反硝化菌对壳聚糖包覆纳米铁迁移性能的影响

发布时间：2020-11-03 22:00

　　 纳米零价铁(nZVI)是一种具有较大的比表面积和极强的还原性的材料,然而,nZVI在地下水中的迁移距离较短,无法满足原位修复的需求,目前对于纳米铁迁移性的影响因素主要还是侧重考察水文参数和水质条件,而地下水中存在的土著微生物的作用也是不容忽视的。本研究采用液相还原法合成nZVI和壳聚糖包覆纳米铁(CS-nZVI),并通过透射电镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)表征手段对材料的形貌特征进行表征与分析,使用X射线衍射(XRD)和拉曼光谱来表征nZVI在迁移过程中的氧化产物,通过静态沉降实验和柱迁移实验,考察了氢自养反硝化细菌(HTB)在不同水质条件下对nZVI和CS-nZVI迁移性能的影响。得到以下结论:(1)合成的nZVI颗粒呈球状团簇结构,粒径均匀,与HTB反应后的nZVI颗粒生成片状和少量针状物质,CS-nZVI颗粒生成片状物质;XRD和拉曼光谱表征结果表明,添加HTB后nZVI和CS-nZVI具有明显的结构变化。nZVI的氧化产物主要是Fe_2O_3,而CS-nZVI的氧化产物主要是方铁矿(FeO)和纤铁矿(α-FeOOH)。(2)无HTB时,CS-nZVI颗粒的悬浮稳定性比nZVI强,在石英砂柱中的迁移率比nZVI高;HTB对nZVI的沉降性能有抑制作用,对CS-nZVI的沉降性能有促进作用,且随着HTB浓度增大,促进作用越明显;HTB对nZVI和CS-nZVI的迁移性能都有先抑制后促进的作用,且HTB对CS-nZVI的抑制作用更强。(3)HTB和HA对于nZVI的沉降有抑制作用,体系中HA浓度为10 mg/L时,1/3HTB对nZVI沉降性的抑制作用最明显,但是对CS-nZVI颗粒的沉降性能有明显的促进作用;HA可以增强nZVI和CS-nZVI颗粒的迁移性能,当HA浓度为10 mg/L时,对材料迁移性能的促进作用最强;体系中含有1/3 HTB和10 mg/L HA时,nZVI和CS-nZVI的迁移率最大,达到90%,体系中同时含有HTB和HA时,有一定的协同作用。(4)K~+和Ca~(2+)对nZVI和CS-nZVI的沉降有促进作用,离子浓度越小对nZVI和CS-nZVI的沉降性的促进作用越小,且Ca~(2+)对nZVI沉降的促进作用比K~+强,HTB在不同K~+浓度下,对nZVI悬浮液的沉降性有抑制作用,而HTB在不同Ca~(2+)浓度条件下,对nZVI的沉降性有促进作用,加速了nZVI的沉降。与沉降实验结果相对应,K~+和Ca~(2+)对nZVI和CS-nZVI的迁移都有抑制作用。(5)无HTB时,nZVI的穿透率为5.32%,CS-nZVI的穿透率为15.71%,在HTB存在下nZVI的穿透率较高,而滞留率较低,表明悬浮细菌的共存增加了运输并减少了nZVI在多孔介质中的沉积,但HTB对减少了CS-nZVI的穿透率,增加了在石英砂中的滞留率;在高浓度的硝酸盐溶液中,nZVI和CS-nZVI的穿透率降低。
【学位单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X523;X172
【部分图文】：

技术路线图

第二章 材料与方法硝化细菌的培养s eutrophus 购自中国工业文化收藏中心（中国北京），本培养的装置，如图 2.1 所示。培养箱内含有 5 L 培养液，15.000 g·L-1的 NaHCO3，3.036 g·L-1的 NaNO3和 0.975 g·成分与 An 等人[80]描述的相同。嵌套桶内含有 5 g 铁粉（ol/L）以产生氢气。将该装置中的 HTB 在室温下培养，在（OD420= 0.0063 - 0.0068），用以监测细菌的生长情况。

第二章 材料与方法- 15 -充，浸湿的石英砂以每次1-2 cm的小增量填充有机玻璃柱，图2.2为柱迁移实验装置图。使用蠕动泵以 10 mL/min 的流速向石英砂柱中分别注入 nZVI 和 CS-nZVI 悬浊液，时间间隔为 10 min 在出水口收集样品，稀释一定倍数，测定其中的铁含量。其中 HTB以及不同水质条件的改变，均是改变nZVI和CS-nZVI的背景溶液，即在nZVI和CS-nZVI悬浊液中加入不同浓度 HTB、HA、不同离子强度、硝酸盐等。图 2.2 柱迁移实验装置示意图Fig. 2.2 Schematic diagram of column transport test device
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本文编号：2869161