生物铁锰氧化物的制备及其对Mn(Ⅱ)吸附特征研究

利用驯化获得的铁锰氧化混合细菌制备生物铁锰氧化物(BFMO),采用比表面积测定仪(BET)、扫描电镜(SEM-EDS)和傅里叶红外变换光谱(FT-IR)对所生成的BFMO进行表征,通过考察投加量和pH值对Mn(Ⅱ)吸附性能的影响,探究了BFMO对Mn(Ⅱ)的吸附机理。结果表明:BFMO具有较大的比表面积(79.22 m^2/g),孔体积为0.15 cm^3/g,表面含有许多含氧官能团,有利于Mn(Ⅱ)的吸附。SEM-EDS进一步表明生物铁锰氧化物中既含有铁锰氧化物,也有微生物菌体生成的细胞类物质。BFMO对Mn(Ⅱ)的去除效果较好,在pH值为7.0、投加量为2 g/L、固液比为1 g∶500 mL时,吸附量为16.43 mg/g,吸附过程符合准二级动力学模型和Freundlich吸附等温模型,说明吸附过程主要由化学反应控制,属于多层吸附。

铁锰氧化物-生物炭复合材料对Pb^(2+)的吸附研究

为了研究吸附法去除水体中Pb^(2+)的机理,本文用批实验的方法探讨了铁锰氧化物-生物炭复合材料(简称为FMBC)对Pb^(2+)的吸附。首先以草酸盐和高粱秸秆为原料制备FMBC,并通过TEM、XRD、XPS等对材料进行了测试表征。然后利用批实验的方法初步研究了FMBC对Pb^(2+)的吸附动力学和吸附机理。表征结果表明,FMBC具有多孔结构,铁锰氧化物以MnFe_(2)O_(4)和Fe_(2)O_(3)的形态负载在生物炭表面,Pb^(2+)被FMBC成功吸附。动力学实验表明,该复合材料对Pb^(2+)的吸附符合Ho准二级动力学方程,Pb^(2+)浓度为10mg·g^(-1)时吸附速率最快,其值k_(2)为4.328×10^(-4)g·(mg·min)^(-l)。

铁锰氧化肠杆菌和丛毛单胞菌对小白菜吸收镉和砷的影响

为探究土壤中镉(cadmium)和砷(arsenic)共去除的可行方法,选取具有铁锰氧化能力的细菌肠杆菌A11和丛毛单胞菌A23,研究混合菌株介导生成生物铁锰氧化物对镉和砷的吸附效果。扫描电镜结果显示铁锰氧化物存在于细胞表面,并且铁锰氧化物使细菌聚集成团;盆栽试验结果显示A11和A23菌株能够钝化土壤中的镉和砷,降低生物可利用态镉和砷的比例,并增加其不可利用态比例,同时还抑制小白菜地上部分和根部对镉和砷的吸收与积累。以上结果表明A11和A23混合菌株生成的生物铁锰氧化物对镉和砷有良好的吸附效果。

原位形成生物铁锰氧化物对砷(Ⅲ/Ⅴ)的去除效果与机制

通过改变砷的初始浓度、砷价态、细菌接种比、铁锰浓度等因素来研究不同条件下Pseudomonas putida strain MnB1原位诱导形成生物铁锰氧化物(Biogenic Fe⁃Mn oxides,BFMO)对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的去除效果与机制.结果表明:①当As(Ⅲ)和As(Ⅴ)初始浓度为0.5~5 mg·L^(-1)时,原位形成的BFMO对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)有良好的去除效率,均在62%以上;②当细菌接种比为0.1%~0.5%时,As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的去除效率与细菌接种比成正比,当细菌接种比大于0.5%时,As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的去除效率基本维持在85%以上,未发生明显变化;③当MnCO3浓度为0.2~0.8 g·L^(-1)或Fe(Ⅱ)浓度为2.5~25 mg·L^(-1)时,原位诱导产生的BFMO对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的去除率随MnCO3浓度或Fe(Ⅱ)浓度的增加而增大;当MnCO3或Fe(Ⅱ)浓度再升高时,As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的去除效率基本保持不变.微观特征分析结果表明,原位形成的BFMO与As(Ⅲ)和As(Ⅴ)反应后主要产物为As(Ⅴ),其去除主要以吸附为主,还存在共沉淀作用.总体而言,原位形成的BFMO适用于砷污染水环境的修复.

腐植酸及pH对生物炭-铁锰氧化物复合材料吸附As(Ⅲ)的影响机理

采用振荡平衡法,研究不同用量和不同添加顺序的腐植酸(Humic acid,HA)对生物炭-铁锰氧化物复合材料(F1M4BC25)吸附As(Ⅲ)性能的影响及其机理。结果表明:添加不同浓度的HA对F1M4BC25吸附As(Ⅲ)的性能存在明显差异,与未添加HA相比,添加5 mg·L^(-1)的HA时最大吸附容量(Qm)为8.39 mg·g-1,增加了5.00%;添加10、50 mg·L^(-1)的HA时,Qm分别为7.59、5.25 mg·g-1,分别降低了5.00%和34.3%。不同HA添加顺序对F1M4BC25吸附As(Ⅲ)的性能有较大影响,Qm顺序为:后添加HA(5.82 mg·g-1)>同时添加(5.20 mg·g-1)>先添加HA(3.30 mg·g-1)。在初始pH=3时,F1M4BC25对As(Ⅲ)吸附能力高于pH=6时。两种pH条件下吸附平衡后溶液的pH值均增大,初始pH=3时增幅大于初始pH=6时;两种pH条件下DOC浓度大小顺序均为:后添加HA>同时添加>先添加HA。研究表明,低浓度HA以及弱酸性条件有利于F1M4BC25对水体中As(Ⅲ)的去除,高浓度HA能够与As(Ⅲ)产生竞争吸附。

生物炭-铁锰氧化物复合材料制备及去除水体砷(Ⅲ)的性能研究

采用浸渍法制备了4种不同的生物炭-铁锰氧化物复合材料(F_1M_1BC_(10),F_1M_3BC_(20),F_1M_4BC_(25),F_3M_1BC_(20)),采用SEM,XPS和FTIR表征方法分析了几种复合材料与生物炭表面性质的差异,比较了4种不同配比生物炭-铁锰氧化物复合材料对砷(Ⅲ)去除性能,分析了不同投加量的吸附材料对砷(Ⅲ)去除效率及吸附量的差异。结果表明,与生物炭相比,炭、铁和锰不同配比的生物炭-铁锰氧化物复合材料比表面积明显增大,由61.0 m^2·g^(-1)增加到208 m^2·g^(-1),孔径变小,由23.7 nm下降到2.76 nm;碱性官能团含量明显增加;材料表面形成了MnOx、FeOx。与生物炭相比,4种生物炭-铁锰氧化物复合材料对砷(Ⅲ)的动力学吸附量大小与去除率顺序依次为F_1M_4BC_(25)>F_1M_3BC_(20)>F_1M_1BC_(10)>F_3M_1BC_(20)>BC。F_1M_4BC_(25)(m铁∶m锰∶m炭=1∶4∶25)是去除砷(Ⅲ)最优的复合材料,在用量为0.016 g·m L^(-1)时,对砷(Ⅲ)的去除率可达82.6%,是生物炭去除率的2.3倍。研究表明,生物炭-铁锰氧化物复合材料是一种潜在的去除水体砷污染的炭基材料。

Leptothrix discophora对重金属离子的吸附效能研究

铁锰氧化细菌(Leptothrix discophora)可氧化铁锰离子使其成为高价态的氧化物和氢氧化物,生成的生物锰铁氧化物有较高的金属离子亲和力.本文主要研究了生物铁锰氧化物对Cu^(2+)、Zn^(2+)、Cd^(2+)、Ni^(2+)的吸附规律.结果表明,生物铁锰氧化物对Cu^(2+)的吸附效果明显好于Zn^(2+)、Cd^(2+),吸附率最高达90%以上.对等温吸附过程进行Freundlich方程拟合,相关系数可达0.9以上.