黄钾铁矾生物合成的影响因素及其机制研究
发布时间：2021-06-13 06:51
酸性矿山废水（Acid Mine Drainage, AMD）由于极端酸性和富含有毒有害元素对生态环境造成的巨大影响使其成为环境科学中研究的热点。目前,AMD的治理主要采用中和法、人工湿地法和微生物法等。其中,微生物法处理酸性矿山废水因具有成本低、适用性强、无二次污染等特点而引起了学术界的广泛重视。研究发现,在富含Fe和SO42-的AMD环境下,通过微生物或非生物的作用可形成铁的硫酸盐矿物进而除去其中的有毒有害元素。其中,黄钾铁矾作为AMD中最普遍、也是最为稳定的次生铁矿物形态,因具有较强的吸附和类质同象替换能力而成为一种倍受关注的新型环境矿物材料。本文围绕AMD的治理和次生矿物的形成,在实验室中模拟与AMD类似的酸性硫酸盐环境,通过改变嗜酸性氧化亚铁硫杆菌的反应条件、化学与生物成矿的对比、控制Fe2+氧化速率和外源添加糖类物质模拟细菌胞外多聚物（EPS）的方法,探讨了促进次生矿物形成的途径及其影响机制。1、为了研究不同环境和条件对细菌活性和次生矿物形成的影响,本文考察了细菌接种量、休止细胞保存时间、反应起始pH值,添加（NH4）2SO4、NH4HCO3和KHCO3对矿物生成量、亚铁氧...
【文章来源】：南京农业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：117 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
目录
摘要
ABSTRACT
第一章 酸性矿山废水中次生铁矿物的形成及其环境意义(代文献综述)
1 酸性矿山废水的形成及危害
1.1 酸性矿山废水的形成过程和机理
1.2 酸性矿山废水的危害
2 酸性矿山废水的治理途径
3 次生矿物形成的意义与过程
3.1 次生矿物形成的意义
3.2 次生矿物形成的过程
3.2.1 非生物成因的次生含铁矿物的形成
3.2.2 生物成因次生含铁矿物的形成
3.2.2.1 AMD环境中微生物种类
3.2.2.2 AMD环境中微生物的作用
3.2.2.3 影响微生物生长和活性的因素
3.3 酸性矿山废水中次生含铁矿物的稳定性
4 研究意义
5 研究思路
5.1 研究目标和研究内容
5.2 技术路线
参考文献
第二章 嗜酸性氧化亚铁硫杆菌催化氧化合成黄钾铁矾的条件优化研究
摘要
前言
1 材料与方法
1.1 仪器与试剂
1.2 A.ferrooxidans LX5休止细胞悬浮液的制备
1.3 Aferrooxidans LX5氧化FeSO_4合成黄钾铁矾的影响因子试验
1.4 合成产物的鉴定
2 结果与讨论
2.1 细菌接种量对黄钾铁矾合成的影响
2.2 休止细胞保存时间对黄钾铁矾合成的影响
2.3 溶液起始pH对黄钾铁矾合成的影响
2.4 添加NH_4~+对黄钾铁矾合成的影响
2.4.1 添加NH_4~+对矿物生成量的影响
2.4.2 添加NH_4~+对产物矿相的影响
2.5 添加NH_4HCO_3和KHCO_3对黄钾铁矾合成的影响
2.5.1 添加NH_4HCO_3和KHCO_3对产物生成量的影响
2.5.2 添加NH_4CO_3对产物矿相的影响
3 小结
参考文献
第三章 黄钾铁矾的生物合成与化学合成的比较研究
摘要
前言
1 材料与方法
1.1 仪器与试剂
1.2 A.ferrooxidans LX5休止细胞悬浮液的制备
1.3 矿物的合成
1.3.1 生物合成
1.3.2 化学合成
1.4 合成产物的鉴定与表征
2 结果与讨论
2.1 化学法与生物法合成矿物pH、Fe~(2+)氧化率、矿物量与铁沉淀率的比较
2.1.1 两种反应体系中pH值和Fe~(2+)含量的变化
2.1.2 两种反应体系中矿物生成量与铁沉淀率的比较
2.2 矿物的鉴定与表征
2.2.1 物理性状比较
2.2.2 化学组分分析
2.2.3 X射线衍射(XRD)分析
2.2.4 矿物形貌分析
2.2.5 比表面积(BET)分析
3 小结
参考文献
第四章 Fe~(2+)氧化速率对酸性硫酸盐环境中次生铁矿物形成的影响
摘要
前言
1 材料与方法
1.1 仪器与试剂
1.2 A.ferrooxidans LX5休止细胞悬浮液的制备
1.3 不同的Fe~(2+)氧化方式合成次生矿物
1.4 不同的Fe~(2+)氧化方式合成产物的鉴定与表征
1.5 EPS剥离前后A.ferrooxidans氧化活性和矿物形成的差异
2 结果与分析
2.1 Fe~(2+)氧化方式对矿物生成量的影响
2.2 不同的Fe~(2+)氧化方式对矿物化学组分的影响
2.3 不同的Fe~(2+)氧化方式对反应体系的pH和Fe去除率的影响
2.4 不同的Fe~(2+)氧化方式合成矿物的X射线衍射(XRD)分析
3 讨论
3.1 Fe~(2+)氧化速率对产物矿相的影响
3.2 快速氧化反应体系中矿物的相转变
3.3 Fe~(2+)氧化速率对矿物生成量和Fe去除率的影响
4 小结
参考文献
第五章 葡聚糖对酸性硫酸盐环境中次生铁矿物形成的影响
摘要
前言
1 材料与方法
1.1 仪器与试剂
1.2 不同浓度葡聚糖下次生矿物形成的形成
1.3 葡聚糖与Fe~(3+)的结合实验
1.4 合成产物的鉴定与表征
1.4.1 次生矿物的化学组成
1.4.2 次生矿物的比表面积
1.4.3 次生矿物的矿相
1.4.4 次生矿物的形貌特征
2 结果与讨论
2.1 不同浓度的葡聚糖对次生矿物合成量的影响
2.2 不同浓度的葡聚糖对次生矿物化学组成和比表面积的影响
2.3 不同浓度的葡聚糖对次生矿物类型的影响
2.4 不同浓度的葡聚糖对次生矿物扫描电镜照片的影响
2.5 葡聚糖对Fe~(3+)的结合
3 小结
参考文献
第六章 葡萄糖对酸性硫酸盐环境中次生铁矿物形成的影响
摘要
前言
1 材料与方法
1.1 仪器与试剂
1.2 A.ferrooxidans LX5休止细胞悬浮液的制备
1.3 H_2O_2氧化Fe~(2+)合成黄钾铁矾体系中添加葡萄糖
1.4 直接用Fe~(3+)合成黄钾铁矾体系中添加葡萄糖
1.4.1 Fe_2(SO_4)_3直接合成黄钾铁矾
1.4.2 Fe_2(SO_4)_3直接合成黄钾铁矾体系中添加葡萄糖
1.5 合成产物的鉴定
2 结果与讨论
2.1 葡萄糖对H_2O_2氧化Fe~(2+)合成矿物的影响
2.1.1 葡萄糖对H_2O_2氧化Fe~(2+)合成矿物量的影响
2.1.2 葡萄糖对H_2O_2氧化Fe~(2+)合成矿物矿相的影响
2.2 葡萄糖对直接用Fe~(3+)合成矿物的影响
2.2.1 Fe_2(SO_4)_3直接合成矿物的pH变化及矿物生成量
2.2.2 Fe_2(SO_4)_3直接合成黄钾铁矾体系中添加葡萄糖后矿物量的变化
3 小结
参考文献
全文结论
论文创新点
致谢
攻读博士期间发表的论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]微生物接种密度和矿物收集时间对生物沥浸中次生铁矿物形成的影响[J]. 柏双友,周立祥. 微生物学通报. 2011(04)
[2]FeSO4-K2SO4-H2O体系中Fe/K摩尔比对生物成因羟基硫酸铁矿物质量的影响及环境意义[J]. 柏双友,梁剑茹,周立祥. 环境科学学报. 2010(08)
[3]交联羧甲基魔芋葡甘聚糖对Fe（Ⅲ）和Cr（Ⅲ）的吸附行为研究[J]. 沈敏,吕欢欢,瞿阳,薛爱芳,李胜清,陈浩. 离子交换与吸附. 2010(03)
[4]氧化亚铁硫杆菌的筛选、生长特性及其橡胶再生研究[J]. 王雅琴,张翠茹,赵素合,吕杰,姜广明,霍瑞明. 环境工程学报. 2010(03)
[5]微生物胞外聚合物特征组分影响黄铁矿分解作用的实验研究[J]. 王朝华,陆建军,陆现彩,李娟. 岩石矿物学杂志. 2009(06)
[6]施氏矿物吸附Cu2+及氧化亚铁硫杆菌的实验研究[J]. 苏贵珍,陆建军,陆现彩,李娟,屠博文. 岩石矿物学杂志. 2009(06)
[7]酸性矿山废水的危害与防治对策研究[J]. 王磊,李泽琴,姜磊. 环境科学与管理. 2009(10)
[8]不同因素影响下Fe（Ⅲ）水解中和法制备FeOOH矿相的光谱分析[J]. 熊慧欣,梁剑茹,徐轶群,周立祥. 光谱学与光谱分析. 2009(07)
[9]酸性矿山废水中生物成因次生高铁矿物的形成及环境工程意义[J]. 周立祥. 地学前缘. 2008(06)
[10]葡聚糖及明胶对氢氧化铁凝胶矿化作用研究[J]. 方胜强,孙振亚,黄江波. 云南师范大学学报(自然科学版). 2008(05)
博士论文
[1]施氏矿物的生物合成及去除水中砷的效果与机理研究[D]. 廖岳华.南京农业大学 2008
[2]耐酸性酵母菌R30加速污泥生物沥浸进程机理研究[D]. 王世梅.南京农业大学 2007
本文编号：3227225
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【文章页数】：117 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
目录
摘要
ABSTRACT
第一章 酸性矿山废水中次生铁矿物的形成及其环境意义(代文献综述)
1 酸性矿山废水的形成及危害
1.1 酸性矿山废水的形成过程和机理
1.2 酸性矿山废水的危害
2 酸性矿山废水的治理途径
3 次生矿物形成的意义与过程
3.1 次生矿物形成的意义
3.2 次生矿物形成的过程
3.2.1 非生物成因的次生含铁矿物的形成
3.2.2 生物成因次生含铁矿物的形成
3.2.2.1 AMD环境中微生物种类
3.2.2.2 AMD环境中微生物的作用
3.2.2.3 影响微生物生长和活性的因素
3.3 酸性矿山废水中次生含铁矿物的稳定性
4 研究意义
5 研究思路
5.1 研究目标和研究内容
5.2 技术路线
参考文献
第二章 嗜酸性氧化亚铁硫杆菌催化氧化合成黄钾铁矾的条件优化研究
摘要
前言
1 材料与方法
1.1 仪器与试剂
1.2 A.ferrooxidans LX5休止细胞悬浮液的制备
1.3 Aferrooxidans LX5氧化FeSO_4合成黄钾铁矾的影响因子试验
1.4 合成产物的鉴定
2 结果与讨论
2.1 细菌接种量对黄钾铁矾合成的影响
2.2 休止细胞保存时间对黄钾铁矾合成的影响
2.3 溶液起始pH对黄钾铁矾合成的影响
2.4 添加NH_4~+对黄钾铁矾合成的影响
2.4.1 添加NH_4~+对矿物生成量的影响
2.4.2 添加NH_4~+对产物矿相的影响
2.5 添加NH_4HCO_3和KHCO_3对黄钾铁矾合成的影响
2.5.1 添加NH_4HCO_3和KHCO_3对产物生成量的影响
2.5.2 添加NH_4CO_3对产物矿相的影响
3 小结
参考文献
第三章 黄钾铁矾的生物合成与化学合成的比较研究
摘要
前言
1 材料与方法
1.1 仪器与试剂
1.2 A.ferrooxidans LX5休止细胞悬浮液的制备
1.3 矿物的合成
1.3.1 生物合成
1.3.2 化学合成
1.4 合成产物的鉴定与表征
2 结果与讨论
2.1 化学法与生物法合成矿物pH、Fe~(2+)氧化率、矿物量与铁沉淀率的比较
2.1.1 两种反应体系中pH值和Fe~(2+)含量的变化
2.1.2 两种反应体系中矿物生成量与铁沉淀率的比较
2.2 矿物的鉴定与表征
2.2.1 物理性状比较
2.2.2 化学组分分析
2.2.3 X射线衍射(XRD)分析
2.2.4 矿物形貌分析
2.2.5 比表面积(BET)分析
3 小结
参考文献
第四章 Fe~(2+)氧化速率对酸性硫酸盐环境中次生铁矿物形成的影响
摘要
前言
1 材料与方法
1.1 仪器与试剂
1.2 A.ferrooxidans LX5休止细胞悬浮液的制备
1.3 不同的Fe~(2+)氧化方式合成次生矿物
1.4 不同的Fe~(2+)氧化方式合成产物的鉴定与表征
1.5 EPS剥离前后A.ferrooxidans氧化活性和矿物形成的差异
2 结果与分析
2.1 Fe~(2+)氧化方式对矿物生成量的影响
2.2 不同的Fe~(2+)氧化方式对矿物化学组分的影响
2.3 不同的Fe~(2+)氧化方式对反应体系的pH和Fe去除率的影响
2.4 不同的Fe~(2+)氧化方式合成矿物的X射线衍射(XRD)分析
3 讨论
3.1 Fe~(2+)氧化速率对产物矿相的影响
3.2 快速氧化反应体系中矿物的相转变
3.3 Fe~(2+)氧化速率对矿物生成量和Fe去除率的影响
4 小结
参考文献
第五章 葡聚糖对酸性硫酸盐环境中次生铁矿物形成的影响
摘要
前言
1 材料与方法
1.1 仪器与试剂
1.2 不同浓度葡聚糖下次生矿物形成的形成
1.3 葡聚糖与Fe~(3+)的结合实验
1.4 合成产物的鉴定与表征
1.4.1 次生矿物的化学组成
1.4.2 次生矿物的比表面积
1.4.3 次生矿物的矿相
1.4.4 次生矿物的形貌特征
2 结果与讨论
2.1 不同浓度的葡聚糖对次生矿物合成量的影响
2.2 不同浓度的葡聚糖对次生矿物化学组成和比表面积的影响
2.3 不同浓度的葡聚糖对次生矿物类型的影响
2.4 不同浓度的葡聚糖对次生矿物扫描电镜照片的影响
2.5 葡聚糖对Fe~(3+)的结合
3 小结
参考文献
第六章 葡萄糖对酸性硫酸盐环境中次生铁矿物形成的影响
摘要
前言
1 材料与方法
1.1 仪器与试剂
1.2 A.ferrooxidans LX5休止细胞悬浮液的制备
1.3 H_2O_2氧化Fe~(2+)合成黄钾铁矾体系中添加葡萄糖
1.4 直接用Fe~(3+)合成黄钾铁矾体系中添加葡萄糖
1.4.1 Fe_2(SO_4)_3直接合成黄钾铁矾
1.4.2 Fe_2(SO_4)_3直接合成黄钾铁矾体系中添加葡萄糖
1.5 合成产物的鉴定
2 结果与讨论
2.1 葡萄糖对H_2O_2氧化Fe~(2+)合成矿物的影响
2.1.1 葡萄糖对H_2O_2氧化Fe~(2+)合成矿物量的影响
2.1.2 葡萄糖对H_2O_2氧化Fe~(2+)合成矿物矿相的影响
2.2 葡萄糖对直接用Fe~(3+)合成矿物的影响
2.2.1 Fe_2(SO_4)_3直接合成矿物的pH变化及矿物生成量
2.2.2 Fe_2(SO_4)_3直接合成黄钾铁矾体系中添加葡萄糖后矿物量的变化
3 小结
参考文献
全文结论
论文创新点
致谢
攻读博士期间发表的论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]微生物接种密度和矿物收集时间对生物沥浸中次生铁矿物形成的影响[J]. 柏双友,周立祥. 微生物学通报. 2011(04)
[2]FeSO4-K2SO4-H2O体系中Fe/K摩尔比对生物成因羟基硫酸铁矿物质量的影响及环境意义[J]. 柏双友,梁剑茹,周立祥. 环境科学学报. 2010(08)
[3]交联羧甲基魔芋葡甘聚糖对Fe（Ⅲ）和Cr（Ⅲ）的吸附行为研究[J]. 沈敏,吕欢欢,瞿阳,薛爱芳,李胜清,陈浩. 离子交换与吸附. 2010(03)
[4]氧化亚铁硫杆菌的筛选、生长特性及其橡胶再生研究[J]. 王雅琴,张翠茹,赵素合,吕杰,姜广明,霍瑞明. 环境工程学报. 2010(03)
[5]微生物胞外聚合物特征组分影响黄铁矿分解作用的实验研究[J]. 王朝华,陆建军,陆现彩,李娟. 岩石矿物学杂志. 2009(06)
[6]施氏矿物吸附Cu2+及氧化亚铁硫杆菌的实验研究[J]. 苏贵珍,陆建军,陆现彩,李娟,屠博文. 岩石矿物学杂志. 2009(06)
[7]酸性矿山废水的危害与防治对策研究[J]. 王磊,李泽琴,姜磊. 环境科学与管理. 2009(10)
[8]不同因素影响下Fe（Ⅲ）水解中和法制备FeOOH矿相的光谱分析[J]. 熊慧欣,梁剑茹,徐轶群,周立祥. 光谱学与光谱分析. 2009(07)
[9]酸性矿山废水中生物成因次生高铁矿物的形成及环境工程意义[J]. 周立祥. 地学前缘. 2008(06)
[10]葡聚糖及明胶对氢氧化铁凝胶矿化作用研究[J]. 方胜强,孙振亚,黄江波. 云南师范大学学报(自然科学版). 2008(05)
博士论文
[1]施氏矿物的生物合成及去除水中砷的效果与机理研究[D]. 廖岳华.南京农业大学 2008
[2]耐酸性酵母菌R30加速污泥生物沥浸进程机理研究[D]. 王世梅.南京农业大学 2007
本文编号：3227225
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