细菌纤维素膜负载纳米零价铁灭活水中噬菌体的特性及机理研究

来源 :北京建筑大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:chenger_123
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随着社会经济的发展,水资源短缺和水体污染问题日渐突出,已经成为社会可持续发展的制约因素之一,污水回用成为了解决水资源短缺和水体污染的主要途径。但是污水在回用过程中含有大量的微生物,特别是一些病原微生物会随污水回用通过直接或间接的途径与人日接触,导致水传播疾病。传统的消毒技术虽然处理效果啊显著,但是也存在消毒副产物、光复活等现象的问题。纳米零价铁作为环境修复的新型材料,具有体积小,比表面积大,反应活性高等特点,对病毒微生物也呈现出良好的去除效果。但是纳米零价铁易聚集,导致粒子的比表面积下降,极大地限制了纳米零价铁的进一步应用。细菌纤维素膜是一种新型的多功能纳米微生物材料,具有独特的三维结构,由超细纳米纤维网络组成,可以作为复合纳米材料的模板,对纳米粒子形成保护及限制作用,在一定程度上防止生成的纳米粒子发生团聚,改善纳米材料易流失、易团聚、难回收的问题。因此,本论文制备出细菌纤维素膜负载纳米零价铁(BC-nZVI)新型材料,并对其对于噬菌体的灭活特性和机理进行了探究,具体如下:(1)通过原位还原法制备了细菌纤维素膜负载纳米零价铁复合材料,并采用SEM、XRD、XPS、ICP等手段对材料的结构和形貌进行表征。研究结果表明,在制备过程中,纳米零价铁的负载量会随着硫酸亚铁浓度的增大而增大,因此可以通过改变硫酸亚铁浓度对纳米零价铁的负载量进行调控。制备出的复合材料上纳米零价铁的粒径大约为200nm,没有团聚现象的发生,但是,当硫酸亚铁的浓度增大到一定程度,会使纳米零价铁粒子过量负载,粒径变大,发生团聚。(2)选择MS2噬菌体作为模型病毒,探究MS2噬菌体的灭活率与复合材料的纳米零价铁负载量、pH、MS2噬菌体的初始浓度、复合材料的投加量以及温度的关系。研究结果表明,通过较低浓度的硫酸亚铁溶液制备出的复合材料具有更好的灭活效果,仅5min便能达到接近4log的去除量,而去除率与pH、初始浓度、投加量以及温度均为正相关,但是对环境的敏感度降低,整体的灭活效率得到了提高。(3)对反应后的细菌纤维素膜负载纳米零价铁复合材料通过SEM、XRD、XPS进行形貌和反应产物的观察,并在实验过程中添加了自由基捕获剂来探究自由基的影响,最后通过不同老化时间下的灭活噬菌体MS2的速率,来探究材料的稳定性。研究结果表明,灭活反应完成后,在低浓度硫酸亚铁浓度下制备的复合材料的氧化程度最低,说明细菌纤维素膜能够缓解纳米零价铁的氧化过程;而对于自由基的研究发现,活性氧化物(·OH和·O2-)对灭活MS2起到了主导作用,使噬菌体失去了感染能力;老化试验的结果表明,28天后,复合材料的灭活速率没有降低,说明制备的细菌纤维素膜负载纳米零价铁复合材料干燥的环境中则可以保存较长时间能够而不影响其性能,纳米零价铁的易氧化性得到了抑制,稳定性提高。
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