新型聚乙烯醇载体的设计、制备及其固定化污水处理系统的构筑研究

【摘要】： 本学位论文综述了聚乙烯醇(PVA)材料作为固定化载体用于水处理的研究进展,并对目前研究现状与存在的问题进行了评述,提出了本学位论文的选题指导思想。 应用反相悬浮交联法将纳米Fe0固定在PVA微球上,通过是否加入分散剂这一条件制备了两种不同尺寸的Fe0／PVA微球。Fe0／PVA微球降解硝基苯模拟废水遵循准一级反应动力学。其标准化表面速率(kSA)值,L-Fe0／PVA微球为0.162L h-1 m-2,S-Fe0／PVA微球为0.098 L h-1 m-2,未固定的纳米Fe0粒子为0.023 L h-1m-2。同时,通过用GC-MS分析反应产物,提出了Fe0／PVA微球还原降解硝基苯的可能途径。L-Fe0／PVA微球中铁离子的回收率为81.17%,S-Fe0／PVA微球铁离子的回收率为60.31%。 使用不同浓度的环氧氯丙烷对PVA泡沫载体进行交联,应用载体的溶胀性测定其链间平均分子量,交联密度和链间距离。研究了不同交联浓度的PVA泡沫载体的热性能,比表面积和渗透系数。载体固定生物量和活性产率分别通过测定蛋白质浓度和溶解氧消耗速率求得。TG和DSC分析表明,随着交联度增加,载体的热稳定性增加,结晶度减少。载体固定生物量随交联密度的增大而增大,最高固定生物量为0.0638±0.0093 g VSS g-1载体。然而,生物活性回收率却随着交联密度的增大而减小,最高值为69.38%。 通过交联聚乙烯醇泡沫(CPVAF)载体与传统的聚乙烯醇(TPVA)固定化微生物载体的比较可知,CPVAF有更好的化学和热稳定性,更大的比表面积和渗透系数。两种载体固定化硝化细菌的实验表明：CPVAF载体固定的生物量较TPVA载体更大且生物活性更高。在固定生物量相同的条件下,CPVAF载体固定化硝化菌的硝化速率更高,这是由于基质和氧气在载体和溶液间具有更加优异的传质能力所致。 通过向载体中加入致孔剂(碳酸钙)改进的传统聚乙烯醇-硼酸法,制备大孔PVA球状载体(MPC),并与戊二醛交联,研究不同交联度载体的孔体积,孔结构,孔隙率和持水倍率。根据载体的溶胀性,应用Flory方程计算载体的交联度。MPC载体显示出较高的溶胀性,比表面积,渗透系数,以及化学和机械强度。高交联度载体固定的生物量较高但活性低,反之亦然。MPC载体的优良特性使得其在微生物固定化领域具有巨大的应用潜力。同时,本论文提供了一个固定化载体设计和优化的科学方法。 【关键词】：聚乙烯醇 载体 交联 固定 纳米铁 微生物 污水处理
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 聚乙烯醇载体在污水处理中的应用研究进展8-30
• 1.1 前言8-12
• 1.1.1 水环境污染现状8-11
• 1.1.2 聚乙烯醇固定化材料11-12
• 1.2 固定化纳米铁12-14
• 1.2.1 零价铁和纳米铁12-13
• 1.2.2 固定化纳米铁的制备和应用13-14
• 1.3 固定化微生物14-22
• 1.3.1 传统PVA载体固定化微生物的制备方法15-16
• 1.3.2 PVA载体成型方法的改进16-17
• 1.3.3 交联法改进PVA载体的性能17-18
• 1.3.4 复合材料改进PVA载体的性能18-19
• 1.3.5 PVA载体固定化微生物污水处理的应用19-22
• 1.4 选题指导思想22-23
• 参考文献23-30
• 第二章 聚乙烯醇微球固定化纳米Fe~0降解硝基苯废水研究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 纳米级Fe~0粒子和Fe~0/PVA微球的制备31-32
• 2.2.3 表征32
• 2.2.4 硝基苯降解实验32-33
• 2.3 结果和讨论33-41
• 2.3.1 Fe~0/PVA微球的制备33-35
• 2.3.2 Fe~0/PVA微球的形态和分布35-38
• 2.3.3 硝基苯转化38-41
• 2.4 小结41-42
• 参考文献42-47
• 第三章 聚乙烯醇泡沫载体的制备和改性研究47-66
• 3.1 前言47-48
• 3.2 实验部分48-53
• 3.2.1 材料48
• 3.2.2 PVA泡沫的制备48-49
• 3.2.3 表征仪器和方法49
• 3.2.4 持水倍率49
• 3.2.5 交联度49-50
• 3.2.6 比表面积50-51
• 3.2.7 渗透系数51
• 3.2.8 微生物固定方法51-52
• 3.2.9 微生物量的测定52-53
• 3.2.10 微生物耗氧速率53
• 3.2.11 固定化微生物显微观察53
• 3.3 结果与讨论53-62
• 3.3.1 PVA泡沫载体的制备53-55
• 3.3.2 PVA泡沫载体的交联反应55-56
• 3.3.3 PVA泡沫载体的性能56-60
• 3.3.4 PVA泡沫载体固定化微生物60-62
• 3.4 小结62-63
• 参考文献63-66
• 第四章 聚乙烯醇泡沫载体与传统载体固定硝化菌对比研究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 泡沫载体的交联67
• 4.2.3 表征67
• 4.2.4 固定化微生物方法67-69
• 4.3 结果与讨论69-76
• 4.3.1 PVA泡沫与传统PVA载体的性能对比69-73
• 4.3.2 固定化硝化细菌73-76
• 4.4 小结76-77
• 参考文献77-81
• 第五章 大孔球状聚乙烯醇载体固定化微生物研究81-100
• 5.1 前言81-82
• 5.2 材料与方法82-87
• 5.2.1 材料82
• 5.2.2 大孔载体(MPC)的制备82-83
• 5.2.3 性能测试83-86
• 5.2.4 载体的功能化改性86
• 5.2.5 微生物固定化和测试86-87
• 5.3 结果与讨论87-96
• 5.3.1 载体的交联反应87
• 5.3.2 载体的结构87-89
• 5.3.3 溶胀性和交联度89
• 5.3.4 比表面积89
• 5.3.5 渗透系数89-92
• 5.3.6 载体稳定性92
• 5.3.7 大孔PVA球状载体固定化微生物92-95
• 5.3.8 氨基化改性后载体的FT-IR光谱95
• 5.3.9 环氧化改性后载体的FT-IR光谱95-96
• 5.4 小结96-97
• 参考文献97-100
• 主要结论100-103
• 附录 博士期间主要科研情况103-105
• 致谢105

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