基于植物内生菌Lk9重金属吸附剂的制备与应用

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近年来,随着工业的发展,重金属的环境污染问题愈发严峻。在湖南等长江以南地带,这一问题尤为突出。由于重金属对人类有高毒害作用且能够通过食物链进入体内,对人类健康造成巨大威胁。传统的重金属处理方法有絮凝剂过滤法、沉淀法、离子交换法、电解法等,然而这些方法具有产生二次污染、费用过高、重复利用性不强、工艺复杂等缺陷,因而,开发高效、廉价的重金属污染处理方法势在必行。生物吸附法近年来因为其经济性和安全性成为研究热点,然而自然生物吸附剂所固有的低效性制约着生物吸附法的应用。在此背景下,本论文以一株特殊的菌株:由镉超积累植物龙葵体内提取的内生菌Pseudomonas sp. Lk9为研究对象,探讨其对重金属的吸附性能,以及在此基础上首次实现内生菌表面的氨基层层功能化,筛选了一种高效的生物吸附剂,并详细研究其吸附行为,探讨其吸附机理,验证其对实际工业废水的处理性能,具体研究内容及结果如下:(1)测试了植物内生菌Lk9对重金属的抗性及吸附性能,发现植物内生菌Lk9对铅、锌、铜、镉、铬等重金属均有较强的耐受能力,且Lk9对某些重金属离子如铜、铅离子具有毒性兴奋效应。此外,Lk9对重金属离子具有一定的吸附性能,在最优吸附条件下,由Langmuir等温吸附式可得,Lk9对重金属Pb2+,Cd2+和Cu2+的最大吸附量分别为80.49mg/g,23.08mg/g和19.10mg/g。吸附过程极其快速,在5min内就完成95%以上的吸附,在20min内吸附达到平衡。(2)利用带有大量氨基的聚合物聚烯丙基胺(Polyallylamine (PAA))首次实现内生菌表面的氨基层层功能化,结果发现经过PAA修饰后的Lk9的吸附效果大大地提高,且依次由戊二醛、4-溴丁酰氯作为交联剂所得的双层修饰吸附剂Lk9-2P呈现出最好的吸附能力。通过FTIR、XPS、元素分析等分析方法证明了PAA按设计路线逐步地修饰到菌体Lk9表面。(3)详细研究探讨了生物吸附剂Lk9-2P对重金属离子的吸附行为,并应用于处理实际工业废水。结果发现Lk9-2P对重金属离子的吸附受溶液pH影响大,吸附能够在比较宽的pH范围(3-6)有效进行,对Pb2+和Cu2+的最优pH值为5-6,对Cd2+的最优pH值为5-7;Lk9-2P对重金属离子的吸附是一个快速的吸附过程,在45min内吸附就已经达到平衡;Lk9-2P的吸附量随着溶液中重金属离子浓度的增大而增大,并到一定程度后趋平衡。由Langmuir等温吸附式可得,Lk9-2P对重金属Pb2+, Cd2+和Cu2+的最大吸附量(qmax)分别为480.02mg/g,267.53mg/g和210.17mg/g,分别是未修饰的Lk9的4.96,10.60和10.00倍;Lk9-2P对重金属离子的吸附机理主要是通过金属离子与吸附剂表面的氨基配位而成;Lk9-2P能够通过再生重复利用;Lk9-2P能够有效地处理实际工业重金属污染废水,经过Lk9-2P处理过的废水,其中重金属离子的浓度低于0.001mg/L,达到国家废水处理排放标准。
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