生物锰氧化物的合成及其在重金属去除中的应用
Sythesis of biogenic mangane oxide and its application for heavy metals
removal
Abstract
Mangane oxidizing bacteria is a type of phylogenetical microbe which can oxidizes soluble Mn2+ into insoluble Mn3+/Mn4+ oxides. Nowadays, there are plenty of reports about pure cultured mangane oxidizing bacteria (MnOB), but rare work concerned on the mangane oxidizing consortium. In terms of application, mangane oxidizing consortium was more suitable than pure cultured MnOB. This work was performed to obtain an acclimated microbial consortium from the marine diments and conduct the 16S rRNA gene quencing of microbial consortium. Then the growth and Mn2+oxidation performance of microbial consortium in various conditions was investigated. The results showed that a significantly shift has taken place during the acclimation process. In the phylum level, the relative abundance of Proteobacteria firstly decrea from 56.72% to 35.1%, and then increa again to 76.12%. When the initial concentration of Mn2+ was up to 5 mM, the consortium could still oxidize mangane ion. Metal ions had different effects on Mn2+oxidation performance of community and Zn2
+ ,Co2+ and Cd2+ restrained the Mn2+ oxidation capacity to varying degree, but Fe3+ could accelerate the rate of Mn2+ oxidation. pH 7.0 and the salinity below 3.5% are suitable for growth and Mn2+ oxidation of community. The characterization results showed that the BioMnO X was amorphous with specific surface area of 31-41 m2 g-1.
In order to study the heavy metals removal efficiency which performed in bioreactor by mangane oxidizing consortium, we firstly studied the heavy metals removal by BioMnO X only. Element mapping and N2 adsorption/desorption curves indicated that it contains C, O, N, Mn and Fe elements, and with specific surface area of 81.426 m2 g-1. Then BioMnO X was ud to adsorb various heavy metals, and the results showed that BioMnO X have stronger affinity for Pb2+over other metal ions. The results of FTIR and exciation-emission matrix fluoscence spectra indicated that the amide group, hydroxyl group, tryptophan protein-like molecules and aromatic protein-like molecules on BioMnO X surface plays an important role in adsorption of Pb2+. The adsorption of Pb2+ on BioMnO X could be approximated favorably by pudo-cond-order model and Langmuir model, and the maximum adsorption capacity of Pb2+ was 507.61 mg g-1. The adsorption was spontaneous of monolayer adsorption and exothermic process. It also suggested that the chemisorption was main process in the adsorption of Pb2+.
Finally, we attempted to enrich MnOB in bioreactor and produce BioMnO X in situ to remove Mn2+. We built the biological aerated filter (BAF) bioreactor and moving bed biofilm reactor (MBBR) to remove Mn2+. The results showed that the removal efficiency of Mn2+ by BAF was unstable. The falling biofilm has a bad effluent quality. However, the MBBR kept the
removal of Mn2+ and the removal efficiency of Mn2+ was up to 86.53% when the influent Mn2+ concentration was 5.5 mg L-1. Therefore, the MBBR is more suitable for enriching MnOB and produce BioMnO X in situ.
Key words:mangane oxidizing consortium; biogenic mangane oxide; heavy metal; adsorption; biofilm reactor
生物锰氧化物的合成及其在重金属去除中的应用
目录
摘要..................................................................................................................................... I Abstract ............................................................................................................................. II 引言 (1)
cang1 绪论 (2)
1.1 重金属污染现状 (2)
exercis怎么读
1.1.1 重金属污染的来源 (2)
1.1.2 重金属的危害 (2)
1.1.3 重金属污染的处理方法 (3)
1.2 锰氧化菌 (7)
1.2.1 锰氧化菌的种类 (7)
1.2.2 锰氧化菌氧化Mn2+的原因 (7)
1.3 锰氧化物 (8)
1.3.1 化学合成的锰氧化物 (9)
1.3.2 生物锰氧化物 (10)
天上掉馅饼英文
1.3.3 生物锰氧化物的应用 (10)
贸易有限公司 英文
1.4 研究目的、内容和研究路线 (12)
1.4.1 研究目的 (12)
1.4.2 研究内容 (12)
2 锰氧化微生物群落的驯化及锰氧化特性研究 (14)
2.1 材料和方法 (14)
2.1.1 实验材料 (14)
2.1.2 实验方法 (16)
2.2 结果与讨论 (19)
2.2.1 锰氧化微生物群落的解析及鉴定结果 (19)
2.2.2 不同培养条件对群落的锰氧化性能的影响 (20)
2.2.3 生物锰氧化物的表征 (24)
2.3 结论 (27)
3 生物锰氧化物的特性及其对重金属的吸附 (28)
3.1 材料和方法 (28)
3.1.1 生物锰氧化物的合成 (28)
3.1.2 生物锰氧化物的表征 (28)
3.1.3 生物锰氧化物对金属离子的吸附性能 (29)
3.1.4 生物锰氧化物对Pb2+的吸附动力学 (29)
3.1.5 生物锰氧化物对Pb2+的吸附等温线 (30)
3.1.6 生物锰氧化物对Pb2+的吸附热力学 (31)
pasco
3.2 结果与讨论 (31)
3.2.1 生物锰氧化物的表征 (31)
3.2.2 生物锰氧化物对金属离子的吸附性能 (40)
3.2.3 生物锰氧化物吸附Pb2+的吸附动力学 (41)
yuan怎么拼读
3.2.4 生物锰氧化物对Pb2+的吸附等温线 (43)
3.2.5 生物锰氧化物对Pb2+的吸附热力学 (46)
3.3 结论 (47)
4 生物膜反应器对Mn2+的去除 (48)
4.1 BAF生物膜反应器对Mn2+的去除 (48)
4.1.1 BAF反应器的构建和操作条件 (48)
4.1.2 分析方法 (49)education是什么意思
4.1.3 结果与讨论 (49)
4.2 MBBR生物膜反应器对Mn2+的去除 (51)
4.2.1 MBBR反应器的构建和操作条件 (52)
4.2.2 分析方法 (53)
4.2.3 结果与讨论 (53)
4.3 结论 (55)
whenever的用法
结论 (56)
1 结论 (56)
rcl2 展望 (57)
3 创新点 (57)
参考文献 (58)
日语课程
攻读硕士学位期间发表学术论文情况 (66)
致谢 (67)
(68)
引言
重金属的挖掘与使用在现代工业中具有至关重要的作用，如采矿、冶金、制革、化学工业等行业，产生的大量含有重金属的废水，这些废水如果未经处理直接排放，将造成严重的环境污染。重金属的污染不仅会影响大气、环境水体、农作物和土壤的质量，还会直接或间接的危害人类和其他生物的健康。常用的重金属污染处理方法，主要包括吸附、膜过滤、化学沉淀、离子交换等，这些处理方法虽然操作简单，处理迅速，但成本高，并且容易产生二次污染。而微生物修复法，具有处理效率高、资金投入少且环境友好等优点。因而，利用微生物修复法处理重金属废水，现已成为重金属废水处理研究的一个热点。
锰氧化菌是一类在系统进化关系上无直接关联，但是均能将可溶的Mn2+氧化成不溶的高价锰氧化物的微生物的总称，其已被用于含铁、锰地下水的处理中。锰氧化菌在去除锰污染的同时，生成的锰氧化物还可以吸附/氧化其他污染物。与化学法合成的锰氧化物相比，微生物合成的锰氧化物的比表面积较大，如Pudomonas putida产生的锰氧化物的比表面积为98 m2g-1，Leptothrix discophora SS-1产生的锰氧化物的比表面积为224 m2 g-1，而化学法合成的δ-MnO2的比表面积为58 m2 g-1。同时，生物锰氧化物还是一种强氧化剂，能够氧化低价金属离子，也可以将难降解的有机污染物氧化分解成较低分子量的有机物，低分子量的有机物可以供微生物利用，达到了去除污染物的目的。而在实际应用中，锰氧化菌通常与其他功能的微生物构成微生物群落，因此可以适应不同的环境条件，维持功能的相对稳定。
本论文强调微生物群落合成生物锰氧化物的应用价值，由于考虑到辽东湾近海区域的底泥长期受到重金属的污染，其中可能富集了大量的锰氧化菌，从中驯化得到高效的锰氧化微生物群落并研究其特性，对于后续的原位生态修复具有重要的意义。本论文主要从辽东湾近海受污染底泥中驯化得到高效的锰氧化群落，对群落结构进行解析、特性研究，并对群落产生的锰氧化物进行表征。发现Fe3+的加入，可以极大程度的促进群落对Mn2+的氧化，所以，又研究了锰氧化群落在加入Fe3+的情况下产生的锰氧化物，对其进行表征，研究锰氧化物对金属离子的吸附性能。实验结果发现锰氧化物对Pb2+的吸附能力最佳，因此，进一步研究了锰氧化物对重金属Pb2+的吸附机制、吸附动力学、吸附等温线、
吸附热力学。最后在生物膜反应器中富集锰氧化菌，研究锰氧化菌及其产生的锰氧化物，在反应器中对Mn2+的去除效果，以及运行过程中pH、氧化还原电位、电导率的变化。本论文作用研究锰氧化群落的获得、群落的锰氧化性能的影响因素、生物锰氧化物的特性等内容，旨在实验室水平获得性能较为稳定的锰氧化微生物群落，为进一步处理重金属、降解有机污染物提供可能的解决办法。
