论文部分内容阅读
铁氧化物矿物广泛存在于自然界中,可以作为异化铁还原菌厌氧呼吸的电子受体,经生物还原形成次生矿物。石墨烯是一种由碳原子sp2杂化轨道组成的单层二维蜂窝状晶格结构的纳米材料,因其独特的物理化学性质近年来引起人们浓厚的兴趣。本论文首先围绕石墨烯存在条件下,生物还原水铁矿的速率、程度、还原产物的形貌与组成,以及生物对水铁矿与硝基苯的共还原作用开展研究。而后考察了生物还原石墨烯氧化物与水铁矿所产生的磁性石墨烯材料(bio-MRGO)对有机染料的吸附性能。研究发现,加入低于1 mg/L的还原氧化石墨烯(rGO)可以促进奥奈达希瓦氏菌Shewanella oneidensis MR-1对水铁矿的还原,而加入1-100 mg/L的rGO则抑制水铁矿的生物还原。其他种类石墨烯材料(氮掺杂石墨烯、负载纳米金石墨烯和氨基-甲酰基咪唑修饰石墨烯)对MR-1还原水铁矿也有类似的影响。分别以陆相来源的Elliott土壤腐殖酸(ESHA)和水相来源的Suwanee河流腐殖酸(SRHA)作为代表性天然有机质,考察其与rGO共存条件下MR-1对水铁矿的还原作用。结果表明,体系中无rGO及rGO浓度为0.5 mg/L的条件下,ESHA的存在抑制水铁矿的还原,而SRHA的存在促进MR-1对水铁矿的还原；而当rGO的浓度为50 mg/L时,水铁矿的还原都受到抑制。以核黄素和黄素单核苷酸作为代表性细菌自分泌有机质,考察其与rGO共存条件下,MR-1对水铁矿的还原作用。结果表明,0.5 mg/L的rGO与黄素协同促进水铁矿的还原；50 mg/L的rGO依然会抑制水铁矿的还原。考察在rGO与硝基苯共存条件下,MR-1对二者的共还原作用。结果表明,MR-1还原水铁矿生成吸附态Fe(Ⅱ)越多,硝基苯的还原效果越好。利用XRD分析发现MR-1还原水铁矿的产物主要是磁铁矿；当rGO促进水铁矿还原时,还原5d后产物主要是磁铁矿；而当rGO抑制水铁矿还原时,还原5d后产物主要是针铁矿,但还原30d后,针铁矿转变为磁铁矿。利用MR-1细胞先后还原石墨烯氧化物(GO)和水铁矿,制备磁性石墨烯纳米复合材料(bio-MRGO)。通过透射电镜、X射线衍射光谱、傅里叶红外光谱、X射线光电子能谱和振动样品强磁计等仪器对还原产物进行表征分析,证明生物合成了磁性石墨烯复合材料(bio-MRGO)。吸附实验研究发现,bio-MRGO对亚甲基蓝、孔雀绿和结晶紫等染料的最大吸附去除率可分别达到99.6%、70.7%和91.9%。其中bio-MRGO吸附亚甲基蓝染料符合朗格缪尔吸附等温线和二级吸附动力学模型。该吸附过程是自发的吸热反应。利用类芬顿反应原理再生bio-MRGO材料；循环吸附实验发现,经5次循环吸附后,bio-MRGO对亚甲基蓝的吸附去除率仍可达到60%,具有很好的再生-重复使用效果。