毛木耳对Cd~(2+)、Cu~(2+)、Pb~(2+)、Zn~(2+)生物吸附的动力学和吸附平衡研究

以毛木耳(Auriculariapol ytricha)子实体为生物吸附材料,研究起始pH值、反应时间、重金属浓度这3个因素对毛木耳子实体吸附Cd2+、Cu2+、Pb2+、Zn2+的影响及其吸附特性.结果表明,pH是影响毛木耳子实体吸附重金属离子的主要因素,最适起始pH值为5;在10mg·L-1重金属浓度下,毛木耳子实体对Cd2+、Cu2+、Pb2+、Zn2+的最大吸附率分别为94.12%、96.22%、99.94%、99.19%;准二阶动力学模型比准一阶动力学模型能更好地描述毛木耳子实体对4种重金属的吸附过程;Langmuir等温模型能较好地拟合毛木耳子实体对4种重金属的等温吸附过程;毛木耳子实体对Cd2+、Cu2+、Pb2+、Zn2+的最大吸附量分别为10.09、8.36、23.57和3.64mg.g-1;毛木耳子实体吸附Cd2+、Cu2+、Zn2+的化学反应机理可能为离子交换反应.     

重金属在松花江沉积物中的竞争吸附行为及pH的影响

研究了复合污染的重金属体系(多元体系)中松花江沉积物吸附Hg2+,Cu2+,Pb2+,Zn2+和Cd2+的热力学和动力学特征,以及pH对重金属吸附量的影响. 结果表明:Langmuir吸附等温线可以很好地描述多元体系中沉积物吸附重金属的热力学过程,沉积物吸附5种重金属离子能力的顺序为Hg2+>Cu2+>Pb2+>>Zn2+> Cd2+. 在相同的条件下,与单一体系相比,多元体系中Pb2+,Zn2+和Cd2+吸附量减小的程度远远大于Hg2+和Cu2+,Pb2+,Zn2+和Cd2+的吸附量分别减少了31.9%,32.1%和68.1%. 一级动力学方程和Langmuir动力学方程可以较好地描述沉积物吸附Hg2+,Cu2+,Pb2+,Zn2+和Cd2+的动力学过程. 沉积物对5种重金属的吸附速率为Cd2+>Zn2+>Pb2+>Cu2+>Hg2+. 沉积物对Cu2+,Pb2+,Zn2+和Cd2+的吸附能力随pH的降低而减小,pH的降低造成锰氧化物的溶解,可能在一定程度上影响沉积物对重金属的吸附能力.      

环境中生物氧化锰的形成机制及其与重金属离子的相互作用

微生物参与形成的锰氧化物是环境中一种高活性的锰氧化物.研究表明,锰氧化菌主要通过分泌多铜氧化酶来氧化Mn(Ⅱ)而形成锰氧化物.微生物形成锰氧化物过程的主要初级产物是与δ-MnO₂或与酸性钠水锰矿类似的层状锰酸盐.生物氧化锰是环境中重要的吸附剂、氧化剂和催化剂.通过吸附、氧化作用,生物氧化锰影响着重金属离子在环境中的迁移转化,在重金属元素生物地球化学循环中起重要作用.研究锰氧化物的生物形成过程、生物氧化锰的结构特征及其与重金属离子之间的相互作用,对于了解生物氧化锰在重金属元素生物地球化学循环过程中的作用以及在重金属污染修复中的应用有着重要意义.本文综述了环境中生物氧化锰的形成机制、性质、结构特点及其吸附、氧化重金属离子的机制.     

应用红外方法探讨耐镉菌株高积累Cd2+的机理

从安徽某冶炼厂污染土壤中分离出一株能耐高浓度镉的菌株(J5),经初步鉴定为假单胞菌属(Pseudomonas sp.).该菌株在液体培养基中耐受40 mmol·L-1 CdSO4,在固体培养基上耐受75mmol·L-1 CdSO4.培养基中Cd2+、Zn2+、Pb2+、Cu2+浓度分别为100 mg·L-1和Mn2+浓度为275mg·L-1时,菌株生长正常.在重金属Cu2+、Pb2+、Zn2+、Mn2+存在时,采用红外光谱与原子吸收光谱分析菌株对Cd2+的积累,结果表明,在低浓度Cd2+溶液中菌株细胞对Cd2+的积累,主要靠细胞壁上-NH2与Cd2+配位结合;在高浓度Cd2+溶液中,细胞壁上-NH2、-OH、-COOH、-PO43-、-M-O(O-M-O)基团吸附Cd2+的能力显著.Mn2+可以增加细胞壁上有效官能团活性,提高Cd2+积累率;但当有Zn2+、Pb2+、Cu2+重金属离子共存时,即使有Mn2+存在,菌体对Cd2+吸附积累能力未见提高.     

市政污泥生物碳对重金属的吸附特性

采用市政污泥在300℃缺氧条件下制得污泥生物碳,研究了污泥生物碳添加量、溶液pH及吸附反应时间对溶液中Pb2+、Cu2+、Zn2+吸附效果的影响,并分析了各因素影响机制及污泥生物碳对重金属的吸附机理. 结果表明,污泥生物碳对溶液中重金属的去除率与重金属水合离子半径呈负相关,随着污泥生物碳添加量的增加,溶液中重金属的去除率不断增加,但单位吸附量总体上呈下降趋势. 重金属吸附量随溶液pH的增加而增大,当溶液初始pH为6.00时,污泥生物碳对溶液中Pb2+、Cu2+和Zn2+的吸附量最大,分别达42.941、25.769和12.484mg/g. 伪二级动力学方程可有效描述溶液中重金属离子在生物碳上的吸附过程,重金属在污泥生物碳表面的吸附主要受化学反应控制,Pb2+、Cu2+和Zn2+的平衡吸附量分别为39.747、6.849和10.004mg/g,达到吸附平衡的时间为Pb2+＞Zn2+＞Cu2+.      

无机-有机混合改良剂对酸性重金属复合污染土壤的修复效应

本研究首先通过土壤培养实验,研究了在"石灰+沸石"的基础上,配施不同无机磷、不同有机物对酸性重金属复合污染土壤的改良效果,从中筛选4个最佳改良剂配方,并设置两种改良剂浓度梯度,以空心菜为供试植物进行盆栽实验.土壤培养实验显示,在施加"石灰+沸石"的基础上,配施有机肥或(和)无机磷能够进一步提高土壤pH,降低土壤重金属Cd、Pb、Cu、Zn的有效态含量;蘑菇渣和猪粪对土壤中4种重金属的固化效果优于鸡粪,钙镁磷肥的效果优于羟基磷灰石和磷矿粉.盆栽实验发现,8种处理均显著增加了土壤pH和降低了Cd、Pb、Cu、Zn的有效态含量,其中,处理H1、H2、H4(即在4 g·kg~(-1)沸石+2 g·kg~(-1)石灰石+3 g·kg~(-1)钙镁磷肥(磷矿粉)基础上,配施4 g·kg~(-1)有机物(猪粪或蘑菇渣))改良土壤后,空心菜生长健康,其地上部Cd、Pb、Cu、Zn含量均可达到食品卫生标准.比较土壤中重金属的化学形态,改良剂可能通过增加土壤pH及与重金属发生沉吸、附淀、络合等一系列反应,促进重金属由可交换态向铁锰氧化物结合态转换,从而显著降低了土壤重金属的生物有效性和减少空心菜对重金属的吸收.     

垃圾渗滤液中溶解性有机物对土壤重金属吸附

垃圾渗滤液主要组分为重金属和大量的溶解性有机物(DOM). 选取我国北方具有代表性的褐土,通过不同pH(5～9)和温度 (15,25和35 ℃)下的等温吸附试验,研究了垃圾渗滤液中DOM对Cu, Cd, Pb和Zn 4种重金属在土壤中吸附行为的影响. 结果表明:DOM对Cu和Cd在土壤中的吸附促进作用较明显,对Pb有微弱的促进作用,对Zn的吸附影响不明显;改变pH,DOM对4种重金属在褐土中的吸附也表现出不同的影响,吸附平衡后土壤溶液pH变化差异明显;25 ℃下Cu在土壤中的吸附量高于15和35 ℃条件下;有DOM时,Cd, Zn和Pb在土壤中的吸附量随着温度的升高而增大.      

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.     

垃圾渗滤液中溶解性有机物对土壤重金属吸附行为的影响

垃圾渗滤液主要组分为重金属和大量的溶解性有机物(DOM).选取我国北方具有代表性的褐土,通过不同pH(5~9)和温度(15,25和35℃)下的等温吸附试验,研究了垃圾渗滤液中DOM对Cu,Cd,Pb和Zn 4种重金属在土壤中吸附行为的影响.结果表明:DOM对Cu和Cd在土壤中的吸附促进作用较明显,对Pb有微弱的促进作用,对Zn的吸附影响不明显;改变pH,DOM对4种重金属在褐土中的吸附也表现出不同的影响,吸附平衡后土壤溶液pH变化差异明显;25℃下Cu在土壤中的吸附量高于15和35℃条件下;有DOM时,Cd,Zn和Pb在土壤中的吸附量随着温度的升高而增大.     

美洲商陆生物炭对Zn、Pb、Cd和Cu的吸附特性分析

为探究美洲商陆生物炭对Zn、Pb、Cd和Cu的吸附特性,研究了溶液初始浓度和pH、吸附剂投加量、吸附温度、吸附时间等因素对其吸附效果的影响,并利用SEM、EDS以及XRD对生物炭进行表征。结果表明:该生物炭吸附重金属后其结构发生显著改变,且生物炭表面生成较多的金属化合物。4种重金属之间对该生物炭的吸附位点存在竞争关系,并且Pb、Cu具有更强的竞争力。大量H+的存在会抑制美洲商陆生物炭对Zn、Cd和Cu的吸附,但对Pb的吸附影响较小。在吸附剂投加量达到0. 2 g时,4种重金属均能得到充分的吸附,去除率接近100%。生物炭对Zn、Pb和Cd的吸附数据与Langmuir等温方程拟合的相关系数更大为0. 1651～0. 9657,但Cu的吸附数据与Freundlich等温方程拟合更好,相关系数为0. 4494～0. 9372。在吸附动力学方面,准二级动力学模型对4种重金属的吸附具有更好的拟合效果。美洲商陆生物炭对4种重金属均具有相对较强的吸附能力。     

Characterization and reactivity of biogenic manganese oxides for ciprofloxacin oxidation

Biogenic manganese oxides （BioMnOx） were synthesized by the oxidation of Mn（II） with Mn- oxidizing bacteria Pseudomonas sp. G7 under different initial pH values and Mn（II） dosages, and were characterized by X-ray diffraction, X-ray photoelectron spectroscopy, and UV-Vis absorption spectroscopy. The crystal structure and Mn oxidation states of BioMnOx depended on the initial pH and Mn（lI） dosages of the medium. The superoxide radical （O2） was observed in Mn-containing （III/IV） BioMnOx suspensions by electron spin resonance measurements. BioMnOx（0.4）-7, with mixed valence of Mn（II/III/IV） and the strongest O~- signals, was prepared in the initial pH 7 and Mn（II） dosage of 0.4 mmol/L condition, and exhibited the highest activity for ciproftoxacin degradation and no Mn（II） release. During the degradation of ciprofloxacin, the oxidation of the Mn（II） formed came from biotic and abiotic reactions in BioMnOx suspensions on the basis of the Mn（II） release and O2- formation from different BioMnOx. The degradation process of ciprofloxacin was shown to involve the cleavage of the hexatomic ring having a secondary amine and carbon-carbon double bond connected to a carboxyl group, producing several compounds containing amine groups as well as small organic acids.     

Adsorption of Pb, Cd to Fe, Mn oxides in natural freshwater surface coatings developed in different seasons

Metal oxides( Fe, Mn oxides) in natural surface coatings(biofilms and associated minerals) are believed to play a significant role n the fate and transport of trace metal in aquatic environments. Seasonal variation of Fe, Mn oxides and organic materials in surface oatings, which were developed periodically on glass slides in Nanhu Lake, Jilin Province, China over the time frame of three seasons,was investigated in order to understand the influence of metal oxides on Pb and Cd adsorption to heterogeneous surface coating materials(biofilm). Pb and Cd adsorption was measured under controlled laboratory conditions( mineral salts solution with defined speciation, ionic trength 0.05 mol/L, 25~C and pH 6.0). The classical Langmuir adsorption isotherm was applied to estimate equilibrium coefficients of Pb nd Cd adsorption to the surface coatings. In general, components in the surface coatings varied greatly with seasons altering and btained higher concentrations in summer while the content of iron oxides always exceeded that of manganese oxides. Correlation nalyses between the maximum adsorption of Pb and Cd and components in the surface coatings developed periodically indicated that Pb hase association with Mn oxides and Cd phase association with Fe oxides as well as Mn oxides were statistically significant. Effect of Mn xides on Cd adsorption was confirmed in view of its higher content in the surface coatings. The importance of ferromanganese oxides for b and Cd adsorption to the natural surface coatings developed in different seasons was evidenced.     

异化Mn(IV)还原菌激活及其对有机药物去除

以嘉陵江沉积物为菌源,利用荧光绝对定量（qPCR）技术探究了不同碳源（葡萄糖和乙酸钠）和不同形态的锰氧化物（δ-MnO₂和锰矿粉）对异化Mn（IV）还原菌激活效果的影响.在此基础上,研究了激活效果最佳的异化Mn（IV）还原菌对卡马西平、布洛芬、萘普生、雌激素和双氯芬酸5种有机药物的去除效果.结果表明,葡萄糖作为碳源,δ-MnO₂作为电子受体时激活效果最佳,Mn²⁺10d累计生成浓度达416.03mg/L,TOC消耗率达88.24%.激活后的异化金属还原菌在有无外加碳源时对卡马西平和布洛芬均无明显去除,对萘普生在外加碳源时能实现11.88%的去除.雌二醇和双氯芬酸可以作为异化Mn（IV）还原菌唯一碳源,其去除率可达75.70%和58.25%.     

微生物对沉积物主要化学组分吸附重金属能力的影响

通过松花江水中微生物与铁、锰氧化物和腐殖酸形成的复合物质的比表面积及吸附Pb、Cd能力的分析,探讨微生物对沉积物中主要化学组分理化性质的影响及机理.结果表明:锰氧化物的比表面积大于铁氧化物和腐殖酸,与微生物结合后比表面积均不同程度增加. 固体物质的比表面积与吸附Pb和Cd的能力并不完全一致,与它们对重金属的吸附机制不同有关.复合物质的的吸附能力并不符合加和模型,微生物的存在掩盖了铁、锰氧化物和腐殖酸表面部分官能团,造成了复合物质的吸附量小于各组分的吸附量之和.     

Scavenging of Cd through Fe/Mn oxides within natural surface coatings

The dynamics of Cd scavenging from solutions by Fe/Mn oxides in natural surface coatings （NSCs） was investigated under laboratory conditions. Selective extraction methods were employed to estimate the contributions of Fe/Mn oxides, where hydroxylamine hydrochloride （0.01 mol/L NH2OH-HCl ＋ 0.01 mol/L HNO3）, sodium dithionite （0.4 mol/L Na2S2O4） and nitric acid （10% HNO3） were used as extraction reagents. The Cd scavenging was accomplished with developing periods of the NSCs （totally 21 data sets）. The resulting process dynamics fitted well to the Elovich equation, demonstrating that the amount of Cd scavenged was proportional to the increments of Fe/Mn oxides that were accumulated in the NSCs. The amount of Cd bound to Fe oxides （MCdFe） and Mn oxides （MCdMn） could be quantified by solving two equations based on the properties of two extraction reagents. The amount of Cd scavenged by Fe/Mn oxides could also be estimated using MCdFe and MCdMn divided by the total amounts of Fe and Mn oxides in the NSCs, respectively. The results indicated that the Cd scavenging by Fe/Mn oxides was dominated by Fe oxides, with less roles attributed to Mn oxides. The estimated levels of Cd scavenging through Fe and Mn oxides agreed well with those predicted through additive-adsorption and linear-regression models.     

表层沉积物主要矿化组分对Mn(Ⅱ)的吸附特性与贡献

考察表层沉积物中主要矿化组分对Mn(Ⅱ)的吸附特性,能够更清楚地解释Mn(Ⅱ)在沉积物-水界面上的迁移转化机理. 以山东省即墨市王圈水库表层沉积物为例,采用化学选择性萃取方法将表层沉积物的主要矿化组分(Fe氧化物、Mn氧化物、有机质和黏土矿物)进行分离,研究这些矿化组分对Mn(Ⅱ)的吸附特性和贡献. 结果表明,表层沉积物中w(有机质)、w(TE-Fe)和w(TE-Mn)(TE-Fe、TE-Mn分别为总可萃取态Fe、Mn氧化物)分别为16.23、10.12和1.771 mg/g. Langmuir和Freundlich吸附等温方程均能较好地描述表层沉积物及其主要矿化组分吸附Mn(Ⅱ)的过程,Langmuir吸附等温方程拟合效果更好,相关系数达0.95以上. E-Mn、E-Fe(E-Mn、E-Fe分别为可萃取态、锰、铁氧化物)、有机质和黏土矿物对Mn(Ⅱ)的吸附能力分别为77 852.5、38 764.0、17 704.5和44.0 mg/g. 由于各主要矿化组分在表层沉积物中含量的差异,因此有机质的吸附贡献最大,为2.24 mg/g;其次是E-Fe和黏土矿物,分别为1.91和1.22 mg/g;E-Mn为0.62 mg/g.      

自来水厂细菌固定化除锰及其水质条件的研究

对自来水厂除锰细菌的３种固定化途径进行了实验分析。表明生态平衡的自固定化能够在短期内高效、稳定地除锰,通过控制运行参数和水质,把滤柱的除锰成熟期期短为５０ｄ。。     

Lead adsorption capacities of different components in natural surface coatings

Pb adsorption capacities of Fe oxide, Mn oxide and organic materials in natural surface coatings (biofilms and associated minerals) collected in three lakes, two ponds and a river in Jilin Province, China and Cayuga Lake in US were studied. A novel extraction technique was employed to remove one or more component(s) from the surface coatings. Pb adsorption to surface coatings before and after extraction was performed to determine the adsorptive properties of the extracted component(s). The statistical analysis of observed Pb adsorption was carried out using nonlinear least squares fitting (NLSF) to estimate the Pb adsorption capacity of each component of surface coatings. For each body of water, the estimated Pb adsorption capacity of Mn oxide( mol Pb/mol Mn) was significantly higher than that of Fe oxide( mol Pb/ mol Fe). The value of estimated adsorption capacities of organic materials with the unit mol Pb per kg COD was similar to or less than that of Fe oxides with the unit mol Pb per mol Fe. Comparison of components of surface coatings in different waters showed that the estimated Pb adsorption capacities of components in surface coatings developed in different natural waters were different,especially for Mn oxides.     

成熟锰砂表面细菌的分离及其氧化铁锰能力

从取自不同电厂成熟锰砂表面的活性滤膜中分离出7种细菌,经鉴定分别属于纤发菌属、球衣菌属、鞘铁细菌属.研究表明,这3个菌属的微生物对水中Fe2+都具有较好的去除效果,其中鞘铁细菌1号对铁的去除效果最好;纤发菌和鞘铁细菌对水中Mn2+都具有良好的去除效果,其中鞘铁细菌1号的去除能力最强,鞘铁细菌2号次之.将分别堵养的具有氧...