国外重金属吸附的研究现状

国外重金属吸附的研究现状

1重金属的吸附与固定化传统的处理方法包括化学法、离子交换法、吸附法、电解法和膜分离法，但由于操作过程中的复杂性和二次污染，这是不理想的。特别是当重金属离子浓度较低时，很难将操作成本和原材料成本应用于实际应用。国外在利用生物吸附方法去除废水中的重金属早有研究。该法以其原材料来源丰富、成本低廉、吸附速度快、吸附量大、选择性好等优势而倍受关注。从研究报道看,用于吸附重金属的微生物主要有细菌和真菌二种。细菌细胞和真菌的菌丝都具有巨大的比表面积,因而对重金属的吸附容量很大;微生物的代谢物质如细胞外多糖、几丁质等也参与重金属的吸附与固定化过程。电子显微镜分析表明,吸附后的重金属或者在细胞壁表面(如啤酒酵母吸附U、枯草芽孢杆菌吸附La)或细胞内形成针状纤维(如假单胞菌EPS-5028吸附U)、或者在细胞内形成团聚颗粒(如铜绿假单胞菌吸附Ag)。每年从工业发酵工厂及废水处理厂中排放出大量的微生物菌体,将它们用于重金属的吸附处理,在废物利用的同时也解决了重金属污染的净化问题,很有应用前景。2实验材料和方法2.1微生物及其栽培和分离2.1.1玉米中矿物的生长814.70:液体培养基成分为40g/L的葡萄糖、10g/LNH4NO3、0.5%的玉米浸出汁及矿物质,培养温度为45℃,摇床的转速为150r/min。培养48～50h后通过纱布来过滤培养液收获菌体,然后使用0.1M的NaCl洗涤菌体,菌体经过去离子水洗涤后以冷冻干燥法提取。2.1.2菌株4.4%葡萄糖、5.4.7假单胞菌菌种从土壤中分离得到,在琼脂培养基上保留后每周移植一次。液体培养基成分为2.67g/LNH4Cl、5.35g/LNaH2PO4、10g/L葡萄糖、6mL矿物质溶液(内含0.1g/LCaCl2·2H2O、10g/LMgSO4·7H2O、0.075g/LMnSO4·7H2O、0.4g/LFeSO4·7H2O),培养液灭菌前由NaOH调节pH值为7(葡萄糖单独灭菌)。在30℃温度下经过48h培养后,培养液在9000r/min的离心条件下进行细胞分离20min,然后将菌体用去离子蒸馏水洗涤3次,再将菌体悬浮于硝酸U溶液中,使得菌体含量为2.5g/L。2.1.3麦芽汁、5g/l蛋白这两种微生物的液体培养基成分均为10g/L葡萄糖、3g/L酵母膏、3g/L麦芽汁、5g/L蛋白胨。在40℃下培养24h后,用去离子蒸馏水洗涤,然后将菌体悬浮于100mg(U)/L的硝酸U溶液中,菌体含量为0.4g/L。2.1.4酒曲酶菌属于r.arrhitzizas来自于发酵工厂。使用杀菌剂停止其生长,然后清洗,再在减压条件下进行干燥。然后在粉碎机上进行磨碎,再使用筛子筛分。2.1.5丁二酸钠溶液配制0.2g/LKH2PO4、0.5g/LMgSO4、0.1g/LCaCl2、10g/L葡萄糖、0.001g/LVB1、0.25g/LNH4H2PO4、0.1M的丁二酸钠溶液100mL、1%的吐温-8050mL、微量元素混合液70mL。调节pH=4.5。液体培养为39℃、150r/min下培养3天。2.2实验确定的问题Ceq、q和η的测定通过等温吸附实验确定。平衡浓度Ceq的单位为mg/L,吸附量q的单位为mg/g(干细胞),吸附率η无单位。3影响微生物吸附和重金属颗粒的因素3.1温度和时间对啤酒酵母的吸附作用从表1可知,吸附温度超过20℃后吸附效果的变化不显。由表2可知,在20～50℃范围内,温度对假单胞菌属EPS-5028吸附U几乎没有影响。由表3可知,温度在20～50℃范围内,随着温度的升高啤酒酵母对U的吸附效果也随之增加。但超过30℃后,当吸附时间大于4h时温度对吸附效果影响不显。吴娟、李清彪等考察吸附温度对白腐真菌P.chrysosporium吸附Pb的影响,结果表明:28℃和35℃时的吸附率为95.62%、94.81%,40℃时的吸附率为82.49%。故建议吸附适宜的温度范围为25～35℃。3.2初始ph值的影响从表4可知,对于T.emersoniiCBS814.70其吸附U适宜的pH值为5。从表5可知,pH值在2～4的范围内对酒曲霉R.arrhizus吸附U效果几乎没有影响。由表6可知,假单胞菌属EPS-5028吸附U的最佳初始pH值为3左右。从表7可知,吸附时间为0.5h内吸附效果随着pH值的升高而明显增加;而吸附时间超过2h后,pH值以3.5～4.0为宜。从表8可知,酒曲霉R.arrhizus对Zn吸附的最佳pH值为7,对Ni吸附的最佳pH值为7.5,对Pb吸附的最佳pH为5。从表9可知,白腐真菌P.chrysosporium对Pb和Zn吸附的最佳pH值为5.5,对Cu和Cd吸附的最佳pH值为6.5,对Ni吸附的最佳pH值为4.5。3.3初始浓度对ag、la和pb2+吸附效果的影响从表10可知,假单胞菌属EPS-5028对U的吸附量随着初始U浓度的增加而提高,在100mg/L以内U的吸附量几乎是线性增加;当U的初始浓度为200mg/L时,吸附量达到最大,为55mg/g。然而,低浓度时U的吸附率最高,而随着初始U浓度的提高其吸附率下降。从表11、12可知,Ag、La的初始浓度在1000mg/L以下时随着初始浓度的增加吸附量增加显著,而在1000mg/L以上则增加不显。吴娟、李清彪等考察了白腐真菌P.chrysosporium的初始浓度对Pb2+吸附效果的影响,结果表明:Pb2+的初始浓度分别为10、50和90mg/L时,5min吸附时间内的吸附速度分别为0.5、3.13和5.72mg/(g·min);吸附率分别为96.33%、95.12%和94.76%。这也说明吸附速度随着初始浓度升高而增加,但吸附率变化不大。3.4微生物量对zn的生物吸附和平衡浓度的影响从表13可知,酒曲霉R.arrhizus对Zn吸附量和平衡浓度随着微生物量的增加而降低,这是因为Zn的吸附达到饱和后其吸附绝对量不再增加,故此时单位微生物量所吸附的Zn量随微生物量增加而降低。3.5u吸附时间从表14可知,假单胞菌属EPS-5028对U吸附适宜的培养时间为48h。从表15可知,白腐真菌P.chrysosporium对Pb吸附适宜的培养时间为48h。3.6单胞菌对u的吸附由表16可知,吸附时间对啤酒酵母和铜绿假单胞菌吸附U效果的影响有很大的不同:铜绿假单胞菌对U的吸附在6min内几乎达到彻底;而啤酒酵母对U的吸附在吸附2h后才基本彻底。3.7海水处理对u的吸附量的影响从表17可知,T.emersoniiCBS814.70经过HCl和NaOH处理后其对U的吸附容量有明显下降,特别是经过NaOH处理后影响更显著;而使用海水处理菌体后却明显增加了其对U的吸附容量。从表18、19、20和21可知:经过1%的氯化汞和10%的甲醛处理后,对U的吸附量降低较为显著。由表22可知,经10%的甲醛、1%氯化汞和0.1M的碳酸铵处理后,啤酒酵母对U的吸附效果有明显增加;而经0.1%谷氨酸、0.1%天冬氨酸、0.1MEDTA和0.1M硝酸处理后,啤酒酵母对U的吸附效果明显降低。由表23可知,经过碱预处理后白腐真菌P.chrysosporium对Pb吸附量有显著增加。3.8回收液对果的影响由表24、25可知,Fe2+和Zn2+对U的吸附效果的影响随着Fe2+和Zn2+的增加而越来越明显。由表26可知,共存离子中以Zn的影响最为显著,其次是Cu;共存离子的Ceq越高,则Pb的q下降也越显著。4化学药剂洗涤剂对水解吸效果的影响微生物细胞吸附了重金属之后,有多种方法可以将重金属从微生物细胞中解吸下来,化学药剂洗涤是常用的方法之一。从表27可知,以碳酸钠和EDTA的解吸效果最好,如以碳酸钠洗涤1次后U的解吸率为92.5%、洗涤3次后U的解吸率可以达到97%左右。以EDTA做为解吸剂也能够获得很好的解吸效果。5考虑到微生物、活性炭和离子交换树脂的吸附效果从表28可知,金黄青霉菌和酒曲霉R.arrhizus对U的吸附能力最大,其吸附容量明显高于活性炭和离子交换树脂。6微生物吸附重金属的机理吸