论文部分内容阅读
水环境污染已成为世界各国普遍关注的问题，重金属污染是水环境污染的一个重要方面。本文选择悬浮酵母菌和沉淀酵母菌作为吸附剂，选择工业废水中常见的铜、铅、汞、镉四种离子作为吸附质，研究了吸附时间、溶液的初始pH值、吸附温度、吸附剂用量、溶液中重金属离子的初始浓度、搅拌速度与单一金属体系溶液中重金属离子的吸附效果之间的关系。为了探讨啤酒酵母菌对重金属离子的吸附机理，测试了两株菌体的表面形态和亚显微结构、菌体微粒在不同pH值下的ζ-电位、菌体吸附重金属离子前后的红外光谱和X射线光电子能谱以及吸附前后溶液中钠、钾、钙、镁离子的变化情况等。同时用Langmuir方程、Freundlich方程、准二级反应动力学方程来模拟吸附过程的等温吸附曲线和吸附动力学曲线；最后对生物吸附的机理进行了分析探讨。
试验结果表明，悬浮酵母菌和沉淀酵母菌对Cu<2+>、Pb<2+>、Hg<2+>、Cd<2+>的吸附过程10min即可达到平衡；悬浮酵母菌对Cu<2+>、Pb<2+>、Hg<2+>、Cd<2+>吸附的最佳溶液初始pH值分别为4.73、5.74、4.33、5.40；沉淀酵母菌对Cu<2+>、Pb<2+>、Hg<2+>、Cd<2+>吸附的最佳溶液初始pn值分别为5.78、4.14、4.17、6.38；温度升高有利于两株菌体对重金属离子的吸附，温度对两株菌体吸附Cu<2+>的效果影响大，对其它三种重金属离子的吸附效果影响小；悬浮酵母菌对Cu<2+>、Pb<2+>、Hg<2+>、Cd<2+>吸附的最佳搅拌速度为360r/min、650r/min、580r/min、530r/min；沉淀酵母菌对Cu<2+>、Pb<2+>、Hg<2+>、Cd<2+>吸附的最佳搅拌速度为560r/min、630r/min、550r/min、580r/min，其中搅拌速度对Pb<2+>、Hg<2+>的吸附影响较大，对Cu<2+>、Cd<2+>的吸附影响较小。
菌体细胞的ζ-电位及溶液中重金属离子的赋存状态分析表明，悬浮酵母菌对Cu<2+>、Pb<2+>、Hg<2+>、Cd<2+>吸附过程中存在静电吸附作用的溶液初始pH值范围分别为3.70～4.73、3.70～5.74、3.70～4.33、3.70～5.40；沉淀酵母菌对Cu<2+>、Pb<2+>、Hg<2+>、Cd<2+>吸附过程中存在静电吸附作用的溶液初始pH值范围分别为3.30～5.78、3.30～4.14、3.30～4.17、3.30～6.38。菌体吸附重金属离子前后的透射电子显微镜分析结果表明，菌体对重金属离子的吸附主要发生在细胞壁上；红外光谱分析结果表明，菌体表面的官能团主要为蛋白质和多糖的特征官能团；菌体表面的含氧、含氮基团与重金属离子发生螯合，部分重金属以磷酸盐的形式存在；通过考察吸附前后溶液中K<+>、Na<+>、Ca<2+>、Mg<2+>的量和pH值，发现Cu<2+>、Pb<2+>、Cd<2+>主要与菌体表面的K<+>和H<+>交换；两株啤酒酵母菌对Cu<2+>的吸附过程中，离子交换为主要的吸附机理，而对Pb<2+>、Cd<2+>的吸附过程中离子交换机理占次要地位；X射线光电予能谱进一步证实了Pb<2+>、Hg<2+>主要与沉淀酵母菌菌体表面含氧、含氮、含磷的基团配位，同时发现，铅在菌体表面的存在形式为单质铅、氧化铅和铅氧螯合，这说明沉淀酵母菌对铅的吸附过程中螯合、氧化还原机理共同作用；沉淀酵母菌对汞的吸附过程中，汞主要与菌体表面的磷酸基结合，形成磷酸汞而沉积在菌体表面，同时部分汞以单质汞的形式存在，这是因为在吸附过程中发生了氧化还原反应。 Langmuir等温方程模拟分析表明，Langmuir等温式能很好地拟合悬浮酵母菌和沉淀酵母菌对Cu<2+>、Pb<2+>、Hg<2+>、Cd<2+>吸附的等温吸附曲线，这表明两株啤酒酵母菌对Cu<2+>、Pb<2+>、Hg<2+>、Cd<2+>的吸附符合Langmuir等温式的假设；两株菌体对Cu<2+>、Pb<2+>、Hg<2+>、Cd<2+>吸附的最大负载量的顺序为Pb<2+>>Hg<2+>>Cd<2+>>Cu<2+>。Freundlich等温方程也能很好地拟合悬浮酵母菌对Cu<2+>、Pb<2+>的吸附等温线和沉淀酵母菌对Cd<2+>的吸附等温线；但是，悬浮酵母菌对Hg<2+>、Cd<2+>的等温吸附试验数据和沉淀酵母菌对Cu<2+>、Pb<2+>、Hg<2+>的等温吸附试验数据对Freundlich等温方程拟合的相关性不好：两株啤酒酵母菌吸附Cu<2+>、Pb<2+>、Hg<2+>、Cd<2+>的过程符合准二级动力学方程。