黏土矿物—细菌复合体对Mn(Ⅱ)的吸附行为研究

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微生物、黏土矿物作为新型的环境修复材料因为其廉价、储量丰富等特点成为国内外研究热点。本研究将抗重金属细菌负载到黏土矿物表面制得矿物-细菌复合体,在此基础上研究细菌对矿物表面性质及吸附性能的影响。论文主要结果如下:1.从受重金属锰污染严重的土壤中分离得到的抗锰细菌M-2经过生理生化实验和16S rDNA测序鉴定该细菌为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)。该菌种对Mn(Ⅱ)的去除率达95%以上。2.不同种类矿物对抗锰细菌M-2的吸附量不同。本实验中沸石表面细菌的吸附量大于硅藻土表面细菌的吸附量;在一定范围内,随着溶液中菌量的增大以及吸附时间的延长,矿物对细菌的吸附量增大;在供试条件范围内当温度为40℃,pH为5.5-6.5时,各矿物对细菌的吸附量最大。3.抗重金属细菌负载到矿物表面将影响矿物的表面特性。研究结果表明将抗锰细菌负载到矿物表面使得硅藻土的电荷零点pHzpc由6.2下降到5.8,比表面积由85.3m2·g-1增大到98.2m2·g-1;沸石的电荷零点pHzpc由3.8上升到4.9,比表面积由141.9m2·g-1增大到160.5m2·g-1。4.在达到相同水平的最大吸附率(>80%)时,复合吸附剂的投加量低于单一矿物吸附剂的投加量,硅藻土类的吸附剂投加量高于沸石类的吸附剂投加量;温度对于两种矿物及矿物-细菌复合体的影响一致,随温度升高,对锰离子的吸附率升高;各吸附剂对Mn(Ⅱ)的吸附率随pH上升而增大,当pH>8.6,吸附率明显开始下降,且加入细菌的复合体系对Mn(Ⅱ)的吸附率高于单一矿物的吸附率。5.由Langmuir方程计算硅藻土、硅藻土-细菌、沸石、沸石-细菌对Mn(Ⅱ)的最大吸附量Qmax分别为45.28、56.18、58.14、71.43 mg·g-1,吸附常数K分别为0.01、0.03、0.09、0.11。抗锰细菌的加入使得硅藻土、沸石对Mn(Ⅱ)Qmax增幅分别为24%、23%,由K值判断,且增强了矿物与重金属离子之间的亲和力;各吸附过程均可以用准二级速率方程进行(R2=0.99)描述,这说明各吸附剂对Mn(Ⅱ)的吸附都存在化学吸附;计算硅藻土、硅藻土-细菌复合体、沸石、沸石-细菌复合体的表观吸附活化能Ea分别为14.73、16.15、12.35、18.53kJ.mol-1。矿物及矿物-细菌复合体对Mn(Ⅱ)的吸附过程并不是单一的以化学吸附为吸附速率控制步骤,同时也存在着物理吸附(液膜扩散)速率控制步骤,是由液膜扩散和化学吸附共同控制的过程。
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