反硝化菌对壳聚糖包覆纳米铁迁移性能的影响

论文摘要

纳米零价铁（nZVI）是一种具有较大的比表面积和极强的还原性的材料,然而,nZVI在地下水中的迁移距离较短,无法满足原位修复的需求,目前对于纳米铁迁移性的影响因素主要还是侧重考察水文参数和水质条件,而地下水中存在的土著微生物的作用也是不容忽视的。本研究采用液相还原法合成nZVI和壳聚糖包覆纳米铁（CS-nZVI）,并通过透射电镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）表征手段对材料的形貌特征进行表征与分析,使用X射线衍射（XRD）和拉曼光谱来表征nZVI在迁移过程中的氧化产物,通过静态沉降实验和柱迁移实验,考察了氢自养反硝化细菌（HTB）在不同水质条件下对nZVI和CS-nZVI迁移性能的影响。得到以下结论:（1）合成的nZVI颗粒呈球状团簇结构,粒径均匀,与HTB反应后的nZVI颗粒生成片状和少量针状物质,CS-nZVI颗粒生成片状物质;XRD和拉曼光谱表征结果表明,添加HTB后nZVI和CS-nZVI具有明显的结构变化。nZVI的氧化产物主要是Fe2O3,而CS-nZVI的氧化产物主要是方铁矿（FeO）和纤铁矿（α-FeOOH）。（2）无HTB时,CS-nZVI颗粒的悬浮稳定性比nZVI强,在石英砂柱中的迁移率比nZVI高;HTB对nZVI的沉降性能有抑制作用,对CS-nZVI的沉降性能有促进作用,且随着HTB浓度增大,促进作用越明显;HTB对nZVI和CS-nZVI的迁移性能都有先抑制后促进的作用,且HTB对CS-nZVI的抑制作用更强。（3）HTB和HA对于nZVI的沉降有抑制作用,体系中HA浓度为10 mg/L时,1/3HTB对nZVI沉降性的抑制作用最明显,但是对CS-nZVI颗粒的沉降性能有明显的促进作用;HA可以增强nZVI和CS-nZVI颗粒的迁移性能,当HA浓度为10 mg/L时,对材料迁移性能的促进作用最强;体系中含有1/3 HTB和10 mg/L HA时,nZVI和CS-nZVI的迁移率最大,达到90%,体系中同时含有HTB和HA时,有一定的协同作用。（4）K+和Ca2+对nZVI和CS-nZVI的沉降有促进作用,离子浓度越小对nZVI和CS-nZVI的沉降性的促进作用越小,且Ca2+对nZVI沉降的促进作用比K+强,HTB在不同K+浓度下,对nZVI悬浮液的沉降性有抑制作用,而HTB在不同Ca2+浓度条件下,对nZVI的沉降性有促进作用,加速了nZVI的沉降。与沉降实验结果相对应,K+和Ca2+对nZVI和CS-nZVI的迁移都有抑制作用。（5）无HTB时,nZVI的穿透率为5.32%,CS-nZVI的穿透率为15.71%,在HTB存在下nZVI的穿透率较高,而滞留率较低,表明悬浮细菌的共存增加了运输并减少了nZVI在多孔介质中的沉积,但HTB对减少了CS-nZVI的穿透率,增加了在石英砂中的滞留率;在高浓度的硝酸盐溶液中,nZVI和CS-nZVI的穿透率降低。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 改性剂对纳米铁迁移性的影响
•     1.2.2 水质条件对纳米铁迁移性的影响
•     1.2.3 水文参数对纳米铁迁移性的影响
•     1.2.4 纳米铁在多孔介质中的运输机制及模型
•     1.2.5 纳米铁在环境中的转化过程
•   1.3 研究内容
•   1.4 研究目的及意义
•   1.5 创新点
•   1.6 技术路线
• 第二章 材料与方法
•   2.1 实验试剂和仪器
•     2.1.1 实验试剂
•     2.1.2 实验仪器
•   2.2 纳米铁材料的制备
•     2.2.1 纳米零价铁的制备
•     2.2.2 壳聚糖包覆纳米铁的制备
•   2.3 氢自养反硝化细菌的培养
•   2.4 沉降实验
•   2.5 石英砂柱迁移实验
• 第三章 反硝化菌对纳米铁材料迁移的影响及其表征分析
•   3.1 实验方法
•     3.1.1 表征方法
•     3.1.2 沉降实验
•     3.1.3 柱迁移实验
•   3.2 表征结果分析
•     3.2.1 透射电子显微镜结果分析
•     3.2.2 傅里叶变换红外光谱结果分析
•     3.2.3 扫描电子显微镜结果分析
•     3.2.4 X射线衍射结果分析
•     3.2.5 拉曼光谱结果分析
•   3.3 反硝化菌对纳米铁材料沉降性的影响
•   3.4 反硝化菌对纳米铁材料迁移性的影响
•   3.5 本章小节
• 第四章 反硝化菌在不同水质下对纳米铁材料沉降和迁移的影响
•   4.1 实验方法
•     4.1.1 腐殖酸储备液的制备
•     4.1.2 沉降实验
•     4.1.3 柱迁移实验
•   4.2 反硝化菌和腐殖酸对纳米铁材料沉降和迁移的影响
•     4.2.1 腐殖酸对纳米铁材料沉降性能的影响
•     4.2.2 反硝化菌在不同浓度腐殖酸下对纳米铁材料沉降性能的影响
•     4.2.3 腐殖酸对纳米铁材料迁移性能的影响
•     4.2.4 反硝化菌在不同浓度腐殖酸下对纳米铁材料迁移性能的影响
•   4.3 反硝化菌和不同离子强度对纳米铁材料沉降和迁移的影响
• +和Ca²⁺对纳米铁材料沉降性的影响'>    4.3.1 不同浓度的K⁺和Ca²⁺对纳米铁材料沉降性的影响
•     4.3.2 反硝化菌在不同离子强度下对纳米铁材料沉降性的影响
• +和Ca²⁺对纳米铁材料迁移性的影响'>    4.3.3 不同浓度的K⁺和Ca²⁺对纳米铁材料迁移性的影响
•     4.3.4 反硝化菌在不同离子强度下对纳米铁材料迁移性的影响
•   4.4 本章小结
• 第五章 反硝化菌对饱和多孔介质中纳米铁材料迁移和沉积的影响
•   5.1 实验方法
•   5.2 反硝化菌对饱和多孔介质中纳米铁材料迁移和沉积的影响
•   5.3 反硝化菌在硝酸盐存在下对纳米铁材料迁移和沉积的影响
•   5.4 本章小节
• 第六章 结论与展望
•   6.1 结论
•   6.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 刘瑞阳

导师: 岳俊杰

关键词: 纳米零价铁,壳聚糖,包覆,氢自养反硝化细菌,沉降,迁移

来源: 天津理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 生物学,环境科学与资源利用,环境科学与资源利用

单位: 天津理工大学

分类号: X523;X172

总页数: 63

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