论文部分内容阅读
水环境污染问题日趋严重,生物处理法是首选净化技术,其中厌氧生物降解速率慢,是难降解污染物生物降解的瓶颈。而最近氧化还原介体催化强化难降解污染物技术为难降解污染物高效生物降解提供了新的研究思路。本论文研究目的是开发出3种具有广谱催化特性的非水溶醌基氧化还原介体,它们分别是醌基修饰淀粉,尼龙膜,聚乙烯醇海绵三种功能高分子材料,并进行催化偶氮染料生物降解和硝酸盐反硝化的研究。醌基淀粉制备的最佳工艺反应温度为45℃、反应时间3h,木薯淀粉与环氧氯丙烷的摩尔比为1:0.2,木薯淀粉与氢氧化钠的摩尔比为1:0.15,此时改性淀粉的沉降积和交联度适中;红外光谱分析证明醌基基团已经成功的接枝在了淀粉大分子骨架上面,热失重分析表明醌基的引入改变了淀粉的分子结构,降低了淀粉的耐热性;在偶氮染料的生物降解过程中,萘醌淀粉的催化效率最快,4h时相比空白体系可以提高脱色速率倍数2.6倍;醌基淀粉对微生物的反硝化均具有明显的加速作用,加速的快慢顺序为:苯醌淀粉>萘醌淀粉>蒽醌淀粉,负载苯醌对硝酸盐的降解效果最好,降解效率最大为82.86%。醌基尼龙膜的制备分为两步:尼龙膜的水解和醌基的接枝;尼龙膜水解的最佳条件:盐酸的浓度3mol/L,水解温度35℃,水解时间72h,此条件下尼龙膜水解后表面的氨基含量为122.21 μmol/g;偶氮染料的生物降解实验确定了尼龙膜接枝醌基的合成条件:反应时间6h,反应温度30℃;通过元素分析表明制备的醌基PA膜的醌含量为0.11mmol/g,扫描电镜分析表明醌基的固定反应并没有破坏尼龙膜的表面结构;制备的醌基尼龙膜对硝酸盐反硝化也表现了良好的加速作用,1Oh时醌基尼龙膜体系的硝酸盐去除率是空白体系1.9倍;在考察氧化还原电位与脱色率关系变化中,2.5h时醌基尼龙膜体系的酸性红B脱色率是空白体系的1.2倍,推测醌基尼龙膜对酸性红B生物降解加速作用是通过加速ORP的降低来实现的;醌基尼龙膜循环使用6次后,硝酸盐去除率仍高达80%以上,表明制备的醌基尼龙膜在生化处理中具有一定的稳定性。醌基聚乙烯醇海绵的制备分为两步:胺化反应和醌基的固定;聚乙烯醇海绵的胺化条件为:反应时间为6h,反应温度30℃;醌基固定条件:反应时间2h,反应温度40℃;通过元素分析醌基聚乙烯醇海绵的醌含量为0.08mmol/g,扫描电镜表明醌基基团成功的接枝在了聚乙烯醇海绵的表面;在考察氧化还原电位与脱色率关系变化中,2.5h后醌基聚乙烯醇海绵体系的脱色率达到90.2%,是空白体系的1.3倍,并且推测降解过程是通过降低ORP来实现的;醌基聚乙烯醇海绵对硝酸盐反硝化表现了良好的加速效果,6h时硝酸盐基本降解完毕,此时硝酸盐的去除率是空白体系的1.4倍;醌基聚乙烯醇海绵具有很好的重复利用性,重复次数11次后偶氮染料的生物脱色率依然保持在90%以上。综上所述,本研究中所制备的三种醌基氧化还原介体材料对偶氮染料的生物降解和硝酸盐反硝化具有高效催化活性,而且具有极佳的催化稳定性,具有广阔的实际应用前景。