嗜酸氧化亚铁硫杆菌对不同环境条件中砷的生物吸附及其应用研究
发布时间：2024-01-26 20:47
砷是普遍存在于地球上的一种类金属元素,在自然界中的丰度排名第20,在岩石矿物中砷分布也较多,砷与人类的环境和健康密不可分。随着人类活动,大量的砷流入自然环境,在地球生物化学的作用下循环,最终进入人体,造成世界各地含砷水污染事件时有发生,饮用水砷污染已经成为世界范围内一个亟需攻克的难题。目前,国内外常用含砷废水处理方法以吸附-过滤法、膜过滤法、氧化法、离子交换法等物理化学法居多。与这些化学法和物理法相比,利用抗砷微生物生物吸附水体中砷的方法,具有操作简单、投资成本低,并且处理过程无二次污染等优点。本研究从黑龙江五大连池酸性矿山废水中分离纯化获得嗜酸氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans,A.ferrooxidans)DLC-5,它是一种具有多种重金属抗性的微生物,利用它的抗砷特性对三价砷[As(Ⅲ)]和二甲基砷酸[DMA(Ⅴ)]溶液进行了生物吸附研究,结果发现A.ferrooxidans DLC-5在pH4.0,溶液温度30℃条件下,对实验室配置的三价砷[As(Ⅲ)]和二甲基砷酸[DMA(Ⅴ)]溶液都具有较强的吸附能力,并且对于有机砷离子的生物吸附效...
【文章页数】：101 页
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 环境中砷的来源、毒性和危害
1.2.1 环境中砷污染的主要来源
1.2.2 环境中砷的毒性和危害
1.2.3 砷的主要化学性质
1.2.4 全球水环境砷污染现状
1.3 国内外含砷废水处理技术的研究现状
1.3.1 高含砷废水治理工艺
1.3.2 低含砷废水除砷技术研究现状
1.4 生物法去除地下水中的砷
1.4.1 抗砷微生物的种类
1.4.2 生物法去除地下水中的砷
1.4.3 微生物吸附除砷的研究进展及存在的问题
1.4.4 选择嗜酸性氧化亚铁硫杆菌的理由和研究意义
1.5 A.ferrooxidans对固相物质中砷的生物洗脱
1.5.1 传统吸附剂材料
1.5.2 选择施威特曼石作为吸附材料的理由
1.5.3 施威特曼石的合成
1.5.4 A.ferrooxidansDLC-5对吸附砷饱和后的施威特曼石再生
1.6 生物吸附(洗脱)过程的现场检测方法
1.6.1 水体中砷的主要检测方法及其缺点
1.6.2 LSPR检测方法应用实例
1.6.3 本研究利用LSPR检测砷的主要原理和优点
1.7 本文主要研究内容
1.7.1 不同环境条件中A.ferrooxidansDLC-5对溶液中砷的生物吸附响应机制
1.7.2 A.ferrooxidansDLC-5从固相砷吸附剂中生物洗脱砷及其应用
1.7.3 生物吸附(洗脱)过程中砷浓度的现场检测方法
1.8 技术路线和主要创新点
1.8.1 本研究主要技术路线
1.8.2 创新点
第二章 不同环境条件中A.ferrooxidansDLC-5对溶液中砷的生物吸附响应机制
2.1 实验材料
2.1.1 A.ferrooxidansDLC-5菌株的来源
2.1.2 A.ferrooxidansDLC-5菌液的制备
2.1.3 9 K液体培养基的制备
2.1.4 试剂
2.1.5 实验仪器和设备
2.2 环境条件选取和实验方法
2.2.1 实验环境影响条件的选取
2.2.2 实验方法
2.2.3 傅里叶红外光谱(FT-IR)分析方法
2.2.4 溶液中砷含量的检测方法
2.3 分析方法
2.4 结果分析和讨论
2.4.1 温度对生物吸收能力的影响及热力学分析
2.4.2 pH的影响
2.4.3 生物吸收剂的影响
2.4.4 初始砷浓度影响和生物吸附等温线
2.4.5 吸附接触时间影响和吸收动力学分析
2.4.6 傅里叶红外图谱分析
2.5 小结
第三章 A.ferrooxidansDLC-5生物洗脱固相砷吸附剂中的砷及其初步应用
3.1 实验材料
3.1.1 A.ferrooxidansDLC-5菌液的制备
3.1.2 试剂
3.1.3 实验仪器和设备
3.1.4 溶液中砷含量的检测方法
3.2 实验方法
3.2.1 施威特曼石生物合成方法及预处理方法
3.2.2 施威特曼石对砷(As(Ⅲ))的吸附实验方法
3.2.3 微生物菌体对吸砷饱和的施威特曼石生物洗脱实验方法
3.2.4 再生后的施威特曼石对砷(As(Ⅲ))吸附实验方法
3.3 施威特曼石对砷(As(Ⅲ))的吸附结果分析
3.4 菌液对吸砷后施威特曼石的生物洗脱结果分析
3.5 生物再生后的施威特曼石对砷(As(Ⅲ))的吸附结果分析
3.6 施威特曼石吸附反应器及其解吸再生装置的初步构建
3.6.1 砷生物反应器及其再生设备
3.6.2 砷生物反应器的使用方法及其再生回用方法
3.7 小结
第四章 溶液中砷浓度的LSPR芯片检测方法
4.1 实验材料
4.1.1 实验试剂
4.1.2 实验仪器和设备
4.2 实验方法
4.2.1 三角形Ag@Au核壳纳米粒子的制备方法
4.2.2 制备基于Ag@Au三角纳米粒子的芯片
4.3 实验材料制备机理
4.3.1 三角形Ag纳米颗粒的制备机理
4.3.2 三角形Ag@Au核壳纳米粒子的制备机理
4.4 结果分析与讨论
4.4.1 Ag@Au核壳三角纳米粒子的芯片的敏感度测试
4.4.2 Ag@Au核壳纳米颗粒稳定性考察
4.4.3 Ag@Au核壳纳米颗粒灵敏度考察
4.4.4 Ag@Au三角纳米粒子芯片的性能测试
4.5 LSPR芯片工作机理和检测结果
4.5.1 LSPR芯片工作机理
4.5.2 检测机理
4.6 LSPR芯片用于检测砷酸盐溶液
4.7 小结
第五章 结论和展望
5.1 结论
5.2 研究不足和研究展望
参考文献
在学期间的研究成果
致谢
本文编号：3885663
【文章页数】：101 页
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 环境中砷的来源、毒性和危害
1.2.1 环境中砷污染的主要来源
1.2.2 环境中砷的毒性和危害
1.2.3 砷的主要化学性质
1.2.4 全球水环境砷污染现状
1.3 国内外含砷废水处理技术的研究现状
1.3.1 高含砷废水治理工艺
1.3.2 低含砷废水除砷技术研究现状
1.4 生物法去除地下水中的砷
1.4.1 抗砷微生物的种类
1.4.2 生物法去除地下水中的砷
1.4.3 微生物吸附除砷的研究进展及存在的问题
1.4.4 选择嗜酸性氧化亚铁硫杆菌的理由和研究意义
1.5 A.ferrooxidans对固相物质中砷的生物洗脱
1.5.1 传统吸附剂材料
1.5.2 选择施威特曼石作为吸附材料的理由
1.5.3 施威特曼石的合成
1.5.4 A.ferrooxidansDLC-5对吸附砷饱和后的施威特曼石再生
1.6 生物吸附(洗脱)过程的现场检测方法
1.6.1 水体中砷的主要检测方法及其缺点
1.6.2 LSPR检测方法应用实例
1.6.3 本研究利用LSPR检测砷的主要原理和优点
1.7 本文主要研究内容
1.7.1 不同环境条件中A.ferrooxidansDLC-5对溶液中砷的生物吸附响应机制
1.7.2 A.ferrooxidansDLC-5从固相砷吸附剂中生物洗脱砷及其应用
1.7.3 生物吸附(洗脱)过程中砷浓度的现场检测方法
1.8 技术路线和主要创新点
1.8.1 本研究主要技术路线
1.8.2 创新点
第二章 不同环境条件中A.ferrooxidansDLC-5对溶液中砷的生物吸附响应机制
2.1 实验材料
2.1.1 A.ferrooxidansDLC-5菌株的来源
2.1.2 A.ferrooxidansDLC-5菌液的制备
2.1.3 9 K液体培养基的制备
2.1.4 试剂
2.1.5 实验仪器和设备
2.2 环境条件选取和实验方法
2.2.1 实验环境影响条件的选取
2.2.2 实验方法
2.2.3 傅里叶红外光谱(FT-IR)分析方法
2.2.4 溶液中砷含量的检测方法
2.3 分析方法
2.4 结果分析和讨论
2.4.1 温度对生物吸收能力的影响及热力学分析
2.4.2 pH的影响
2.4.3 生物吸收剂的影响
2.4.4 初始砷浓度影响和生物吸附等温线
2.4.5 吸附接触时间影响和吸收动力学分析
2.4.6 傅里叶红外图谱分析
2.5 小结
第三章 A.ferrooxidansDLC-5生物洗脱固相砷吸附剂中的砷及其初步应用
3.1 实验材料
3.1.1 A.ferrooxidansDLC-5菌液的制备
3.1.2 试剂
3.1.3 实验仪器和设备
3.1.4 溶液中砷含量的检测方法
3.2 实验方法
3.2.1 施威特曼石生物合成方法及预处理方法
3.2.2 施威特曼石对砷(As(Ⅲ))的吸附实验方法
3.2.3 微生物菌体对吸砷饱和的施威特曼石生物洗脱实验方法
3.2.4 再生后的施威特曼石对砷(As(Ⅲ))吸附实验方法
3.3 施威特曼石对砷(As(Ⅲ))的吸附结果分析
3.4 菌液对吸砷后施威特曼石的生物洗脱结果分析
3.5 生物再生后的施威特曼石对砷(As(Ⅲ))的吸附结果分析
3.6 施威特曼石吸附反应器及其解吸再生装置的初步构建
3.6.1 砷生物反应器及其再生设备
3.6.2 砷生物反应器的使用方法及其再生回用方法
3.7 小结
第四章 溶液中砷浓度的LSPR芯片检测方法
4.1 实验材料
4.1.1 实验试剂
4.1.2 实验仪器和设备
4.2 实验方法
4.2.1 三角形Ag@Au核壳纳米粒子的制备方法
4.2.2 制备基于Ag@Au三角纳米粒子的芯片
4.3 实验材料制备机理
4.3.1 三角形Ag纳米颗粒的制备机理
4.3.2 三角形Ag@Au核壳纳米粒子的制备机理
4.4 结果分析与讨论
4.4.1 Ag@Au核壳三角纳米粒子的芯片的敏感度测试
4.4.2 Ag@Au核壳纳米颗粒稳定性考察
4.4.3 Ag@Au核壳纳米颗粒灵敏度考察
4.4.4 Ag@Au三角纳米粒子芯片的性能测试
4.5 LSPR芯片工作机理和检测结果
4.5.1 LSPR芯片工作机理
4.5.2 检测机理
4.6 LSPR芯片用于检测砷酸盐溶液
4.7 小结
第五章 结论和展望
5.1 结论
5.2 研究不足和研究展望
参考文献
在学期间的研究成果
致谢
本文编号：3885663
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