吸附-降解组合生物系统处理含铜离子城市污水

采用Pseudomonas putida 5-x细胞为吸附剂的生物吸附过程组合SBR生物降解系统处理含铜离子城市废水.研究了生物吸附剂Pseudomonas putida 5-x细胞的最佳制备条件以及组合系统的运行过程.实验结果表明,在优化的条件下,Pseudomonas putida 5-x细胞对铜离子的吸附容量可达87.3mg·g^-1,经生物吸附处理后,污水中Cu²⁺的含量显著降低,尽管残留的Cu²⁺对活性污泥吸附COD的能力尚有一定影响,但已不影响SBR系统对废水中COD的去除效果.研究表明,在活性污泥法处理含铜离子废水前,采用生物吸附技术降低废水中Cu²⁺含量,有利于提高后续活性污泥过程对COD的去除能力.     

沉水植物轮叶黑藻和穗花狐尾藻对Cu2+的等温吸附特征

研究了沉水植物轮叶黑藻和穗花狐尾藻对Cu²⁺的吸附等温线,分别采用了线性和非线性2种方法拟合吸附等温线,并比较分析2种方法的拟合效果和适用性.结果表明:①在采用等温吸附模型比较和评价不同生物吸附剂的性能时,不能仅仅根据R²和χ²的大小进行拟合方程的适用性比较.为了获得更为真实可靠的拟合结果,在实践中可以利用线性和非线性方法分别进行拟合,而每一种拟合方法也要同时采用多种模型,在对多个拟合结果比较的基础上选择更符合实验数据的吸附模型;②在本实验中,沉水植物轮叶黑藻和穗花狐尾藻吸附Cu²⁺的行为更符合Langmuir模型,而Freundlich模型特别是其线性表达式的计算值与实验数据的误差较大;③沉水植物中粗纤维素占干物质的比重是影响其吸附容量的重要因素之一,其细胞壁上多糖的—OH和—CONH₂可能是吸附的活性中心;④根据Langmuir模型线性拟合参数q_m,轮叶黑藻、穗花狐尾藻对Cu²⁺的最大吸附量分别为21.55 mg/g和10.80mg/g,其吸附Cu²⁺的最大活性比表面积分别为3.23m²/g和1.62m²/g.     

轮叶黑藻对铅的吸附特征及生物吸附机理研究

研究了轮叶黑藻对重金属铅的吸附特征,同时对吸附机理进行探讨.动力学研究结果表明,轮叶黑藻对铅有较快的吸附能力,10min后铅的去除率达到74.54%;20min后,吸附达到平衡.整个吸附过程符合伪二级动力学方程(R2=0.9910).Sips和Langmuir模型相比Freundlich而言,有着较好的拟合效果,表明轮叶黑藻对重金属铅的吸附属于单层吸附,相邻铅离子间的相互干扰可以忽略不计.红外光谱分析表明:轮叶黑藻叶片富含多种活性基团,羟基、羰基和羧基、C–O及C–N为主要作用基团.吸附铅后,轮叶黑藻叶片内K、Na、Ca、Mg含量明显下降,表明铅离子因产生离子交换而被吸附,且铅离子更易与二价的Ca和Mg产生离子交换.     

核桃青皮生物炭对重金属的吸附效应分析

以核桃青皮为原料,分别在300、500和700℃的条件下经过限氧热解制备了核桃青皮生物炭WP300、WP500和WP700,并应用于溶液中Pb²⁺、Cu²⁺和Cd²⁺的吸附去除.结果表明,中等热解温度下的WP500具有最高的重金属吸附性能,且在溶液初始pH为8时吸附效果最佳,对Pb²⁺、Cu²⁺和Cd²⁺的去除率分别为97.87%、99.78%和71.15%.不同吸附体系下所需的生物炭投加量不一致,在单一金属体系中,WP500对Pb²⁺、Cu²⁺和Cd²⁺的最佳投加量为1.3、2.1和1.9 g ·L^-1,而在复合污染体系下,生物炭最佳投加量为5.1 g ·L^-1.此外,在单一和复合重金属反应体系中,WP500对3种重金属的吸附量均呈现出Pb²⁺>Cu²⁺>Cd²⁺的规律,且在竞争吸附条件下,3种吸附质之间不存在协同或拮抗作用.等温吸附模型拟合结果显示,WP500对Pb²⁺、Cu²⁺和Cd²⁺的固定方式较为多元,而动力学拟合结果则证明了WP500与Pb²⁺、Cu²⁺和Cd²⁺之间主要是化学吸附.分析表明核桃青皮生物炭对3种重金属的吸附机制涉及孔隙填充、静电吸附、离子交换、矿物沉淀、官能团络合和π-π电子供体-受体相互作用.本研究为核桃青皮的资源化利用提供了一种新的视角.     

纳米Fe3O4负载的浮游球衣菌去除重金属离子的工艺研究

以纳米Fe₃O₄负载浮游球衣菌（Sphaerotilus natans）制备复合生物吸附剂,对此吸附剂进行表征并考察了其吸附水中重金属离子的性能.红外光谱分析表明,此复合生物吸附剂表面的主要活性基团为酰胺基（—CONH—）和羟基（—OH）.吸附性能研究表明,菌含量和流量是影响复合生物吸附剂吸附重金属离子的主要因素,在Cu²⁺初始浓度c₀<20 mg/L,菌含量1.5 g/L（菌/ Fe₃O₄＝3∶2）,流量0.96 L/h 时吸附剂对Cu²⁺的吸附效果最好;用稀盐酸对复合生物吸附剂进行再生,吸附剂可重复使用10次以上,再生液可重复使用3次; 吸附选择性为：Pb²⁺ > Cu²⁺ > Zn²⁺>Cd²⁺.     

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.     

不同炭基两性黏土对紫色土吸附Cu2+的影响

为了探究不同炭基两性黏土材料对紫色土吸附Cu²⁺的影响,将0%、50%和100% CEC十二烷基二甲基甜菜碱（两性）修饰膨润土分别负载于旱生和水生空心莲子草生物炭上制得炭基两性黏土,然后将其以1%和2%（质量比）添加到紫色土中形成供试研究土样。批量处理法研究pH、离子强度和温度处理对各供试土样吸附Cu²⁺的影响,并分析最适环境条件下土样对Cu²⁺的等温吸附和热力学特征。结果表明：（1）pH在2~5范围内,各供试土样对Cu²⁺的吸附量均与pH呈正相关关系。随着离子强度的增大,供试土样对Cu²⁺的吸附量均先增加后减少,以0.1 mg/L最高。10℃~40℃范围内,土样对Cu²⁺的吸附均表现为增温正效应。（2）在pH=5,离子强度0.1 mg/L和40℃条件下,土样对Cu²⁺的吸附等温线符合Langmuir模型,最大吸附量（q_m）保持在160.79~247.12 mmol/kg之间。添加1%和2%炭基两性黏土后土样q_m分别为紫色土的1.35~1.74倍和1.57~2.02倍。选择旱生炭基两性黏土和2%材料添加比例下土样对Cu²⁺的吸附量较大。（3）热力学参数结果显示各供试土样对Cu²⁺的吸附是自发、吸热和熵增的反应过程。     

稻草生物炭对土壤中Cd2+和Pb2+的吸附特性

为了探究稻草生物炭对土壤中重金属Cd2+和Pb2+的吸附机制,采用水稻秸秆在500℃下热解制备稻草生物炭,设置不同吸附时间、Na+和Ca2+离子强度、pH等影响因素,拟合稻草生物炭对重金属的吸附动力学、吸附等温线;在此基础上,采用黄沙模拟土柱试验得出稻草生物炭固定Cd2+和Pb2+的穿透曲线,着重分析比较pH和Na+离子强度对稻草生物炭吸附固定重金属的影响.结果表明:在高pH、低离子强度下,稻草生物炭对重金属的吸附效果较好;当pH为6时,稻草生物炭对Pb2+、Cd2+的吸附效率分别为92.58%、63.36%;当离子强度为10 mmol/L时,稻草生物炭对Pb2+、Cd2+的最高吸附效率分别为97.58%、68.35%;准二级动力学模型能很好地拟合稻草生物炭对Pb2+、Cd2+的吸附规律,拟合系数（R2）均大于0.995 8,表明稻草生物炭吸附速率主要由化学吸附机制决定;此外,稻草生物炭对Pb2+的吸附规律适合采用Langmuir等温吸附模型进行描述,而对Cd2+的吸附规律采用Langmuir和Freundlich等温吸附模型均能进行很好的模拟,表明稻草生物炭对Pb2+的吸附是近似单分子层吸附,而对Cd2+的吸附存在多分子层吸附.由黄沙土柱模拟试验结果得出,稻草生物炭对Pb2+和Cd2+的滞留率随着pH的升高和离子强度的降低而增强.在Pb2+和Cd2+同时存在条件下,当pH为6、离子强度为1 mmol/L、稻草生物炭按黄沙质量的0.5%投加时,稻草生物炭对土柱中Pb2+、Cd2+的滞留效果最好.研究显示,高pH对稻草生物炭吸附固定重金属起到促进作用,而高离子强度对稻草生物炭吸附固定重金属起到抑制作用.      

可膨胀性层状粘土矿物对铜离子吸附机理的模拟研究

对 Cu-蒙脱石、Cu-蒙脱石的热产物及其复水产物进行了 XRD、EPR和 DTA研究 .在 Cu-蒙脱石的 EPR谱中同时记录到了 g=2 .1 4、g=2 .0 7(精细结构线 )、g～ 2 .7- 2 .2 (超精细结构线 ) 3组 Cu²⁺的信号 ,分别对应于蒙脱石层间水合铜离子、进入 Si-O四面体片复三方形孔洞和铝氧八面体空位中的 Cu²⁺,阐明了蒙脱石对重金属离子的吸附以交换吸附和专性吸附 2种方式进行 .     

深海适冷菌Pseudoalteromonas sp. SM9913胞外多糖对Pb2+和Cu2+的吸附性能研究

采用深海适冷菌Pseudoalteromonas sp. SM9913分泌的胞外多糖（EPS）分别对Pb²⁺和Cu²⁺进行吸附,研究了多糖用量、pH、吸附时间和共存离子对EPS吸附性能的影响及EPS对Pb²⁺和Cu²⁺的吸附热力学.结果表明,EPS对Pb²⁺和Cu²⁺的吸附量随EPS投加量的增加而减小.EPS对Pb²⁺和Cu²⁺的最佳吸附pH分别为4.5～5.5和4.5～6.0. EPS对Cu²⁺的吸附平衡时间为90　min,对Pb²⁺的吸附平衡时间则长达180　min.共存离子Ca²⁺、Mg²⁺、Na⁺、K⁺的加入均降低了EPS对Pb²⁺的吸附量,Ca²⁺、Mg²⁺的加入降低了EPS对Cu²⁺的吸附量,但低浓度的Na⁺和实验范围浓度的K⁺不仅没有降低反而增加了EPS对Cu²⁺的吸附量.Freundlich和Dubinin-Radushkevich方程均能较好地描述SM9913胞外多糖吸附Pb²⁺和Cu²⁺的热力学过程,由Dubinin-Radushkevich方程得到SM9913胞外多糖对Pb²⁺和Cu²⁺的最大吸附量分别为243.3 mg/g (10℃) 和36.7 mg/g (40℃).胞外多糖吸附金属离子前后的红外光谱分析表明,多聚糖中C—O—C、乙酰基和羟基是起主要吸附作用的官能团.     

苯胺黑药高效降解菌(Bacillus vallismortis)胞外聚合物去除重金属的研究

微生物胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances,EPS)在废水中重金属的吸附去除过程中起着非常重要的作用.苯胺黑药高效降解菌(Bacillus vallismortis)对苯胺黑药有良好的降解能力,但对其吸附重金属的性能研究还不充分.因此,本文采用3种方法提取苯胺黑药高效降解菌的EPS,主要考察了p H、温度、底物浓度和时间对重金属去除效果的影响.结果表明,热提法提取的效率较高;p H对金属离子吸附影响很大,当p H7时,随着p H变大吸附量逐渐升高,而温度对吸附量影响不大.EPS对Cu~(2+)、Zn~(2+)的去除为快速表面吸附过程,在第8 min时对Cu~(2+)、Zn~(2+)的去除率分别达到了90.7%、52.3%,EPS对Cu~(2+)、Zn~(2+)的吸附表观上符合拟二级动力学规律.在单一体系中,根据Langmuir方程计算出EPS对Cu~(2+)的最大吸附量为2.155 mg·mg-1,对Zn~(2+)的最大吸附量为0.508 mg·mg-1;Cu~(2+)吸附过程与Freundlich方程拟合效果较好,Zn~(2+)吸附过程与Langmuir方程拟合效果较好.红外光谱分析结果表明,EPS表面的羟基、氨基、酰胺基团、羧基和C—O—C基团都参与了吸附,且Cu~(2+)和Zn~(2+)的吸附位点基本一致,本文的研究结果对工程实践具有一定的理论指导意义.     

液/固体系Cu2+、Zn2+、Mn2+在硅藻土表面的吸附行为与特性

为了深入了解液/固体系Cu~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)在硅藻土表面的吸附行为与特性,为硅藻土在含重金属离子废水处理上的应用提供充分的理论依据,采用静态吸附试验对Cu~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)在硅藻土表面的吸附条件、性能、行为与特性进行了系统的研究.结果表明,硅藻土投加量和离子初始浓度对硅藻土吸附Cu~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)的影响均可归结为液/固比(液相离子与硅藻土的质量比)的影响,过高或过低的液固比均不利于吸附,硅藻土吸附Cu~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)所需的最佳液/固比分别为0.025、0.100和0.100.溶液初始pH值对硅藻土吸附Cu~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)的影响主要与溶液初始pH值与硅藻土等电点(2.0)之间的距离有关,接近或低于硅藻土等电点都不利于吸附,过高的pH值会使Cu~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)发生沉淀,也不利于吸附,硅藻土吸附Cu~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)所需的最适溶液初始pH值区间分别为4.0~6.0、4.0~7.0和4.0~7.0.溶液温度对硅藻土吸附Cu~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)的液膜扩散、颗粒扩散和吸附反应3个过程的影响不一致,导致对吸附量的影响无明显规律.硅藻土对Cu~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)的吸附分别符合Langmuir、Tenkin、Freundlish等温吸附模型,以物理吸附为主,吸附反应容易进行,在40 min达到平衡,吸附容量(25℃时)理论值分别为4.335、23.031、3.844 mg·g~(-1).吸附是自发的、吸热的、无序性增加,符合二级动力学模型.吸附速率的控制步骤为发生在孔道内部的吸附反应.     

老化微塑料对水体中重金属铜和锌的吸附行为研究

微塑料（Microplastics,MPs）在水环境中可以作为重金属载体,对金属离子的迁移和毒性效应产生较大影响.本文开展了紫外光老化后的聚丙烯（Polypropylene,PP）和聚乙烯（Polyethylene,PE）对两种重金属离子Cu²⁺和Zn²⁺在单一和二元复合体系中的吸附行为研究.通过拟一级和拟二级动力学模型研究发现,微塑料对重金属离子的吸附过程更符合拟二级动力学过程,利用Langmuir模型和Freundlich模型对吸附等温线结果进行拟合,结果表明,在单一体系中,相同老化条件下的PP相比PE对金属离子的平衡吸附量更高,且对Cu²⁺的吸附量均大于对Zn²⁺;在二元复合体系中,由于竞争吸附作用,MPs对重金属离子的吸附量小于在单一体系中的吸附量,且MPs对重金属离子的吸附过程更符合Freundlich模型,即吸附主要以多层吸附为主.吸附热力学研究表明,老化PP和PE微塑料对Cu²⁺和Zn²⁺的吸附行为属于自发吸热过程.微塑料PP和PE吸附前后对莱茵衣藻的毒性试验结果表明,微塑料存在均对藻类的生长有抑制作用,但吸附重金属后的微塑料对藻的生长抑制率有所降低.通过藻的酶活性（包括超氧化歧化酶（SOD）,丙二醛（MDA）和过氧化氢酶（CAT））的测定结果表明,微塑料对藻造成一定的氧化损伤,而吸附重金属后的微塑料的毒性作用下降.本论文可以为环境中微塑料存在下复合污染物的竞争吸附行为和联合生态效应研究提供理论依据.     

病死猪热解炭化物的特性及其对水中Cu2+的去除

研究了病死猪热解炭化物对水中Cu~(2+)的去除效果,并借助扫描电子显微镜、X射线光谱仪及傅里叶红外光谱仪等分析手段对病死猪热解得到的炭化物理化学性质进行了表征,分析了其微观结构及官能团.结果发现,病死猪热解炭化物内部具有大量孔状结构,表面出现了PO3-4等结构.最后,利用热解得到的炭化物对水中的Cu~(2+)进行处理研究,考察了初始p H值、反应温度、吸附时间等对水中Cu~(2+)去除效果的影响.结果表明,病死猪热解炭化物对水中Cu~(2+)的吸附效果较好,最佳初始p H值为5.0,温度的升高有利于热解炭化物对Cu~(2+)的去除.通过对实验数据进行动力学及吸附等温线分析,发现实验中使用的病死猪热解炭化物对Cu~(2+)的吸附动力学数据符合准二级吸附动力学方程,Langmuir模型能较好地描述Cu~(2+)在猪热解炭化物上的吸附行为.     

水介质中C60纳米晶体颗粒与Cu2+对小鼠腹腔巨噬细胞的复合毒性研究

为考察C60纳米晶体颗粒和Cu2+复合体系的生物毒性,本文以小鼠腹腔巨噬细胞RAW264.7作为受试对象,研究了C60纳米晶体颗粒物(n C60)和Cu2+对RAW 264.7的复合毒性影响.结果表明,当单独暴露n C6024 h,n C60浓度为6.6 mg·L-1时,细胞活性降低了45%,n C60浓度为9.9 mg·L-1时,细胞活性降低了70%,表现出剂量-毒性效应和时间-毒性效应.水中出现Cu2+可以降低n C60的细胞毒性,当Cu2+浓度为2 mg·L-1,n C60浓度为6.6 mg·L-1时,细胞的活性降低至25%,当Cu2+浓度为5 mg·L-1,n C60浓度为9.9 mg·L-1时,细胞的活性下降至15%.研究表明,n C60表面能够吸附Cu2+,并且吸附符合Langmuir吸附等温模型.n C60纳米晶体颗粒表面对Cu2+的吸附,可能是n C60对细胞毒性降低的重要原因.     

Biosorption of Cd2+ and Cu2+ on immobilized Saccharomyces cerevisiae

The biosorption of Cd²⁺ and Cu²⁺ onto the immobilized Saccharomyces cerevisiae (S. cerevisiae) was investigated in this study. Adsorption kinetics, isotherms and the effect of pH were studied. The results indicated that the biosorption of Cd²⁺ and Cu²⁺ on the immobilized S. cerevisiae was fast at initial stage and then became slow. The maximum biosorption of heavy metal ions on immobilized S. cerevisiae were observed at pH 4 for Cd²⁺ and Cu²⁺. by the pseudo-second-order model described the sorption kinetic data well according to the high correlation coefficient (R ²) obtained. The biosorption isotherm was fitted well by the Langmuir model, indicating possible mono-layer biosorption of Cd²⁺ and Cu²⁺ on the immobilized S. cerevisiae. Moreover, the immobilized S. cerevisiae after the sorption of Cd²⁺ and Cu²⁺ could be regenerated and reused.     

鲍希瓦氏菌吸附Au3+的影响因素及机理研究

吸附是生物回收贵金属的重要环节,本文考察了溶液p H、生物量、初始Au~(3+)浓度和温度对鲍希瓦氏菌吸附Au~(3+)的影响,研究了鲍希瓦氏菌吸附Au~(3+)的动力学和热力学特性,并初步探讨了吸附发生的可能机理.结果表明,p H明显影响鲍希瓦氏菌对Au~(3+)的吸附,最佳p H为2~3.在初始Au~(3+)浓度为115 mg·L~(-1)时,不同温度下90%的Au~(3+)可在10 min内被吸附,4 h后基本达到吸附平衡,且吸附容量随着温度的升高而增加.吸附符合Freundlich等温线模型(R2=0.954),最大吸附容量为148.7 mg·g~(-1).吸附动力学可用拟二级动力学方程描述(R2=0.999).热力学分析显示,鲍希瓦氏菌吸附Au~(3+)是自发的吸热过程.傅里叶红外和X射线光电子能谱分析表明,氨基、羧基和羟基是起主要作用的官能团,其中,质子化的氨基作用机理主要是静电吸附.     

支化聚乙烯亚胺功能化磁性纳米吸附剂的制备及对Cu2+的吸附研究

为解决水体中重金属Cu²⁺污染,本研究首先采用水热法制备得到超顺磁四氧化三铁纳米粒子,然后使用对Cu²⁺具有强络合作用的含有丰富氨基官能团的支化聚乙烯亚胺接枝到纳米粒子表面,得到Fe₃O₄@BPEI磁性纳米吸附剂。采用红外光谱（FTIR）、X射线粉末衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）等对其结构、尺寸及形貌进行表征。研究了不同吸附因素对吸附剂吸附Cu²⁺的影响,确定了最佳吸附条件,并通过吸附动力学模型和吸附等温线模型进一步探讨吸附机理。结果表明：支化聚乙烯亚胺成功接枝到四氧化三铁纳米粒子表面。最佳吸附条件为pH=6.0、吸附平衡时间为40 min、吸附剂用量为10 mg。通过实验数据拟合,Fe₃O₄@PEI吸附Cu²⁺的过程符合Langmuir等温吸附方程和拟二级动力学模型,表明吸附过程为化学吸附控制的单分子层覆盖,在303 K时,模型理论饱和吸附量为141.24 mg/g。表明支化聚乙烯亚胺修饰的磁性纳米吸附剂对Cu²⁺具有较强的吸附能力,对水体中Cu²⁺的去除具有一定的应用前景。     

嗜麦芽窄食单胞菌对铜镉的吸附特性与离子交换

研究了投菌量、金属浓度和戊二醛浓度对嗜麦芽窄食单胞菌吸附水体中Cu2+和Cd2+特性的影响,分析了重金属生物吸附、NO3-去除与菌体离子释放的关联,从离子吸附、交换、转化与释放的角度探讨了重金属生物吸附机制.结果表明嗜麦芽窄食单胞菌对Cu2+和Cd2+吸附性能良好,0.2 g·L-1干重菌体处理浓度为0.05 mmol·L-1的Cu(NO3)2和Cd(NO3)2溶液120 min后,Cu2+和Cd2+的吸附率分别达96.3%和83.9%.菌体对Cu(NO3)2和Cd(NO3)2溶液的吸附过程存在Cu2+和Cd2+的表面吸附与胞内运输、NO3-胞内积累、NO3-还原为NO2-等行为,而且Cu2+和Cd2+的胞内运输、NO3-积累和还原需要消耗能量,并会促进Cl-、PO43-、SO42-、Na+、NH4+、K+和Ca2+等离子的释放.红外光谱分析表明菌体酰胺基、羟基与羧基均参与了Cu2+和Cd2+的吸附.X-光电子能谱分析显示吸附后Cu2+和Cd2+的价态不发生变化.