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金属纳米颗粒合成及在有机物降解与杀菌中的工程应用研究

发布时间:2018-10-31 23:56 论文编辑:lgg 所属栏目:工程论文 关键词: 金属纳米颗粒合成有机物降解

本文是一篇工程论文,工程论文论文是学术作品,因此其表述要严谨简明,重点突出,专业常识应简写或不写,做到层次分明、数据可靠、文字凝练、说明透彻、推理严谨、立论正确。

本文是一篇工程论文,工程论文论文是学术作品,因此其表述要严谨简明,重点突出,专业常识应简写或不写,做到层次分明、数据可靠、文字凝练、说明透彻、推理严谨、立论正确,避免使用文学性质的或带感情色彩的非学术性语言。论文中如出现一个非通用性的新名词、新术语或新概念,需随即解释清楚。(以上内容来自百度百科)今天为大家推荐一篇工程论文,供大家参考。
 
第 1 章 绪 论
 
1.1 研究背景
1.1.1 新兴有机污染物来源以及危害
目前,随着科学的进步和社会的发展,与此同时出现了很多的新型污染物,这些污染物在环境领域引起了强烈的。其中有一类新型污染物与人的正常生活密切相关,那就是药物以及个人护理品(Parmaceuticals and personal care products,PPCPs)(张盼伟等,2017)。PPCPs 这类污染物主要分为两大类:(1)药物(包括消炎止痛药、抗生素、减肥药、抗菌药、降血脂药、激素、类固醇、镇静剂、抗癫痫药、利尿剂、咖啡因等)。(2)个人护理用品(化妆品、香水、发胶、洗发水等),这类污染物广泛存在于环境中,并且经检出的 PPCPs 污染物就有 50多种(Yang et al., 2013)。Cai 等(2015)在北京的自来水中检测到了多种 PPCPs污染物,其中浓度最高的为卡马西平(38.24 ng/L),与传统的污染物相比,PPCPs这类污染物在环境中甚至生物体内更容易富集(曹煜彬等,2017)。尽管它们在环境中的浓度不高,但由于其成分复杂、生物活性强、挥发性较低同时又有一定的亲水性,再加上人类的持续排入导致了其在环境中的持续存在。水体中的 PPCPs 的来源主要包括:药物废水直接或间接的排放、禽畜和养殖废水、生活污水(王樱凝等,2015)。药物废水直接或间接的排放是水环境中PPCPs 的主要来源之一,包括未经吸收的部分药品、未经使用的部分药品的直接排放、经过代谢部分药品、一些非正规的排放,这些都是药物废水的来源(朴海涛,2017)。另外生活污水也是主要来源之一,人类的生活污水中包含大部分的化妆品以及药物(高燕等,2017)。禽畜和水产养殖废水不经处理直接进行排放到水体中,也会造成 PPCPs 污染物大量进入水环境中。各种动物的饲养对于PPCPs 的需求量是很大的,这些 PPCPs 都会进入到水环境中。
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1.2 PPCPs 降解及杀菌技术研究进展
 
1.2.1 PPCPs 降解技术研究进展
物理法是通过将 PPCPs 污染物从水体中分离来净化水质。目前水体中 PPCPs污染物的物理去除方法主要包括了混凝絮凝、吸附、过滤等。物理去除的优点:操作简单,成本低且运行稳定,但是物理法对水中 PPCPs 的去除效果受污染物和污水性质影响较大。目前,处理效果最好的是吸附法,近几年来,一些新型的材料例如石墨烯、碳纳米管等也常被用作吸附剂,用于去除环境中的 PPCPs 污染物(Wang et al., 2017),但是通过单一吸附法处理 PPCPs 污染物效率较低,且吸附效果受吸附剂性质、投加量,水质影响的影响较大。生物法是利用微生物的新陈代谢作用将水中的 PPCPs 污染物降解转化。以活性污泥法、厌氧发酵法为代表的生物处理工艺是目前应用最为广泛的方法。生物法处理的优点:成本较低、对环境影响小等。但是微生物受环境影响较大如温度、溶解氧浓度等,并且对 PPCPs 类污染物的降解不完全。Chen 等(2015)研究发现活性污泥法对酮基布洛芬等消炎药去除效果很好,而对双氯类物质去除效率不高。厌氧发酵法对抗生素、激素类易物质的去除效果较好,但对卡马西平则几乎没有去除作用(Carballa et al., 2007)。
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第 2 章 钯纳米颗粒在 PPCPs 降解中的应用研究
 
2.1 引言
近些年来,多种复杂的有机污染物--药物和个人护理用品(Pharmaceuticalsand Personal Care Products, PPCPs)在众多污水处理厂以及水源地的出水中被检测出来(张良亮,2009),这些复杂的有机污染物源于工业生产中的排放以及人类的日常生活,有比较强的生物活性并且生物降解缓慢,通常在自来水厂常规净水工艺中难以达到较好的去除效果,从而对人类的健康造成了持久性的危害(周海东等,2007)。卡马西平就是 PPCPs 中典型的污染物之一,它是一种抗惊厥药物并且被广泛用于治疗抑郁症和癫痫发作,从而在环境中无处不在(Wang et al.,2017)。如今,尽管卡马西平在环境中的浓度很低但是其造成的危害已经受到人们的广泛关注(Zhang et al., 2012)。在之前的研究中,已经提出了利用含铁粘土矿物产生羟基自由基降解 1,4-二恶烷(Zeng et al., 2017),利用钯纳米颗粒和甲酸原位生成 H2O2用于芬顿反应降解苯酚,加速和提高了反应体系中羟基自由基的生成,因此提高了降解效率(Mohamed et al., 2014)。本章主要构建了含铁粘土矿物在钯纳米颗粒与甲酸原位生成 H2O2的体系下发生类芬顿反应降解卡马西平的研究。主要探讨了:(1)类芬顿反应的影响因素以及机理。(2)卡马西平降解途径以及反应产物。
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2.2 材料与方法
本章节所用的实验仪器:SHZ-82A 水浴恒温振荡器(金坛市瑞华仪器有限公司),ML204 电子天平(梅特勒公司)、超纯水仪(Thermo Scientific BarnsteadGenPure Pro.),pH 计(梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司),磁力搅拌器(江苏省金坛市科析仪器有限公司),KQ-100E 型超声清洗装置(江苏省昆山市超声仪器有限公司),真空干燥箱(上海齐欣科学仪器有限公司),XSAM-800 型 X-射线光电子能谱仪(英国 Kratos 公司),JEOL JAX-840 型扫描电子显微镜(日本电子有限公司),D/MAX 2500V/PC 型 X 射线衍射仪(日本 Rigaku 有限公司),JOEL-2010 型高分辨透射电子显微镜(日本电子有限公司),HPLC-1260 高效液相色谱仪(美国安捷伦公司),RE52CS 型旋转蒸发仪(上海亚荣生化仪器厂),5975C-7980A 气相色谱质谱联用仪(美国安捷伦公司)。在进行实验之前,先配制一定浓度(10 mg/L)的卡马西平溶液。准确称取10 mg 卡马西平粉末于 1 L 的烧杯中,放入转子,加入适量的水之后将烧杯放在磁力搅拌器上搅拌,等到粉末完全溶解之后,将其转入到 1 L 的容量瓶里进行定容。定容结束之后就得到了 10 mg/L 的卡马西平溶液,将其倒入棕色瓶中并用锡箔纸包好,贮存于 4 ℃的冰箱中。
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第 3 章 利用希瓦氏菌 Shewanella loihica PV-4 生物法合成铜纳米颗粒.......30
3.1 引言.......30
3.2 材料与方法....30
3.2.1 实验试剂与仪器.... 30
3.2.2 铜纳米颗粒的生物合成.......... 31
3.2.3 分析测试方法........ 33
3.3 结果与讨论....34
3.4 本章小结........42
第 4 章 铜纳米颗粒杀菌应用研究...... 44
4.1 引言.......44
4.2 材料与方法....44
4.2.1 实验试剂与仪器.... 45
4.2.2 铜纳米颗粒杀菌实验..... 45
4.2.3 杀菌机理的研究.... 46
4.3 结果与讨论....48
4.5 本章小结.......55
第 5 章 结论与建议....56
5.1 结论.......56
5.2 建议.......57
 
第 4 章 铜纳米颗粒杀菌应用研究
 
4.1 引言
当时代在飞速发展的同时,水资源匮乏这一问题已经受到广泛关注。世界上许多农村社区缺乏干净的饮用水,这是人类健康的重大问题(Clasen et al., 2010)。饮用水中存在细菌和病原微生物的微生物污染正在得到世界各国的广泛关注(Hijnen et al., 2006)。像任何其他病原体一样,大肠杆菌是一种疾病细菌,在适当条件下表现出高繁殖率,对人类健康和社会构成重大威胁(Ishii et al., 2007)。它的存在也是饮用水环境样品污染的一个指标。氯化物被广泛用于水的杀菌,而氯化物诱导的致癌副产物是限制该方法使用的原因(Xiao et al., 2015)。因此迫切需要开发有效、环保和低成本的杀菌方法。最近,由于纳米粒子独特的物理和化学特性,基于金属纳米粒子的杀菌被认为是一种很有前途的替代方法(Veronesi et al., 2015)。已经发现纳米颗粒对细菌和真菌是有效的,并且已被扩展为一个非常强大和多功能的纳米工具来解决这个特定的有关病原体的问题(Tamboli et al., 2013)。据之前的报道,银纳米粒子具有一定的抗菌活性,已经越来越多地用于饮用水净化以防止微生物的生长(Jiang et al., 2016),而它们的合成不可避免地受到某些限制,例如原材料(贵金属 Ag)的高成本。为了降低成本以及更加环保,应考虑采用环保合成的非贵金属纳米粒子。铜这一非贵金属进入了人们的视线,比银更便宜的铜对微生物具有强烈的毒性,并且铜纳米粒子具有可以预防细菌生长的潜力。使用微生物合成的纳米颗粒收到了巨大的关注并且生物合成的金属纳米粒子已被广泛用于生物医学,环境和工业应用(Schr fe et al., 2014),而很少有研究报道利用微生物合成铜纳米颗粒杀菌的研究,因此这一研究具有一定创新性。
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