重金属离子的生物吸附容量与离子性质之间的关系

利用金属离子毒性评价和预测领域中的QSAR方法,探讨了重金属离子性质对生物吸附容量的影响．选用啤酒工业废弃的酿酒酵母为生物吸附剂,进行了10种金属离子Ag^＋,Cs^＋,Zn^＋,Pb^2＋,Ni^2＋,Cu^2＋,CO^2＋,Sr^2＋,Cd^2＋,Cr^3＋的生物吸附实验．选用22种参数来表征金属离子的物理化学性质,建立了金属的离子特性与生物吸附容量之间的关系．利用Langmuir方程计算得到酵母吸附金属离子的理论最大吸附量qmax,由大到小排序为Pb^2＋〉Ag^＋〉Cr^3＋〉Cu^2＋〉Zn^2＋〉Cd^2＋〉Co^2＋〉Sr^2＋〉Ni^2＋〉Cs^＋．离子性质与吸附量之间的线性拟合分析结果表明,共价指数Xm^2r与qmax具有良好的线性关系,共价指数越高,离子吸附量越大,金属离子与吸附剂表面官能团共价结合所占比重越大,键结合越牢固．对金属离子进行分类（按价态或离子的软硬性质）可以改善拟合效果．极化力Z^2／r、水解常数｜lgKOH｜、电离势,尸等多种物化性质与不含软离子的离子之间的理论最大吸附量也表现出良好的线性关系．     

Ni2+生物吸附动力学及吸附平衡研究

研究了金属离子Ni2 在酿酒酵母上的生物吸附特性,内容包括生物吸附动力学和吸附等温线.生物吸附动力学结果表明,当Ni2 初始浓度为65.6 mg/L时,Ni2 在酿酒酵母上的生物吸附可以分为2个阶段,第1阶段为物理吸附,在10 min内快速达到平衡.Ni2 在酵母上的吸附过程可以很好地用准二级动力学方程来描述(R2=0.999),动力学参数k2为0.0184g/(mg·min),qe为5.96 mg/g.吸附等温线结果表明,Ni2 在酿酒酵母上的生物吸附可以用Langmuir和Freundlich方程来描述,最大吸附量qmax为6.32 mg/g.酿酒酵母可用于处理低浓度的含Ni2 废水.     

3类金属离子对活性污泥吸附水体腐殖酸的影响

研究了3类金属离子对活性污泥吸附水体腐殖酸效果的影响.结果表明,盐类金属离子(Na )、硬度金属离子(Ca2 、Mg2 )和水解金属离子(Al3 、Fe3 )均能在一定程度上提高吸附效率.作为活性污泥助凝剂,以大于10-2mol/L硬度离子的促进效果为好.加入10-2mol/L Ca2 、Mg2 48 h后溶液中的腐殖酸浓度分别为(0.64±0.17)mg/L和(2.32±0.40)mg/L,其去除率分别为98.4%和94.2%;当加入10-1mol/L Ca2 、Mg2 48 h后,其去除率均接近100%,而且Ca2 离子促进作用要优于Mg2 .盐类金属离子、硬度金属离子、水解金属离子提高活性污泥吸附腐殖酸的主要作用机理可能分别是压缩双电层、架桥作用、吸附共沉淀.同时,投加金属离子也可能使活性污泥上的吸附位性质改变或失效,对腐殖酸的吸附有一定的负面影响.     

球形棕囊藻对Pb2+的吸附动力学

研究了球形棕囊藻对金属离子Pb2+在球形棕囊藻上的生物吸附特性.结果显示,Pb2+在球形棕囊藻上的生物吸附可以分为2个阶段,第1阶段为物理吸附,在10min内快速达到平衡;第2阶段为金属离子向藻内部的迁移,过程缓慢.通过拟合得到了吸附过程的准二级动力学方程,参数k为0.0025 g·mg-1·min-1,qe为19.8 mg·g-1.吸附等温线结果表明.Pb2+在球形棕囊藻上的生物吸附可以用Langmuir来描述,最大吸附量qmax为20.2 mg·g-1.     

酿酒酵母对Ag^＋的吸附特性研究

为了深入探讨酿酒酵母吸附贵金属离子Ag+的特性,研究了吸附时间、离子浓度、初始pH值、温度对废弃酿酒酵母吸附Ag+的影响,并分析了动力学、热力学以及等温吸附特性.结果表明,酵母吸附Ag+的过程进行得很快,当Ag+初始浓度为1mmol·L-1、细胞浓度2 g·L-1条件下,反应10 min,Ag+可以达到平衡吸附量的86%以上.随后在24 h内吸附量缓慢增加,去除率基本维持在51%～55%左右.酵母吸附Ag+的过程可以用准一级和准二级动力学方程描述,后者模拟效果更好.酵母吸附Ag+的等温吸附过程可以用Langmuir方程描述,但Freundlich方程拟合效果较差.当Ag+初始浓度为0～8 mtool·L-1、酵母浓度2·L-1条件下,酵母吸附Ag+的Langmuir理论饱和生物吸附容量为0.385 mmol·g～.在pH 2.0-7.2范围内,吸附量随着溶液初始pH值升高而升高.10～40℃范围内,温度对酵母吸附Ag+的影响不如pH值的影响显著,特别是在低离子浓度下尤其如此.酵母吸附Ag+的较适宜温度为20～30℃.热力学分析表明,酵母吸附Ag+具有自发性、熵增特征.     

静电纺壳聚糖/聚乙烯醇纳米纤维膜对Cu~(2+)、Ni~(2+)及Cd~(2+)的吸附特性

采用SEM、FTIR、XRD、BET等技术对静电纺丝制得的吸附材料壳聚糖/聚乙烯醇(CS/PVA)纳米纤维膜进行表征,并通过对模拟重金属离子废水的吸附实验,系统考察了溶液pH、重金属离子(Cu2+、Ni2+及Cd2+)初始浓度和反应温度对吸附的影响.结果表明,在外加电压25kV、接触距离15.0 cm、纺丝速度0.15 m L·h-1的条件下,可制得CS/PVA质量比为20/80的连续无缺陷的平均直径76.31 nm、比表面积219.4m2·g-1的纤维膜.CS/PVA纳米纤维膜对重金属离子的吸附在2 h内达到平衡,其吸附容量随着温度的升高而升高,随着初始浓度的增大而增大,随着pH值的升高而提高,在pH=5.5时达到最大.在25℃和pH=5.5的条件下,用CS/PVA纳米纤维膜吸附浓度100 mg·L-1的Cu2+、Ni2+和Cd2+溶液,吸附容量分别为98.65、116.89和124.23 mg·g-1,且对重金属吸附无选择性.吸附过程符合Langmuir和Freundlich等温吸附模型,吸附动力学同时匹配准一级动力学模型和准二级动力学模型.热力学参数(ΔG、ΔH和ΔS)计算结果表明,CS/PVA纳米纤维膜对重金属离子的吸附是自发的吸热反应.     

咪唑类离子液体毒性的QSAR/QSPR研究

离子液体因其独特的物化性质广受关注,被誉为"新一代绿色溶剂".用定量结构-性质/活性相关(QSAR/QSPR)方法建立了43种咪唑类离子液体毒性的多元线性回归预测模型,并用10种物质进行了外部测试.模型中包含了启发式算法筛选出的6个结构描述符,其统计数据分别为R2=0.921,R2CV=0.894,F=70.35,S2=0.098,外部测试集的R2=0.952.结果表明,该模型具有良好的可靠性,可用于咪唑类离子液体的毒性预测.     

高分子改性黄原胶/羟基磷灰石复合水凝胶的制备及其吸附金属离子性能

以黄原胶为接枝骨架,丙烯酸为单体,羟基磷灰石为无机组分,通过氧化还原聚合反应,制备了高分子改性黄原胶/羟基磷灰石复合水凝胶(XG-g-PAA/HAP).红外光谱和扫描电镜表征发现,在低温条件下(50℃)成功制备了XG-g-PAA/HAP.将XG-g-PAA/HAP用作水体重金属离子吸附剂,结果表明:当pH1时,XG-g-PAA/HAP吸附容量较小,随着pH增大,吸附容量快速增大,当pH4时,吸附容量达到平衡;90%以上的金属离子在30 min内可被清除.当[Cu~(2+)]=300 mg·L~(-1)和[Pb~(2+)]=600 mg·L~(-1)时,XG-g-PAA/HAP吸附容量达到最大值.重复吸附-脱吸附5次后,吸附容量仍可保持初始的80%,所制备的XG-g-PAA/HAP有望成为一种有效的水体重金属离子吸附剂.     

定量预测多氯联苯的贝类净化

以量子化学参数为描述符,应用偏最小二乘法(PLS)对多氯联苯(PCBs)在淡水贝类Elliptio complanata体内的净化速率常数(k_d)进行了模拟分析,获得一个五参数定量结构-活性相关(QSAR)模型.模型的交叉验证相关系数(Q_cum2)和标准偏差(SD)分别为0.871和0.112,表明其具有较高的预测能力和可靠性. 模型中具有重要意义的参数包括平均分子极化率(α),分子量(M_w),核核斥能(CCR)和总能(TE). 这些参数表明,偶极-诱导偶极作用和色散力是影响贝类Elliptio complanata净化PCBs的主要因素.      

沸石分子筛的碱改性及其吸附去除水中铜离子

考察了市售ZSM-5沸石分子筛的碱改性及其吸附去除水中重金属离子Cu2+的效果。研究结果表明,碱改性可有效提高材料吸附容量,经0.40 mol/L氢氧化钠碱改性效果最好。以碱改性分子筛为研究对象,研究其吸附动力学及吸附等温过程,结果表明:吸附过程符合假二阶动力学模型;吸附等温线符合Langmuir等温模型,极限吸附容量达40.49 mg/g。考察投加量、干扰离子等影响因素对碱改性分子筛吸附去除Cu2+离子的影响,对于初始浓度50 mg/L的Cu2+离子,改性材料投加量为0.4~2.4 g/L时,吸附去除率随投加量的增大而增大;当投加量大于1.6 g/L时,对铜离子去除率均在97%以上。当干扰离子Na+、K+、Mg2+、Pb2+与Cu2+离子共存时,Pb2+的干扰影响最大,去除率由不加干扰离子时的98.3%下降至56.5%。此外,采用BET和XRD手段对改性前后的材料进行了表征,并对改性机理进行了探讨。     

海洋赤潮生物原甲藻对重金属的富集机理

为了探讨海洋赤潮生物原甲藻及其藻壁多糖的重金属富集机理,用赤潮生物海洋原甲藻Prorocentrum micans活藻体和甲醛杀死的藻体分别进行重金属离子Cu²⁺、Pb²⁺、Ni²⁺、Zn²⁺、Ag⁺、Cd²⁺的生物吸附实验.重金属生物吸附动力学研究表明,吸附过程可在30min内完成,pH对吸附的影响较大,适宜范围是5.0以上.用热水法提取的藻体多糖对上述6种离子的混合液吸附量约为藻体的5倍,比较藻体与多糖对6种离子的吸附结果可知,藻体对金属离子的吸附主要是藻壁多糖的作用,红外研究表明,-OH和-CONH₂基是吸附的活性中心.机理研究对于利用赤潮生物进行重金属废水处理、赤潮的化学治理以及研究海水中重金属离子的迁移转化规律有重要的意义.     

Immobilization study of biosorption of heavy metal ions onto activated sludge

Activated sludge was immobilized into Ca-alginate beads via entrapment, and biosorption of three heavy metal ions, copper(Ⅱ), zinc(Ⅱ), and chromimum(Ⅱ), from aqueous solution in the concentration range of 10-100 mg/L was studied by using both entrapped activated sludge and inactivated free biomass at pH≤5. A biphasic metal adsorption pattern was observed in all immobilized biomass experiments. The biosorption of metal ions by the biosorbents increased with the initial concentration increased in the medium. The adsorption rate of immobilized pre-treated activated sludge(PAS) was much lower than that of free PAS due to the increase in mass transfer resistance resulting from the polymeric matrix. Biosorption equilibrium of beads was established in about 20 h and the adsorbed heavy metal ions did not change further with time. No significant effect of temperature was observed in the test for free biomass while immobilized PAS appeared to be strong temperature dependent in the test range of 10 and 40℃.Besides, the content of activated sludge in the calcium alginate bead has an influence on the uptake of heavy metals. The sorption equilibrium was well modeled by Langmuir isotherm, implying monomolecular adsorption mechanism. Carboxyl group in cell wall played an important role in surface adsorption of heavy metal ions on PAS.     

Biosorption of copper and zinc by immobilised and free algal biomass, and the effects of metal biosorption on the growth and cellular structure of Chlorella sp. and Chlamydomonas sp. isolated from rivers in Penang, Malaysia

In this study, the biosorption of copper and zinc ions by Chlorella sp. and Chlamydomonas sp. isolated from local environments in Malaysia was investigated in a batch system and by microscopic analyses. Under optimal biosorption conditions, the biosorption capacity of Chlorella sp. for copper and zinc ions was 33.4 and 28.5 mg/g, respectively, after 6 hr of biosorption in an immobilised system. Batch experiments showed that the biosorption capacity of algal biomass immobilised in the form of sodium alginate beads was higher than that of the free biomass. Scanning electron microscopy and energy-dispersive X-ray spectroscopy analyses revealed that copper and zinc were mainly sorbed at the cell surface during biosorption. Exposure to 5 mg/L of copper and zinc affected both the chlorophyll content and cell count of the algal cells after the first 12 hr of contact time.     

4种金属离子对高岭土胶体上蒽分布的影响

在水/土比10、180r/min振荡和室温28℃条件下,研究Fe3+、Cu2+、Zn2+、Ca2+对高岭土上蒽分布的影响.结果表明,高岭土对Fe3+、Cu2+、Zn2+、Ca2+的吸附平衡时间和平衡浓度分别为24h和(20 ± 3)mg/g.当金属离子负荷330mg/g时,上清液中高岭土胶体最低浓度为(40 ± 3)mg/L.添加Fe3+时,总胶体浓度从52mg/L增加到133mg/L;添加Cu2+或Zn2+时,总胶体浓度从52mg/L增加到110mg/L;添加Ca2+时,总胶体浓度从52mg/L增加到73mg/L.上清液中蒽浓度增加趋势与上清液中总胶体浓度的变化趋势一致,添加Fe3+时,蒽浓度从30ng/L增加到73ng/L;添加Cu2+或Zn2+时,蒽浓度从28,35ng/L增加到65,66ng/L;添加Ca2+时,蒽浓度从40ng/L增加到50ng/L.上清液中蒽浓度的增加趋势与所添加的金属电荷密度高低顺序一致(Fe3+ > Cu2+、Zn2+).在pH值为6.5时,Ca2+对增加上清液中蒽浓度能力最弱.     

微生物絮凝剂对高浓度重金属离子废水絮凝作用研究

文章研究了胶质芽孢杆菌(Bacillus mucilaginosus)产生的微生物絮凝剂(MBF)对高浓度重金属离子模拟废水的絮凝作用。采用的方法是将10mLMBF分别加入到100mL含Fe3+、Al3+、Pb2+、Zn2+、Ca2+和Mg2+的模拟废水中,分析MBF对不同重金属离子(浓度范围100~1000mg/L)模拟废水的絮凝作用。结果表明,不同重金属离子模拟废水经MBF处理后,出现明显不同的絮凝现象;随着废水重金属离子浓度增大,絮凝处理效率降低;废水经MBF处理后pH值比原水pH值下降。研究结果为进一步研究微生物絮凝剂处理含重金属离子废水提供参考资料。     

青霉菌和镰刀菌对重金属Cd~(2+)、Cu~(2+)、Zn~(2+)和Pb~(2+)的吸附特性

研究了青霉菌和镰刀菌对重金属Cd2+、Cu2+、Zn2+和Pb2+的吸附特性,探讨了复合重金属和不同培养基对菌株吸附能力的影响.同时,采用察氏液体培养基(CDM)和马铃薯葡萄糖培养基(PDB)接种菌株,对不同种类和浓度的重金属进行吸附实验.结果表明,青霉菌和镰刀菌对Cd2+、Cu2+和Zn2+的吸附率随金属浓度的升高而下降,吸附量随金属浓度的增加先增大后减小;当浓度增加到较高值(300mg·L-1)时,Pb2+的吸附率开始下降,吸附量先逐渐增加后变化不大.菌丝体对重金属的吸附能力表现出一定的差异性,对Pb2+的吸附率和吸附量明显高于其他3种金属,CDM培养青霉菌对300mg·L-1Pb2+的最大吸附量达到34.80mg·g-1.多种重金属的复合抑制了菌丝体对重金属离子的吸附.不同菌丝体对复合重金属的吸附量差异性较大,PDB培养混合菌体对重金属离子的吸附率和吸附量均较大,并有明显的促进作用.CDM培养菌丝体对Pb2+的吸附量均高于PDB培养菌丝体.     

竞争干扰对轮叶黑藻吸附Pb(Ⅱ)的影响

沉水植物处理低浓度重金属废水是一项清洁和廉价的技术.主要研究了不同初始浓度和pH条件下,轮叶黑藻鲜样在单一、二元和三元金属离子体系中对铅离子的生物吸附特征.在单一金属离子体系中,不同pH值条件下的实验结果表明,pH值在2.0～6.0间变化时,轮叶黑藻对铅的吸附能力随pH值升高而增强,当初始铅浓度为250 mg/L和pH...     

附着剑菌对三氯联苯的吸附及降解机制研究

实验研究附着剑菌(Ensifer adhaerens.R2)对持久性有机污染物三氯联苯(2,4,4′-TCB,PCB28)的去除机制,探究菌株对2,4,4′-TCB的生物吸附和生物降解作用,以及其随时间、pH值、温度、菌体密度、金属离子(Ca2+、Mg2+)的变化.灭活菌体对PCBs的去除机制为生物吸附,吸附率在2h基本达到平衡,为85.97%;活体菌株可以通过生物吸附及生物降解作用去除2,4,4′-TCB,在本次实验周期内主要以吸附作用为主,2h吸附率为60.59%,明显高于降解率的12.90%.单因素条件下,pH值为6.0、35℃、OD为0.8、添加1mol/L的Ca2+、Mg2+处理可使活菌对2,4,4′-TCB的吸附达到最优;pH值为7.5,30℃,添加0.05mol/L的Ca2+、Mg2+处理可使活菌对2,4,4′-TCB的降解达到最优.     

沟戈登氏菌对重金属的生物吸附-浮选和解吸性能

用沟戈登氏菌作吸附剂,研究了采用生物吸附-浮选和解吸法从水溶液中去除和回收重金属的过程,并对生物吸附浮选机理进行了分析.结果表明,沟戈登氏菌对各种重金属离子的选择性为Hg>Pb>Cu,但菌细胞对Cu的吸附能力最高.NH₄⁺的加入对吸附Pb²⁺有促进作用,而K⁺、Na⁺、Ca²⁺和Mg²⁺共存离子的加入会对吸附过程有明显的抑制.当加入DA17.5mmol/L,pH为9.5时,Pb²⁺和菌细胞的去除率分别能够达到93%和96%,经无水Na₂CO3的₃次吸附、浮选和解吸处理后,它们的去除率仍然能够达到94%和97%.动电位和红外光谱分析结果表明,沟戈登氏菌的自然等电点为3.50,吸附Pb2+后增为4.02,与DA作用后降至3.02,吸附过程与细胞壁上的羧酸基团和乙酰胺基团有关,浮选过程则是有静电力、氢键、离子交换和化学络合等过程的协同作用.扫描电镜观察显示,吸附Hg²⁺后,菌细胞表明粘附有絮状物,菌体形状变得不规则.