啤酒酵母菌对染料废水的生物吸附脱色研究_丁虹.docx
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1、 论文题目:啤酒酵母菌对染料废水的生物吸附脱色 研究 论 文 作 者 : 丁 虹 领 域:环境工程 指 导 教 师 : 局 景 峰 论文提交日期: 2012年 11月 工程硕士学位论文 M.E. DISSERTATION 中文图书分类号: X703.1 密级 :公 开 UDC: 628.3 学校代码:1 0 0 0 5 UDC: 628.3 学校代码: 10005 中文图书分类号: X703.1 学 号 : G200705010 密 级: 公开 北京工业大学硕士专业学位论文 (非全日制) 题 目:啤酒酵母菌对染料废水的生物吸附脱色研究 英 文 题 目 : STUDY ON THE BIOSOR
2、PTION AND DECOLOURIZATION OF DYE WASTE WATER BY BEER YEAST 论 文 作 者: 丁虹 领 域: 环境工程 研 究 方 向: 水污染控制与污水技术 中 请 学 位: 工程硕士专业学位 指 导 教 师: 高景峰教授 所 在 单 位: 环境与能源工程学院 答 辩 曰 期: 2012年 11月 授 予 学 位 单 位 : 北 京 工 业 大 学 独 创 性 声 明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研宄工作及取得的研 宄成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研宄成果,也不包含为获得北
3、京工业大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研宄所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名: 丁虫 T 日 期: 2012年 12月 7日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权 保留送交论文的复印件,允许论文被查阅和借阅;学校可以公布论文的全部或部 分内容,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 (保密的论文在解密后应遵守此规定) 签 名 : 丁虹 日 期: 2012年 12月 7日 导师签名: 高景峰 日 期: 2012年 12月 7日 为了考察啤酒酵母菌生物吸附偶氮类染料活性艳红
4、K-2G和蒽醌类染料活性 艳蓝 KN-R的能力,对初始 pH的值、吸附剂啤酒酵母菌用量、染料初始浓度、 吸附时间、吸附温度以及 NaCl浓度等条件对生物吸附的影响进行了批量试验。 结果表明,初始 pH值是影响酒酵母菌生物吸附的最重要因素,活性艳红和活性 艳蓝的最佳 pH值分别为 2.0和 1.5。平衡吸附量随活性艳红和活性艳蓝初始浓度 的增加而增加,随吸附剂浓度和 NaCl浓度的增加而减少。无论是活性艳红还是 活性艳蓝,在其它因素固定时,吸附量随时间在lh内增加较快,当时间延长至 4h后而趋于平稳,达到吸附平衡,活性艳红吸附量为 24.86 mg.L活性艳蓝吸 附量为 48.83 mg.L活性
5、艳红在其它因素固定时,吸附量随吸附温度的升高呈 阶梯状升高,在 23-27C时达到最高并趋于平稳,而后呈阶梯状下降,但吸附量 的变化并不大,所以采用酵母菌吸附活性艳红染料在常温下即可。活性艳蓝在其 它因素固定时,吸附量随吸附温度的升高呈阶梯状升高和下降,但不像活性艳红 那样有一段 平稳期,而是有一个最大吸附点,即 25C时具有最大的吸附量 49.20 mg.L-1, 故 25C为最佳吸附温度。通过傅立叶红外光谱分析得出啤酒酵母菌上的 化学官能团 ( 如氨基、羧基和羟基等)是吸附活性艳红 K-2G和活性艳蓝 KN-R 的活性位置。活性艳红在 SO-lSOmg.U1低浓度范围内符合 Freundl
6、ich (相关系数 0.9859)和 Langmuir等温吸附模型(相关系数 0.9980);活性艳蓝在 SCMOOmg.L-1 浓度范围内符合 Langmuir等温吸附模型(相关系数 0.9818)。活性艳红和活性艳 蓝在 SO-MOrng.!/1浓度范围内均不符合准一级动力学模型,均可用准二级动力学 模型来描述。内部扩散模型的研宄表明啤酒酵母菌对活性艳红和活性艳蓝的吸附 均存在边界层扩散、内部扩散和动力学阻力。啤酒酵母菌吸附活性艳红和活性艳 蓝过程在六个测试温度下均表现为自发。两种染料的吸附过程均为放热过程,升 温不利于吸附。两种染料的吸附过程均为熵减过程,吸附过程有序性增加。研宄 表明,
7、啤酒酵母菌可以作为一种低成本的生物吸附剂来去除偶氮染料活性艳红 K-2G和蒽醌染料活性艳蓝 KN-R及类似染料。 关键词 :生物吸附;啤酒 酵母菌;活性艳红 K-2G;活性艳蓝 KN-R Abstract The effects of the initial pH value, dosage of beer yeast, initial dye concentration, adsorption time, adsorption temperature and concentration of NaCl on the biosorption were analyzed in order to
8、investigate the capability of beer yeast for adsorbing azo dye reactive brilliant red K-2G and anthraquinone dye reactive brilliant blue KN -R. The results show that the initial pH value is the most important factor which affecting the biosorption of dyes and the best pH value is 2.0 and 1.5 for rea
9、ctive brilliant red K-2G and reactive brilliant blue KN-R, respectively. The biosorption equilibrium capacity increased with the increasing initial dye concentration and decreased with the increasing concentration of adsorbent and NaCl. Further more, the adsorption amount increased rapidly in the fi
10、rst hour and to be saturated at 4 hours while the other factors are fixed for both reactive brilliant red K-2G and reactive brilliant blue KN-R. The beer yeast can be expected to reach its biosorption equilibrium with the adsorption amount are 24.86 mg-L1 and 48.83 mg*L 1 for reactive brilliant red
11、K-2G and reactive brilliant blue KN-R, respectively. The adsorption amount of reactive brilliant red K-2G increased with the increasing temperature while the other factors are fixed and the adsorption of reactive brilliant red K-2G by beer yeast can be carried out at room temperature because and the
12、 adsorption amount can reach the highest value with the temperature 23-27 C. There exists a biosorption equilibrium plateau of the adsorption amount of reactive brilliant red K-2G at 23-27 C and then the adsorption amount is gradually down-dropping from the highest value. The trend of adsorption amo
13、unt of reactive brilliant blue KN-R also increased firstly and the decreased with the increasing temperature. There is no biosorption equilibrium plateau but a highest value for the adsorption amount of reactive brilliant blue KN -R which is different to reactive brilliant red K-2G. The best adsorpt
14、ion temperature for reactive brilliant blue KN-R is 25 C which shows the highest adsorption amount of 49.20 mg*L_1. The FTIR analysis reveals that the main chemical functional groups for biosorption of both reactive brilliant red K-2G and reactive brilliant blue KN-R onto beer yeast would be anime,
15、carboxyl and hydroxyl. The biosorption of reactive brilliant red K-2G by beer yeast confirmed with Freundlich(r=0.9859) and Langmuir(r=0.9980) isotherm models in the range of 50-150mg-L_1, while the biosorption of reactive brilliant blue KN-R by beer yeast confirmed with Langmuir (r=0.9818) isotherm
16、 models in the range of 50-400mg.L_1. The biosorption kinetics data of reactive brilliant red K-2G and reactive brilliant blue KN-R could be described by pseudo-second-order kinetics model. Based on the thermodynamic analysis, the biosorption process of reactive brilliant red K-2G and reactive brill
17、iant blue KN-R are likely to occour spontaneously at all the six experimtneal temperatures. The biosorption can be inferred to be exothermic and entropy reduction process. In conclusion, the results show that beer yeast could be employed as a low-cost biosorbent for removing the azo dye reactive bri
18、lliant red K-2G and anthraquinone dye reactive brilliant blue KN -R. Keywords: biosorption, beer yeast, reactive brilliant red K-2G, reactive brilliant blue KN-R 目 录 m w . i ABSTRACT . Ill 第 1 章 绪 论 . -1 - 1.1 引言 . -1 - 1.2染料废水处理的现状 . -1 - 1.3生物 法处理染料废水技术 . -3- 1.4酵母菌处理染料废水技术的应用现状 . -6- 1.4.1酵母用于生物吸
19、附的形式 . -6- 1.4.2酵母菌的吸附性能 . -6- 1.4.3细胞外富集 /沉淀 . -7- 1.4.4 细胞表面吸附 /沉淀 . -7 - 1.4.5不同吸附条件对酵母菌吸附性能的影响 . -7- 1.4.6活性艳红和活性艳蓝染料废水的处理现状 . -8- 1.4.7啤酒酵母对染料的吸附性能 . -13 - 第 2章实验仪器与材料 . -15- 2.1 仪器 . -15- 2.2实验材料 . -15- 2.3染料性质 . -15- 2.3.1 活性艳红 K-2G . -15- 2.3.2 活性艳蓝 KN-R . - 15 - 第 3章实验设计 . -17- 3.1实验方法 . -1
20、7- 3.2条件实验 . -17- 3.2.1起始酸度对 吸附的影响 . -17- 3.2.2染料初始质量浓度对吸附的影响 . -18- 3.2.3酵母菌质量浓度的对吸附的影响 . -18 - 3.2.4吸附时间对吸附的影响 . -19 - 3.2.5 吸附温度对吸附的影响 . -19 - 3.2.6盐度对吸附的影响 . -19 - 第 4章结果与讨论 . -21- 4.1起始酸度对吸附的影响 . -21 - 4.2染料初始质量浓度对吸附的影响 . -22- 4.3酵母菌质量浓度对吸附的影响 . -25- 4.4吸附时间对吸附的影响 . -27- 4.5吸附温度对吸附的影响 . -29- 4.
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