微波改性废酵母菌吸附废水中铜(Ⅱ)离子热力学动力学研究

1、微波改性废酵母菌吸附废水中铜()离子热力学动力学研究微波改性废酵母菌吸附废水中铜()离子热力学动力学研究引言为了满足社会日益增长的需求,矿物质开采和加工业迅速开展,这导致世界各地重金属污染严重。水中的重金属离子对人类产生严重的毒害作用,去除水中的重金属离子是需要迫切解决的课题。铜离子是城市污水中常见的重金属离子,其主要来源于某些工业废水,如漂洗和电镀废水中都含有大量的铜。铜离子会通过生物吸附作用在人体内积累,对人体安康造成了严重的威胁1。铜离子会使动物蛋白变性而产生毒性。因此,重金属离子在水中的浓度须降低到国家环境平安规定程度之下。目前,有多种技术方法可用于去除水溶液中的重金属2，3。这些方法

2、有絮凝法、化学沉淀法、离子交换法和吸附再生法4。其中吸附再生法是活性污泥法的一种。这种方法可以充分进步活性污泥的浓度,降低有机营养物和微生物之比,简单经济有效，现被广泛采用。发酵工业的生物残渣含有细菌、酵母菌等多种类微生物,如饮料工业中的酵母菌、制作柠檬酸的真菌、酶工业中的葡萄糖和脂酶等7,12。本研究是以一种微波改性的废酵母菌作为吸附剂对废水中的铜离子进展吸附,因为活的酵母菌虽然效果好,但是价格较高且难以保存4,5,给实验增加了难度。而废酵母菌具有易固化、反复使用的优点,可用于制造特殊生物吸附剂6。用失活的废酵母菌吸附废水中的重金属离子,可以节约废水处理本钱,还可对生物残渣进展废物利用,到达

3、了真正的以废治废9,10。本研究对废酵母菌吸附废水中重金属离子u2+的实验过程进展了热力学、动力学研究,评价了废酵母菌对废水中重金属离子u2+的吸附效率14，并对实验结果的数据采用languir等温式进展了拟合。2实验方法实验材料选用蒸馏水溶解定量分析纯的硫酸铜,配制500g/l的u2+溶液。实验用废酵母菌为沈阳某制药厂的液体状废菌泥。对废菌泥进展处理,将其取200l置于烧杯中,放入微波炉在中高温状态下加热15in,对其进展微波改性,取出后放于烘箱内在恒温115状态下烘干,研磨成粉备用。在不同参数条件下,在含一定浓度的初始溶液中分别参加不等量的微波改性酵母菌,搅拌后进展离心别离,取上清液测定其

4、中残留u2+离子的含量。3结果和讨论3.1溶液的ph值对u2+吸附效果的影响在温度25时,用hl和nah(质量分数为10%)调节200l含铜废水(浓度为100g/l)的ph值,在其ph值为4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0时,用0.6g的微波改性废酵母菌参加废水中,振荡速度180r/in,反响120in,沉淀10in,测定含铜废水反响后铜离子的变化见图1。由图1可知,u2+的吸附效果受到ph值较大的影响。实验在振荡吸附时间充足、吸附剂用量适宜的前提下进展,u2+的去除率随着溶液ph值的升高而逐渐增大。当ph=7时,溶液为中性,溶液中吸附剂对u2+的去除率到达最大。这说明微

5、波改性酵母菌对溶液中u2+吸附实验进展的最正确ph为7。u2+的去除效果与溶液ph有关,因为酸碱性的变化会影响官能团的离子电荷性。在ph7(溶液为酸性)时,大量的h3+与金属离子竞争吸附位点,导致废酵母菌对u2+的吸附才能下降;当ph7(溶液为碱性)时,生物吸附活性点受到影响,水解生成的氢氧化物沉积在废酵母菌外表,影响废酵母菌对u2+的吸附才能。图1溶液ph值对u2+吸附效果的影响3.2反响时间对u2+吸附效果的影响在温度为25时,用hl和nah(质量分数为10%)调节200l含铜废水(浓度为100g/l)的ph=7,取0.6g微波改性废酵母菌参加废水中,在振荡速度为180r/in时,将各组的

6、反响时间分别取为30、60、90、120、150、180in,反响后沉淀10in取其上清液测量浓度,所测定的铜离子去除率的变化趋势见图2。图2反响时间对u2+吸附效果的影响由图2可知,在初始的60in中,微波改性废酵母菌有大量的活性位点可与u2+反响,在这个过程中吸附反响速度非常快,溶液中u2+的去除率急剧上升,吸附效果非常好。溶液中可用于吸附u2+的生物活性吸附位点相对减少,u2+的去除率的上升趋势减缓,随着反响时间的增长,吸附剂与溶液充分接触反响,u2+的去除率逐渐增大。当吸附反响时间为90in时,去除率到达最大,为94.91%。用准二级速率方程来拟合吸附过程,其吸附反响动力学分析见图3。

7、由图可估算出qe=23.87g/g,该值与实验值qe=23.68g/g接近,相关系数r2=0.99978。分析说明准二级动力学模型可以很好描绘微波改性废酵母菌对废水中u2+的吸附过程。图3准二级动力学方程拟合吸附剂对u2+的吸附3.3反响温度、溶液初始浓度及u2+浓度对吸附效果的影响分别在反响温度为25、40、55、70时,将浓度分别为40、60、80、100、120、140g/l的含铜废水150l用质量分数为10%hl及nah调节ph值至7,废水中参加0.6g微波改性废酵母菌,在振荡速度为180r/in时反响90in后,沉淀10in取上清液,测定其反响后u2+的变化,不同温度下吸附剂对u2+

8、的吸附等温线见图4。图4不同温度下微波改性酵母菌对不同初始浓度的u2+吸附等温线在吸附剂投加量不变的前提下,吸附位点的数量有限,当初始u2+浓度较低时,吸附剂可以提供充足的生物活性位点,此时u2+的去除率很高;而当初始u2+浓度升高时,其生物活性位点相对缺乏,吸附位点产生竞争,致使u2+无法完全被有限的废酵母菌吸附,导致对u2+的去除率下降。本次吸附反响过程采用languir等温式对实验数据进展拟合(图5)。图5中4条等温线的q和kl数值通过线性回归实验数据得到。不同温度下u2+在微波改性酵母菌上的等温吸附常数见表1。表1显示吸附剂对u2+的吸附行为与languir吸附等温线有较好相关性。图5

9、微波改性酵母菌对u2+的languir吸附等温线表1不同温度下u2+在微波改性酵母菌上的等温吸附常数2021年5月绿色科技第5期由表1可知,随着反响温度不断升高,吸附剂对u2+的吸附量qe也随之增大。不同温度下吸附反响到达平衡,通过ln(qe/e)对qe作图(图6)推出qe=0时的值。根据最小平方分析得到直线上的各点的热力学常数k0,数据见表2。图6不同温度下微波改性酵母菌对u2+的qe-ln(qe/e)图表2不同温度下u2+在废酵母菌上的热力学常数k04结语吸附剂微波改性废酵母菌对u2+的吸附过程说明,微波改性废酵母菌对u2+的吸附效果比较好,可以有效地去除废水中的u2+。微波改性废酵母菌的最正确反响条件为:温度55、ph值7、吸附剂投加量4g/l、振荡速度180r/in、反响时间90in,废液中u2+的吸附效果到达最好。由微波改性废酵母菌对u2+的吸附过