非活性深紅酵母吸附重金屬Pb2+的研究.pdf

1、現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展產(chǎn)生了大量含重金屬廢水,對水體造成了嚴重污染,對環(huán)境和人體健康造成嚴重危害。酵母是一類重要的工業(yè)微生物,在食品和飲料工業(yè)中應用廣泛,利用其作為生物吸附劑,不僅可以降低吸附劑的生產(chǎn)成本,還可以減少發(fā)酵工業(yè)中生物殘渣的處理費用,具有較好的經(jīng)濟、環(huán)境效益。本文討論了深紅酵母(Rhodotorula rubra)對重金屬離子Pb2+的吸附。
　　非活性深紅酵母對重金屬離子Pb2+的吸附過程受到酵母加入量的影響,隨著酵母加

2、入量的增加,吸附率逐漸增加,而吸附量則逐漸減小。Pb2+溶液初始pH值是影響吸附的重要因素,當pH值低時,大量存在的H+使酵母細胞壁表面的官能團質(zhì)子化,不利于Pb2+的結(jié)合,吸附率隨之下降。初始濃度為吸附質(zhì)克服固液兩相間的質(zhì)量傳遞阻力提供了重要的驅(qū)動力,隨著初始溶液濃度的增加,吸附量升高、吸附率減小。在25℃~45℃范圍內(nèi),溫度對吸附的影響不顯著。動力學研究表明,深紅酵母對Pb2+的吸附速度較快,由前期的快速吸附(5min)和后期的慢速

3、吸附(2h)兩個階段組成,吸附在2 h時基本達到平衡,可以用Elovich方程對其吸附動力學進行描述,擬合相關(guān)系數(shù)為0.97;在25 mg/L-150 mg/L濃度范圍內(nèi),也可用準二級速率方程描述深紅酵母對Pb2+的吸附行為。生物吸附平衡可采用Langmuir方程、Freundlich方程及Dubinin-Radushkevich方程來擬合,擬合結(jié)果較為理想,相關(guān)系數(shù)均接近0.99。本實驗中通過二級動力學方程擬合,并結(jié)合Arrheniu

4、s公式計算得深紅酵母對Pb2+吸附活化能為21.56 kJ/mol;以Langmuir方程擬合并計算得到ΔG0<0,ΔH0=13.926 kJ/mol,說明非活性深紅酵母對Pb2+的吸附能自發(fā)進行。通過吸附Pb2+前后的紅外光譜及X射線光電子能譜分析進一步證實,非活性深紅酵母細胞對Pb2+的吸附是一個以物理吸附為主,并伴隨有化學吸附的過程。
　　不同解吸劑對Pb2+離子的解吸效果有所差異,酸類的解吸效果優(yōu)于鹽類。鹽酸作為解吸劑,解

5、吸率可以達到95％。在H+濃度大于Pb2+濃度的情況下,鹽酸濃度和加入量對解吸效果的影響很小,0.1 mol/L鹽酸即可達到解吸要求。解吸正交實驗表明,溫度對解吸影響不大,解吸時間是最顯著影響因子。解吸是一個快速反應過程,前5min即達到了最大解吸量的83％,在30min左右解吸基本達到平衡。解吸附過程可以用準二級速率方程來描述,擬合相關(guān)系數(shù)為0.8455。
　　海藻酸鈉包埋法制得的吸附小球,其理化性能較好。本實驗采用2％海藻酸鈉

6、與0.5％明膠的混合材料包埋干酵母,經(jīng)5次吸附-解吸循環(huán)后其機械性能基本保持不變,并仍有95％的吸附率和85％的解吸率。改變明膠含量對固定化酵母的吸附性能影響不大,但是可以提高固定化小球的機械性能。固定化小球的吸附速度較快,在反應的前5min即達到了最大吸附量的90％,吸附在20min左右達到平衡,吸附率達到約100％,相對于未包埋的酵母,包埋后吸附小球吸附平衡時間縮短、吸附率與吸附量增加。隨著吸附小球粒徑的加大,吸附材料比表面積減小,

7、吸附效率降低;在50mg/L~1500 mg/L的初始濃度范圍內(nèi),準二級動力學方程對固定化酵母吸附Pb2+的動力學過程都具有很好的擬合度(R2均在0.95以上),Elovich方程更適用于高濃度區(qū)間(1000mg/L以上);吸附平衡與Freundlich等溫式具有極好的擬合關(guān)系,相關(guān)系數(shù)為0.9979,說明吸附不能簡單的描述為單分子層的均相過程,而可能是一個包含內(nèi)擴散過程的非均相擴散吸附。
　　應用本實驗室自行設(shè)計的流化床反應器(

8、直徑D=3cm)對Pb2+進行動態(tài)吸附,取得了較好的效果。在反應器填充高度為30cm、流速為0.3L/h時,對初始濃度為100mg/L的Pb2+溶液處理效果較好,此時處理重金屬溶液體積為反應器的16倍,出口處Pb2+濃度可控制在5mg/L以下,吸附率達到95％,固定化酵母的利用率可達65.29％。隨著初始濃度的增加(從50mg/L增加至100mg/L),固定化酵母的利用率增加,但當流速一定時(0.3L/h),過高的Pb2+離子濃度(﹥1