生物吸附劑及其吸附性能研究進(jìn)展(已修改)
2025-04-16 23:38 本頁(yè)面
【正文】 生物吸附劑及其吸附性能研究進(jìn)展黃 娜（華南師范大學(xué)化學(xué)與環(huán)境學(xué)院環(huán)境科學(xué)專(zhuān)業(yè)，廣州 510006）摘要:用微生物體來(lái)吸附水中的重金屬是一項(xiàng)新興的廢水生物處理技術(shù)。藻類(lèi)、細(xì)菌、真菌等是生物吸附劑的來(lái)源,它們對(duì)多種重金屬都有較好的吸附去除效果。文章從細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)特性概述了藻類(lèi)、細(xì)菌、真菌等對(duì)重金屬吸附的機(jī)理,介紹了它們的吸附性能。關(guān)鍵詞:微生物 生物吸附劑 重金屬 廢水處理 現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展會(huì)產(chǎn)生大量含重金屬?gòu)U水,重金屬進(jìn)入生態(tài)環(huán)境后,不像有機(jī)物那樣能被降解,而是通過(guò)食物鏈進(jìn)一步富集,對(duì)環(huán)境和人體健康造成危害,如震驚世界的水俁病、骨痛病事件。人們處理廢水中的重金屬一般采用物理化學(xué)方法(沉淀、離子交換、吸附、電解、膜分離、氧化還原等),當(dāng)水中的重金屬濃度較低時(shí),不僅去除率不高,還存在運(yùn)行費(fèi)用高的問(wèn)題[1]。目前新興的去除技術(shù)———生物吸附技術(shù),愈來(lái)愈受到人們的關(guān)注。生物吸附是利用生物體及其衍生物來(lái)吸附水中重金屬的過(guò)程。重金屬離子對(duì)生物體有很強(qiáng)的毒害作用,超過(guò)一定的濃度就會(huì)抑制生物生長(zhǎng)或使生物體死亡,有的微生物如某些藻類(lèi)、細(xì)菌、真菌,本身或是經(jīng)過(guò)馴化以后對(duì)重金屬有一定的耐受性,能夠除去水中的重金屬離子。與傳統(tǒng)的處理方法相比,生物吸附具有以下優(yōu)點(diǎn)[2]:(1)在低濃度下,金屬可以被選擇性的去除。(2)節(jié)能、處理效率高。(3)操作時(shí)的ｐＨ值和溫度條件范圍寬。(4)易于分離回收重金屬。(5)吸附劑易再生利用。1 藻類(lèi)生物吸附劑 來(lái)源。全球已知的藻類(lèi)約4萬(wàn)種,在自然界中分布甚廣,絕大多數(shù)為水生或生長(zhǎng)在陰暗的巖石、墻角、樹(shù)桿和土壤等表面,是最容易觀察到的一種微生物,常常用來(lái)指示水體、生態(tài)系統(tǒng)及營(yíng)養(yǎng)條件的變化。研究發(fā)現(xiàn),藻類(lèi)細(xì)胞具有吸附重金屬的能力。因此,可選擇吸附性能良好的藻類(lèi)作為吸附劑的生產(chǎn)原料,如海藻,其數(shù)量大,容易收集,有一些地方還可人工培養(yǎng),尤其在沿海地區(qū),來(lái)源十分豐富。 細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)特性。當(dāng)微生物體暴露在金屬溶液中時(shí),金屬離子直接接觸的是細(xì)胞壁,微生物細(xì)胞壁的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)決定著金屬與它的相互作用特性。藻類(lèi)的細(xì)胞壁在多數(shù)情況下是由纖維素的微纖絲形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)構(gòu)成,含有豐富的多糖,如果膠(含有少量己糖、鼠李糖的多聚半孔糖醛酸的高聚物)、木糖、甘露糖、藻酸或地衣酸。多糖帶負(fù)電,可以通過(guò)靜電引力與許多金屬離子相結(jié)合。其中的海藻酸鹽與硫酸多糖是吸附的主要載體[3]。 藻類(lèi)對(duì)重金屬的吸附。藻類(lèi)對(duì)大多數(shù)重金屬有很強(qiáng)的吸附能力。如斜生柵藻對(duì)ＵＯ22+吸附是一個(gè)快速而不需要能量的過(guò)程,最大吸附容量達(dá)75ｍｇ/ｇ干物質(zhì), ＵＯ22+與Ｃｕ2+、Ｎｉ2+、Ｚｎ2+、Ｃｄ2+之間的競(jìng)爭(zhēng)也很小[4],在吸附鋅時(shí),它的吸附容量、對(duì)鋅毒性的耐受能力比另外一種柵藻高[5]。綠微藻在懸浮狀態(tài)下,[6]。海草能積累Ｃｄ和Ｃｕ[7]。馬尾藻類(lèi)海草廢生物體能夠去除100%Ｃｄ2+%的Ｚｎ2+[8]。一些大型海藻,它們的吸附容量比其它種類(lèi)生物體高得多,甚至比活性炭、天然沸石的吸附容量還高,與離子交換樹(shù)脂相當(dāng)[9,10]。2 真菌生物吸附劑 來(lái)源。真菌在自然界中分布很廣,土壤、水、空氣和動(dòng)植物中均有它們的存在?，F(xiàn)已記載的真菌約有12萬(wàn)種,包括單細(xì)胞的酵母菌、小型霉菌和產(chǎn)生子實(shí)體的大型真菌,它們中的大多數(shù)都應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。如生產(chǎn)抗生素的一些青霉菌屬、鏈霉菌屬菌株。生產(chǎn)脂肪酶、檸檬酸、醬油等所產(chǎn)生的各種曲霉廢棄菌絲體。進(jìn)行類(lèi)固醇轉(zhuǎn)化的黑根霉。而酵母則是工業(yè)上最重要、應(yīng)用最廣泛的一類(lèi)微生物。這些廢棄菌體在多數(shù)情況下都被當(dāng)作廢棄物掩埋或焚燒。試驗(yàn)研究表明,它們對(duì)重金屬有潛在的吸附能力,利用它們來(lái)吸附去除污水中的重金屬,可以節(jié)約處理費(fèi)用,達(dá)到以廢治廢的目的。 細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)特性。類(lèi)似于藻類(lèi),真菌的細(xì)胞壁只是在結(jié)構(gòu)上類(lèi)似于植物的細(xì)胞壁,但在生物化學(xué)有區(qū)別。雖然纖維素存在于某些真菌中,但許多真菌的細(xì)胞壁不含纖維素。幾丁質(zhì)是許多真菌細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)物質(zhì),它存在于微纖絲束內(nèi),類(lèi)似于纖維素。其它的葡聚糖,如甘露聚糖、半乳聚糖和氨基葡萄糖可替代幾丁質(zhì)存在于某些真菌的細(xì)胞壁中,真菌的細(xì)胞壁通常含80%～90%的多糖。在重金屬的吸附過(guò)程中,起主要作用的是幾丁質(zhì)和葡聚糖[1113]。 真菌對(duì)重金屬的吸附。盡管真菌都具有較強(qiáng)的吸附重金屬的能力,但不同的真菌其吸附能力也不同。來(lái)自于釀酒廠的廢菌體啤酒酵母,它可以吸附多種重金屬離子和放射性核素,而且水中的一些常見(jiàn)的離子K+、Na+、Ca+、Mg2+及鹽度對(duì)吸附的影響很小或不影響[14,22]。曲霉屬的一些真菌菌株,對(duì)多種重金
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