形貌进行的扫描电镜(SEM)观察可知,经过Props-SH钝化后的黄铁矿表面光滑,并且能够有效的抑制微生物在黄铁矿表面的侵蚀。
【关键词】：黄铁矿 生物氧化 Props-SH 酸性矿山废水
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X751
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 课题背景及来源9-10
• 1.2 黄铁矿的氧化机理10-11
• 1.2.1 黄铁矿的化学氧化机理10
• 1.2.2 黄铁矿的生物氧化机理10-11
• 1.3 微生物浸矿11-12
• 1.3.1 AMD环境中的微生物11
• 1.3.2 A.f菌11
• 1.3.3 A.f菌浸取黄铁矿11-12
• 1.4 AMD污染控制方法和研究进展12-14
• 1.4.1 中和法12
• 1.4.2 隔离法12
• 1.4.3 杀菌剂法12-13
• 1.4.4 表面钝化处理法13-14
• 1.5 表面钝化膜性能的评价方法14-17
• 1.5.1 化学浸取法14
• 1.5.2 生物浸取法14-15
• 1.5.3 接触角测试法15
• 1.5.4 电化学法15-17
• 1.6 研究目的及主要内容17-19
• 1.6.1 研究目的17
• 1.6.2 研究内容17-19
• 第二章 A.f的培养驯化及黄铁矿生物氧化机理研究19-28
• 2.1 实验材料19-21
• 2.1.1 实验仪器19-20
• 2.1.2 实验原材料和试剂20
• 2.1.3 菌株来源20
• 2.1.4 培养基20
• 2.1.5 细菌的培养20
• 2.1.6 细菌的驯化20-21
• 2.1.7 黄铁矿生物氧化机理实验21
• 2.1.8 实验过程中各参数的测定21
• 2.2 结果与讨论21-27
• 2.2.1 9K基础培养基中A.f菌的生长曲线21-22
• 2.2.2 A.f菌活化过程培养基中pH值的变化22-23
• 2.2.3 在培养液中驯化A.f菌的生长曲线23
• 2.2.4 驯化A.f菌时培养液的pH值的变化23-24
• 2.2.5 黄铁矿生物氧化机理实验24-27
• 2.3 本章小结27-28
• 第三章 Props-SH对黄铁矿抗生物氧化性能的研究28-43
• 3.1 实验方法28-30
• 3.1.1 黄铁矿样品分析方法28
• 3.1.2 黄铁矿样品预处理28
• 3.1.3 黄铁矿样品的包膜钝化28
• 3.1.4 电化学测试28-30
• 3.1.5 生物浸取法30
• 3.2 结果与讨论30-41
• 3.2.1 黄铁矿样品的XRD图谱分析30-31
• 3.2.2 Props-SH钝化前后的黄铁矿电极抗生物氧化电化学分析31-39
• 3.2.3 Props-SH钝化前后的黄铁矿生物浸取实验39-41
• 3.3 本章小结41-43
• 第四章 钝化前后黄铁矿表面性质的表征及黄铁矿钝化机理探讨43-52
• 4.1 实验方法43-44
• 4.1.1 黄铁矿样品的表征43-44
• 4.2 实验结果与讨论44-51
• 4.2.1 黄铁矿的FT-IR表征44-45
• 4.2.2 黄铁矿的XPS表征45-48
• 4.2.3 黄铁矿的Raman表征48-49
• 4.2.4 黄铁矿的接触角测试49-50
• 4.2.5 黄铁矿的SEM测试50-51
• 4.3 本章小结51-52
• 第五章 结论、创新点52-53
• 5.1 结论52
• 5.2 创新点52
• 5.3 展望52-53
• 参考文献53-58
• 致谢58-59
• 攻读硕士期间完成的学术论文和参与的科研项目59

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 张哲;杨琛;党志;舒小华;;硫化物矿山尾矿缓释抑菌剂滴丸的制备及性能测试[J];中国环境科学;2012年06期

2 张哲;党志;舒小华;;硫化物矿山尾矿生物氧化作用的抑制研究[J];环境工程学报;2010年05期

3 李源流;李军;张永富;高岭;谢志海;;分光光度法测定油田水样中的硫酸根离子[J];应用化工;2008年05期

4 兰叶青,黄骁,周钢,刘正华,胡霭堂;柱子淋洗模拟研究磷酸铁膜抑制黄铁矿氧化效果[J];地球化学;2000年05期

5 兰叶青,黄骁,胡霭堂;有机难溶盐膜抑制黄铁矿氧化的研究[J];环境科学学报;1999年04期

6 ;Iron Phosphate Coating: A Novel Approach to Controlling Pyrite Oxidation[J];Pedosphere;1997年02期

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本文编号：668628