微生物与生物炭协同修复草甘膦的效果与修复机理研究

论文摘要

作为低毒高效除草剂的典型代表,草甘膦已被广泛应用于杂草的防治,但随用量大幅增加,其对微生物、动植物甚至人类的不良影响日趋显著。针对草甘膦污染问题,本文以生物炭为载体分别通过浸泡吸附法和包埋交联法固定微生物用于去除草甘膦污染,并探究复合材料去除草甘膦的性能和机理。主要包括以下内容:（1）从长期施用草甘膦土壤中筛选出有较高草甘膦耐受能力的混合菌群,用于后续生物炭固定。通过考察不同浓度草甘膦、pH对微生物菌群生长的影响,探讨菌群的最适接种条件。通过考察微生物细胞破碎前后对草甘膦的去除效果,研究其对草甘膦的去除机制。结果表明,微生物对草甘膦有一定吸附降解能力,在200 mg·L-1的草甘膦溶液中,144h草甘膦去除率为29.68%,其中草甘膦的降解率为15.41%,降解途径为氨甲基膦酸/乙醛酸途径。pH=9,草甘膦浓度为200mg·L-1,培养20h时为该微生物菌群的最适接种条件。（2）采用浸泡吸附法和包埋交联法制备固定化微生物炭和小球并开展其对草甘膦吸附性能研究,并结合扫描电镜、傅里叶红外光谱、全自动比表面积仪等表征手段以及动力学和等温模型分析去除机理。结果表明:生物炭、固定化微生物炭和生物炭固定化微生物小球对草甘膦均有一定的去除效果,生物炭、固定化微生物炭和生物炭固定化微生物小球对草甘膦的最大饱和吸附量分别为39.526mg·g-1、75.188mg·g-1和50.140 mg·g-1。进一步分析去除机理,推断出对草甘膦的吸附机理包括孔填充、静电引力、氢键、表面π-π键结合等方式。材料对草甘膦的降解主要依靠表面固定的微生物,但微生物的降解作用会在生长进入平稳期后逐渐消失,另外微生物细胞中的多糖成分可能有利于草甘膦的去除。（3）通过解吸实验和MIDI Sherlock微生物鉴定系统对材料吸附草甘膦的稳定性进行研究,结果表明:以0.01mol·L-1NaCl溶液对吸附草甘膦后的材料进行解吸,平衡时解吸率分别为18.69%、11.11%和26.20%。吸附前后微生物群落结构基本没有变化,固定化微生物对污染物的抗性提高,但浸泡吸附法制备的材料有微生物泄漏的风险,包埋交联法可以有效限制微生物泄漏。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 环境中的草甘膦污染
•     1.1.1 除草剂草甘膦简介
•     1.1.2 草甘膦来源及危害
•   1.2 草甘膦污染修复研究进展
•     1.2.1 草甘膦污染修复技术
•     1.2.2 生物炭对草甘膦吸附
•     1.2.3 微生物对草甘膦去除
•   1.3 固定微化生物研究进展
•     1.3.1 微生物固定化方法
•     1.3.2 固定化微生物在污染修复中的研究进展
•   1.4 本论文研究内容及意义
•     1.4.1 研究目的及意义
•     1.4.2 主要研究内容
•     1.4.3 研究技术路线
• 第二章 材料与方法
•   2.1 实验材料
•     2.1.1 主要仪器
•     2.1.2 主要试剂
•     2.1.3 主要原料
•   2.2 微生物菌剂的制备
•     2.2.1 培养基
•     2.2.2 微生物菌剂
•     2.2.3 微生物菌群最适生长条件研究
•     2.2.4微生物菌群对草甘膦的去除培养实验
•     2.2.5 微生物菌群的群落结构
•   2.3 生物炭-微生物复合材料制备方法
•     2.3.1 芦苇生物炭的制备
•     2.3.2 浸泡吸附法制备固定化微生物炭
•     2.3.3 包埋交联法制备生物炭固定微生物小球
•   2.4 草甘膦吸附解吸实验
•     2.4.1 吸附动力学实验
•     2.4.2 等温吸附实验
•     2.4.3 解吸实验
•   2.5 吸附模型
•     2.5.1 吸附动力学模型
•     2.5.2 吸附等温模型
•   2.6 分析测试方法
•     2.6.1 比表面积测定方法
•     2.6.2 扫描电子显微镜和能谱仪
•     2.6.3 傅里叶红外光谱
•     2.6.4 Zeta电位
•     2.6.5 草甘膦测定方法
•   2.7 本章小结
• 第三章 微生物对草甘膦的去除效果及最适条件研究
•   3.1 微生物生长情况
•   3.2 微生物生长最适条件
•   3.3 微生物对草甘膦的去除效果及途径
•     3.3.1 微生物对草甘膦的去除效果
•     3.3.2 微生物对草甘膦的去除途径研究
•   3.4 微生物群落结构测定
•   3.5 本章小结
• 第四章 固定化微生物炭对草甘膦的去除效果及机理研究
•   4.1 材料表面结构及性质
•   4.2 吸附动力学分析
•   4.3 吸附等温模型分析
•   4.4 吸附稳定性分析
•   4.5 机理分析
•   4.6 本章小结
• 第五章 生物炭固定化微生物——包埋交联法的研究
•   5.1 生物炭固定化微生物小球制备条件研究
•   5.2 材料表面结构及性质
•   5.3 吸附动力学分析
•   5.4 吸附等温模型分析
•   5.5 吸附稳定性分析
•   5.6 机理分析
•   5.7 本章小结
• 第六章 结论与展望
•   6.1 结论
•   6.2 创新点
•   6.3 不足与展望
• 参考文献
• 图表目录
• 致谢
• 作者简介

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 陈楸健

导师: 梁媛

关键词: 草甘膦,生物炭,固定化微生物,吸附

来源: 苏州科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,农业科技

专业: 生物学,环境科学与资源利用,环境科学与资源利用,农业基础科学

单位: 苏州科技大学

分类号: X592;X172

总页数: 90

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