新型聚乙烯醇載體的設(shè)計、制備及其固定化污水處理系統(tǒng)的構(gòu)筑研究

【摘要】： 本學(xué)位論文綜述了聚乙烯醇(PVA)材料作為固定化載體用于水處理的研究進展,并對目前研究現(xiàn)狀與存在的問題進行了評述,提出了本學(xué)位論文的選題指導(dǎo)思想。 應(yīng)用反相懸浮交聯(lián)法將納米Fe0固定在PVA微球上,通過是否加入分散劑這一條件制備了兩種不同尺寸的Fe0／PVA微球。Fe0／PVA微球降解硝基苯模擬廢水遵循準一級反應(yīng)動力學(xué)。其標準化表面速率(kSA)值,L-Fe0／PVA微球為0.162L h-1 m-2,S-Fe0／PVA微球為0.098 L h-1 m-2,未固定的納米Fe0粒子為0.023 L h-1m-2。同時,通過用GC-MS分析反應(yīng)產(chǎn)物,提出了Fe0／PVA微球還原降解硝基苯的可能途徑。L-Fe0／PVA微球中鐵離子的回收率為81.17%,S-Fe0／PVA微球鐵離子的回收率為60.31%。 使用不同濃度的環(huán)氧氯丙烷對PVA泡沫載體進行交聯(lián),應(yīng)用載體的溶脹性測定其鏈間平均分子量,交聯(lián)密度和鏈間距離。研究了不同交聯(lián)濃度的PVA泡沫載體的熱性能,比表面積和滲透系數(shù)。載體固定生物量和活性產(chǎn)率分別通過測定蛋白質(zhì)濃度和溶解氧消耗速率求得。TG和DSC分析表明,隨著交聯(lián)度增加,載體的熱穩(wěn)定性增加,結(jié)晶度減少。載體固定生物量隨交聯(lián)密度的增大而增大,最高固定生物量為0.0638±0.0093 g VSS g-1載體。然而,生物活性回收率卻隨著交聯(lián)密度的增大而減小,最高值為69.38%。 通過交聯(lián)聚乙烯醇泡沫(CPVAF)載體與傳統(tǒng)的聚乙烯醇(TPVA)固定化微生物載體的比較可知,CPVAF有更好的化學(xué)和熱穩(wěn)定性,更大的比表面積和滲透系數(shù)。兩種載體固定化硝化細菌的實驗表明：CPVAF載體固定的生物量較TPVA載體更大且生物活性更高。在固定生物量相同的條件下,CPVAF載體固定化硝化菌的硝化速率更高,這是由于基質(zhì)和氧氣在載體和溶液間具有更加優(yōu)異的傳質(zhì)能力所致。 通過向載體中加入致孔劑(碳酸鈣)改進的傳統(tǒng)聚乙烯醇-硼酸法,制備大孔PVA球狀載體(MPC),并與戊二醛交聯(lián),研究不同交聯(lián)度載體的孔體積,孔結(jié)構(gòu),孔隙率和持水倍率。根據(jù)載體的溶脹性,應(yīng)用Flory方程計算載體的交聯(lián)度。MPC載體顯示出較高的溶脹性,比表面積,滲透系數(shù),以及化學(xué)和機械強度。高交聯(lián)度載體固定的生物量較高但活性低,反之亦然。MPC載體的優(yōu)良特性使得其在微生物固定化領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。同時,本論文提供了一個固定化載體設(shè)計和優(yōu)化的科學(xué)方法。 【關(guān)鍵詞】：聚乙烯醇 載體 交聯(lián) 固定 納米鐵 微生物 污水處理
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：X703
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 聚乙烯醇載體在污水處理中的應(yīng)用研究進展8-30
• 1.1 前言8-12
• 1.1.1 水環(huán)境污染現(xiàn)狀8-11
• 1.1.2 聚乙烯醇固定化材料11-12
• 1.2 固定化納米鐵12-14
• 1.2.1 零價鐵和納米鐵12-13
• 1.2.2 固定化納米鐵的制備和應(yīng)用13-14
• 1.3 固定化微生物14-22
• 1.3.1 傳統(tǒng)PVA載體固定化微生物的制備方法15-16
• 1.3.2 PVA載體成型方法的改進16-17
• 1.3.3 交聯(lián)法改進PVA載體的性能17-18
• 1.3.4 復(fù)合材料改進PVA載體的性能18-19
• 1.3.5 PVA載體固定化微生物污水處理的應(yīng)用19-22
• 1.4 選題指導(dǎo)思想22-23
• 參考文獻23-30
• 第二章 聚乙烯醇微球固定化納米Fe~0降解硝基苯廢水研究30-47
• 2.1 前言30-31
• 2.2 材料和方法31-33
• 2.2.1 材料31
• 2.2.2 納米級Fe~0粒子和Fe~0/PVA微球的制備31-32
• 2.2.3 表征32
• 2.2.4 硝基苯降解實驗32-33
• 2.3 結(jié)果和討論33-41
• 2.3.1 Fe~0/PVA微球的制備33-35
• 2.3.2 Fe~0/PVA微球的形態(tài)和分布35-38
• 2.3.3 硝基苯轉(zhuǎn)化38-41
• 2.4 小結(jié)41-42
• 參考文獻42-47
• 第三章 聚乙烯醇泡沫載體的制備和改性研究47-66
• 3.1 前言47-48
• 3.2 實驗部分48-53
• 3.2.1 材料48
• 3.2.2 PVA泡沫的制備48-49
• 3.2.3 表征儀器和方法49
• 3.2.4 持水倍率49
• 3.2.5 交聯(lián)度49-50
• 3.2.6 比表面積50-51
• 3.2.7 滲透系數(shù)51
• 3.2.8 微生物固定方法51-52
• 3.2.9 微生物量的測定52-53
• 3.2.10 微生物耗氧速率53
• 3.2.11 固定化微生物顯微觀察53
• 3.3 結(jié)果與討論53-62
• 3.3.1 PVA泡沫載體的制備53-55
• 3.3.2 PVA泡沫載體的交聯(lián)反應(yīng)55-56
• 3.3.3 PVA泡沫載體的性能56-60
• 3.3.4 PVA泡沫載體固定化微生物60-62
• 3.4 小結(jié)62-63
• 參考文獻63-66
• 第四章 聚乙烯醇泡沫載體與傳統(tǒng)載體固定硝化菌對比研究66-81
• 4.1 前言66-67
• 4.2 材料和方法67-69
• 4.2.1 材料67
• 4.2.2 泡沫載體的交聯(lián)67
• 4.2.3 表征67
• 4.2.4 固定化微生物方法67-69
• 4.3 結(jié)果與討論69-76
• 4.3.1 PVA泡沫與傳統(tǒng)PVA載體的性能對比69-73
• 4.3.2 固定化硝化細菌73-76
• 4.4 小結(jié)76-77
• 參考文獻77-81
• 第五章 大孔球狀聚乙烯醇載體固定化微生物研究81-100
• 5.1 前言81-82
• 5.2 材料與方法82-87
• 5.2.1 材料82
• 5.2.2 大孔載體(MPC)的制備82-83
• 5.2.3 性能測試83-86
• 5.2.4 載體的功能化改性86
• 5.2.5 微生物固定化和測試86-87
• 5.3 結(jié)果與討論87-96
• 5.3.1 載體的交聯(lián)反應(yīng)87
• 5.3.2 載體的結(jié)構(gòu)87-89
• 5.3.3 溶脹性和交聯(lián)度89
• 5.3.4 比表面積89
• 5.3.5 滲透系數(shù)89-92
• 5.3.6 載體穩(wěn)定性92
• 5.3.7 大孔PVA球狀載體固定化微生物92-95
• 5.3.8 氨基化改性后載體的FT-IR光譜95
• 5.3.9 環(huán)氧化改性后載體的FT-IR光譜95-96
• 5.4 小結(jié)96-97
• 參考文獻97-100
• 主要結(jié)論100-103
• 附錄 博士期間主要科研情況103-105
• 致謝105

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