探索趋磁菌对重金属离子吸附还原及纳米金生成过程机理研究

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1、天津大学硕士学位论文趋磁菌对重金属离子吸附还原及纳米金生成过程机理研究姓名：李婧申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：孙津生201005摘要由于纳米金特有的量子尺寸和宏观量子隧道等效应和性能，其在DNA识别与遗传医学、纳米催化等高新前沿科技领域具有广泛的应用前景。本文利用MSR-1趋磁细菌生物吸附法吸附还原重金属离子，并对单一体系和二元体系的吸附特性进行了深入研究。在此基础上，本文对趋磁细菌吸附还原制各纳米金的机理及环境因素与纳米金形态之间关系进行了研究，探索生物吸附还原方法制备纳米金的最佳条件。本文首先研究了MSR．1趋磁细菌

2、对Cu：+、A矿和Au3+三种单一离子体系的吸附特性，对包括pH值、温度、生物量、时间和初始浓度等在内的环境因素的影响分别进行了讨论，并且进行了等温吸附和吸附动力学模拟，回归得到了相应的模型参数。研究结果表明Langmuir吸附模型和拟二阶动力学方程能较好的描述趋磁细菌对Cu2+、Ag+和Au3+三种单一离子体系的等温吸附和吸附动力学过程。本文又对MSR．1趋磁细菌对Ag+．Cu2+和Au3+．Cu2+二元体系的吸附特性进行了研究。研究结果表明cu2+的存在可以促进趋磁细菌对A，的吸附，而Au”的存在严重抑制了趋磁细菌对Cu2+的吸

3、附，在一定范围内，Cu2+的存在可以促进趋磁细菌对Au3+的吸附即趋磁细菌对多元体系具有选择吸附的特性。此外，利用Langmuir吸附模型对Ag+．Cu2+和Au3+．Cu2+二元体系的等温吸附过程进行了模拟，得到相应模型参数，结果表明Langmuir吸附模型可以较好的描述体系中A矿和Au3十的等温吸附，通过拟合得到Cu2+的吸附表达式。最后以透射电镜(TEM)、X射线衍射仪(XIⅧ)和X射线光电子能谱仪(XPS)等先进仪器为实验分析手段，讨论了MSR-1趋磁细菌对Au3+的吸附还原机理。研究发现吸附还原过程为AuCl3·HCl—A

4、uCl_Auo，且pH值和溶液Au3+初始浓度越小时，被还原生成的纳米金粒径也越小。关键词：趋磁细菌重金属离子生物吸附纳米金ABSTRACTBecauseofthequantumsizeandthemacroscopicquantumtunnelofnano—gold，thenano．goldisapplicatedintheDNArecognition，thehereditymedicine，thenano．catalysisandSOon．Inthiswork，themagnetotacticbacteria(MTB)named

5、MSR-1isharnessedtocaptureheavymetalionsintheiraquaticsolutionunderthetheoryofbiosorption，andadsorptioncharacterizationofsingleandbinarysystemswereinvestigateddeeply．Inaddition，basedontheresearchofbiosorption，reductionmechanismofpreparingnano-goldwithMTBisinvestigatedin

6、thispaper．Inthispaper,thebiosorptioncharacteristicofsinglesystemsincludingCu计，A矿andAu3+byMSR一1wereinvestigated．TheeffectsofpHvalue，temperature，theamountofMTB，time，theinitialconcentrationtothebiosorptionofMTBwereanalyzed．Isothermaladsorptionandabsorptiondynamicsweresimu

7、lated，andmodelparameterwasobtained．TheresultsofequilibriumandkineticstudiesindicatedthattheLangrnuirmodelandthepseudosecondorderkineticmodelcoulddescribethebiosorptionofCu2+,Ag+andAu3+withMTBwell．ThebiosorptioncharacteristicofbinarysystemsincludingA《一Cu”andAu3+．Cu2+byM

8、SR-1werealsostudiedinthisarticle．TheresultsofthebiosorptionexperimentsofMTBtoAg+-Cu2+andAu3+．Cu2+binarysystemsshoweda