真菌生物吸附劑對水溶性染料的吸附研究.pdf

1、染料廣泛用于紡織、皮革、造紙、橡膠、塑料、化妝品和制藥等工業(yè)領域，因而有大量的染料廢水排放到環(huán)境中，導致自然水體的污染。染料分子具有復雜的芳環(huán)結構、難于生物降解，因而染料廢水是較難處理的工業(yè)廢水之一。本文利用絲狀真菌青霉菌為生物吸附劑，以活性艷紅、酸性大紅、中性紅和孔雀綠四種水溶性染料為吸附對象，系統(tǒng)地研究了該生物吸附劑的吸附性能。
　　試驗首先考察了菌體培養(yǎng)時間、振蕩速度、孢子接種量、碳氮比等培養(yǎng)條件對菌體吸附染料性能的影響。為

2、了改善菌體的吸附性能，對其進行了酸、鹽和堿預處理，在此基礎上，系統(tǒng)地研究了體系的初始pH值、吸附時間、吸附溫度、氯化鈉濃度、金屬離子等對預處理后菌體吸附染料能力的影響。與此同時，還對吸附在菌體上的染料進行了解吸試驗，探討了真菌生物吸附劑循環(huán)利用的可能性。最后，系統(tǒng)地研究了預處理菌體吸附染料的動力學特征和熱力學特性以及真菌生物吸附劑吸附染料的作用機理，并考察了經(jīng)硝酸預處理后的真菌生物吸附劑對活性艷紅的動態(tài)吸附和動態(tài)解吸規(guī)律。
　　試

3、驗結果表明，菌體在液體培養(yǎng)基中振蕩培養(yǎng)時呈球狀。振蕩轉速、孢子接種量和C/N比對菌體的生長和吸附染料的能力均有一定程度的影響。試驗選用青霉菌的培養(yǎng)條件為:振蕩轉速為150r/min、孢子接種量為1％(v/v)、C/N比為5，在30℃下培養(yǎng)3d。預處理方法對菌體吸附有較大影響。菌體用硝酸處理時，對活性艷紅和酸性大紅吸附性能最佳，吸附量比原菌體均提高了40％以上。碳酸氫鈉預處理的菌體對中性紅和孔雀綠吸附性能最好，與原菌體相比吸附量也提高了4

4、0％以上。當溶液初始pH值為3時，硝酸預處理菌體對活性艷紅和酸性大紅吸附量最大，而碳酸氫鈉預處理菌體在pH值為5～6時對中性紅和孔雀綠的吸附量最大。當染料溶液中含有50mg/L的Pb2+、Cu2+和Zn2+任何一種時，對硝酸預處理菌體吸附活性艷紅和酸性大紅均有一定的促進作用;而對碳酸氫鈉預處理菌體吸附中性紅和孔雀綠則有抑制作用。靜態(tài)解吸試驗表明，對活性艷紅和酸性大紅以0.01mol/L氫氧化鈉為解吸劑，對中性紅和孔雀綠以0.001mol

5、/L硝酸為解吸劑時，解吸率可達90％以上。
　　預處理菌體對4種染料的吸附過程可以用準二級動力學方程描述，整個吸附過程速率控制步驟為液膜擴散過程。硝酸預處理菌體對活性艷紅和酸性大紅的等溫吸附曲線在試驗溫度范圍內(nèi)可用Langmuir模型來表達;在25℃和30℃時，預處理菌體對中性紅的吸附符合Freundlich模型，但在35℃和40℃時，吸附行為更符合Langmuir等溫吸附模型;25～40℃內(nèi)，F(xiàn)reundlich模型能更好地描述

6、菌體對孔雀綠的吸附行為。菌體對染料的吸附量隨溫度升高而增大。根據(jù)熱力學函數(shù)關系，對吸附過程的△H、△S和△G的計算結果表明，預處理菌體對染料的吸附是一個自發(fā)和吸熱的過程，在試驗研究的溫度范圍內(nèi)，升高溫度有利于吸附過程的進行。
　　掃描電子顯微鏡分析表明，菌體經(jīng)過各種預處理后，表面形態(tài)都有一定程度的變化，其中經(jīng)過硝酸處理后的菌體表面最為粗糙。而菌體經(jīng)過其他預處理劑處理后，表面形態(tài)變化相對要小一些。對原菌體和預處理菌體分別進行了紅外光

7、譜分析，結果表明，菌體上存有氨基、羧基和磷酸基等官能團。對氨基、羧基、磷酸基和脂類物質(zhì)的化學修飾研究表明，氨基是陰離子染料的主要吸附位點，同時羧基也發(fā)揮了重要作用。在吸附陽離子染料時，羧基是重要的吸附位點，其次是磷酸基，而脂類物質(zhì)所起的作用較小。
　　當pH值為3時，硝酸預處理菌體對陰離子染料酸性大紅和活性艷紅的吸附主要為靜電吸附作用;當pH值為5～6時，碳酸氫鈉預處理菌體對陽離子染料中性紅和孔雀綠的吸附存在靜電吸附作用。用碳酸氫

8、鈉預處理菌體吸附陽離子染料時，菌體上有金屬離子進入到溶液中，表明吸附時還存在離子交換機制，這在能譜分析結果中也得到了證明。
　　動態(tài)吸附試驗表明，就對染料的吸附效果來說，采用石英砂固定菌體要優(yōu)于用海藻酸鈣包埋菌體;動態(tài)吸附的突破時間和吸附飽和時間隨著進料液流量增大而縮短，飽和吸附量和去除率隨著進料液流量增大而降低;增大吸附劑的用量，穿透曲線的突破時間和飽和時間延長，吸附量和去除率也相應提高;隨著染料的濃度上升，穿透曲線的突破時間和