铁锰改性藻粉对锌与双酚A的吸附性能研究

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随着工业发展及城市扩张,排入水环境中的重金属与环境激素逐年增多。其中,锌含量显著高于其他重金属;双酚A(Bisphenol A,BPA)检出频率和检出浓度偏高,是当前生态环境中重要的内分泌干扰物之一。传统的常规废水处理工艺难以有效去除锌及BPA,二者产生的复合效应对生态环境甚至生物健康造成极大危害,对这些污染物的去除势在必行。此外,微藻在富营养化水体中广泛存在,对藻资源的无害化处理及资源化利用是改善环境质量的最终途径。本文以锌和BPA为目标污染物,研究锌与BPA对水生生物的联合毒性作用,并根据苏州当地水华优势藻种制备改性藻粉,探讨藻粉吸附剂对目标污染物锌与BPA的去除效果、最佳吸附条件、吸附动力学及等温吸附模型,揭示改性藻粉对污染物的去除机理。主要成果如下:(1)锌与BPA对水生生物的联合毒性选择对环境污染物敏感的普通小球藻为受试生物,研究锌与BPA对水生生物的联合毒性。结果表明,污染物单一暴露时,锌和BPA对普通小球藻的EC50分别为5.10mg/L、17.37 mg/L;而两种污染物复合暴露情况下的EC50值分别为0.96 mg/L、2.18mg/L,根据相加指数法判断锌和BPA的复合暴露对普通小球藻的联合作用类型为协同作用。叶绿素含量的变化表明低浓度锌可以促进小球藻生长过程及光合作用,但在BPA单一暴露体系及复合暴露体系中,藻细胞的光合作用受到明显抑制。藻细胞可溶性蛋白含量、抗氧化酶活性及丙二醛含量随锌与BPA暴露浓度的增加被显著诱导,且高浓度的复合暴露对普通小球藻造成明显的氧化损伤。研究表明,锌与BPA复合暴露会加强其在水环境中的毒性效应,因此对该类污染物的去除势在必行。(2)区域水华优势藻种改性吸附剂性能本文从水华藻类无害化及资源化应用角度出发,以苏州区域性水华优势藻种为改性材料,选取铜绿微囊藻(MA)和普通小球藻(CV)进行铁锰(高锰酸钾预氧化+硫酸亚铁)混凝改性制备改性藻粉。结果表明,改性小球藻粉(MCV)和改性铜绿微囊藻粉(MMA)的比表面、孔体积分别比改性前增大49.72%~57.74%和63.51%~79.08%、平均孔径减小了22.07%~74.61%,吸附能力显著提高,其中,MCV对锌的吸附效果最好,MMA对BPA吸附效果最佳。造成二者吸附差异的主要原因是藻粉材料的表面官能团,MCV表面的羟基和羧基丰富,MMA表面的羟基则发挥了关键作用。(3)改性藻粉对目标污染物吸附去除的影响因素及吸附特性本文深入探究了MCV对锌、MMA对BPA的吸附影响因素及吸附特性。在MCV吸附锌的反应体系中,p H、藻粉投加量、反应温度与吸附效果呈正相关;综合考虑去除率及能耗,选择p H=5.0,藻粉投加量为0.3 g/L,温度为25℃为最优条件,吸附过程符合Langmuir等温吸附(R~2=0.9719)和Freundlich等温吸附模型(R~2=0.9802),理论最大吸附量为63.60 mg/g。MMA吸附BPA反应体系中,p H的影响较小,升温不利于吸附过程的进行,藻粉投加量与吸附反应呈正相关;综合考虑去除率及能耗,选择p H=4.0~9.0,藻粉投加量为0.3 g/L,温度为25℃为最优条件,理论最大吸附量为103.57 mg/g,Freundlich模型更贴切此吸附过程(R~2=0.9972)。MCV、MMA对锌和BPA的吸附过程均满足准二级动力学模型(R~2>0.999),吸附速率主要受化学吸附影响。综合研究结果表明,锌及BPA对生态环境的复合毒性效应增大,利用水华优势藻种制备铁锰改性藻粉,对二者有良好的吸附去除效果,且适用条件广泛,具有很大的应用潜力。
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