【摘 要】
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本研究以生物炭--微生物为研究体系,以Cr（Ⅵ）为目标污染物,通过生物炭固定化微生物复合材料协同吸附Cr（Ⅵ）的效果和机理研究,得出以下结论:（1）通过硝酸铁浸渍改性制备改性芦苇生物炭,改性前后生物炭形貌形态基本相似,Fe BC500表面粗糙且表面附着铁的氧化物。表明经硝酸铁改性后Fe元素成功附着于生物炭表面,硝酸铁改性增加原始生物炭比表面积、平均孔径和孔体积增大,增加生物炭表面吸附点位,Zeta
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本研究以生物炭--微生物为研究体系,以Cr（Ⅵ）为目标污染物,通过生物炭固定化微生物复合材料协同吸附Cr（Ⅵ）的效果和机理研究,得出以下结论:（1）通过硝酸铁浸渍改性制备改性芦苇生物炭,改性前后生物炭形貌形态基本相似,Fe BC500表面粗糙且表面附着铁的氧化物。表明经硝酸铁改性后Fe元素成功附着于生物炭表面,硝酸铁改性增加原始生物炭比表面积、平均孔径和孔体积增大,增加生物炭表面吸附点位,Zeta电位使表面正电荷增多;（2）酸性条件下改性前后生物炭对Cr（Ⅵ）的吸附效果更优;与BC500相比Fe BC500提高了Cr（Ⅵ）还原为Cr（Ⅲ）的能力,BC500和Fe BC500符合Freundlich方程和准二级动力学方程,主要为化学多层吸附。Fe BC500的吸附机制主要是改性生物炭中Fe3+作为电子穿梭体增强生物炭和Cr（Ⅵ）之间的电子转移,增强Fe BC500对Cr（Ⅵ）还原作用,其中Cr（Ⅲ）易表面带负电的生物炭发生静电吸附形成Cr（OH）3沉淀;低pH条件下能与HCr O4-和Cr2O72-以通过静电作用氢键形式结合。（3）对菌株C做常规生理生化实验得出结论:革兰氏染色、淀粉水解试验、柠檬酸盐利用实验、吲哚试验均为阳性;菌株C在50 mg/L的Cr（Ⅵ）溶液中能正常生理代谢,在100 mg/L的Cr（Ⅵ）溶液中中菌株C生理代谢能力减弱;当Cr（Ⅵ）浓度低于200 mg/L时,耐受性强,当高于200 mg/L时,菌株C几乎不生长耐受性弱;当Cr（Ⅵ）初始浓度为20 mg/L时,菌株C对Cr（Ⅵ）的吸附能力最高,24h可达到76.89%,72h时可达98.89%;当Cr（Ⅵ）溶液浓度大于200mg/L时,去除率只有5%左右;高浓度Cr（Ⅵ）可能对菌株C产生毒害作用,使其菌株C表面酶失活,细胞膜破裂等,抑制了菌株正常的生长作用,最终导致对Cr（Ⅵ）的去除率明显降低。（4）采用吸附法成功制备出CBC和CFe BC两种复合材料,根据SEM可以看出微生物成功附着在生物炭及改性生物炭表面,两种复合材料的比表面积变小,表面存在丰富官能团,零点电荷增加。当pH为3时CBC和CFe BC对Cr（Ⅵ）的吸附能力最高,此时吸附能力较强主要是生物炭的静电吸附作用,微生物因繁殖能力较弱提供作用较少;当pH为7时,CBC和CFe BC的吸附增强,结合OD600可知此时微生物繁殖能力强在复合材料中占主要作用。CBC和CFe BC两种复合材料符合准二级动力学方程和Freundlich模型,主要为化学多层吸附。CBC和CFe BC两种复合材料吸附机理主要是复合材料表面官能团参与对Cr（Ⅵ）的吸附,XPS分析可知吸附过程中C=C被氧化成C-O和C=O,CFe BC表面官能团参与吸附过程,在材料表面检测到Cr（Ⅲ）的存在,表明铁改性生物炭复合材料将部分Cr（Ⅵ）还原成Cr（Ⅲ）。研究吸附过程中的复合材料中微生物与生物炭的占比问题可以得出结论,低pH条件下主要是生物炭的作用,高pH条件下主要是微生物的作用。（5）不同材料对土壤中Cr（Ⅵ）的修复实验表明:当添加量为6%时,生物炭、改性生物炭及两种复合材料对Cr（Ⅵ）污染土壤吸附能力均大于2%添加量,其中处理效果最好的是6%CFe BC,7d后的吸附能力为78.43%。
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