啤酒酵母吸附pb

啤酒酵母吸附pb

近年來，一種新的處理方法——生物吸附法——在效率和廉價方面引起了環(huán)境工作者的注意。與傳統(tǒng)的處理方法相比,生物吸附法具有如下優(yōu)點:①在低濃度下,金屬可以被選擇性地去除;②節(jié)能、處理效率高;③操作的pH值和溫度條件范圍寬;④易于分離回收重金屬;⑤吸附劑易再生回用。因此,生物吸附技術在處理重金屬污染和回收重金屬方面有廣闊的應用前景。國外學者在20世紀80年代初就開始了這方面的研究,大量研究結果表明,一些微生物如細菌、真菌、酵母和藻類等對金屬有很強的吸附能力。筆者利用北京啤酒廠的啤酒酵母自制生物吸附劑,考察啤酒酵母吸附Pb2+過程中的影響因素,包括pH值、初始Pb2+質量濃度及酸堿預處理方法等。1材料和方法1.1材料表面北京啤酒廠啤酒酵母自制的生物吸附劑,Pb(NO3)2,HCl,NaOH均為分析純,0.45μm濾膜。1.2儀器主要為:搖床(LAB-LINE3540-1,USA)和原子吸收分光光度計(HITACHI180-80,Japan)。1.3實驗方法1.3.1生物吸附劑的制備從啤酒發(fā)酵液中離心分離出啤酒酵母,用去離子水洗滌3次,60~70℃烘干,粉碎,作為吸附劑。1.3.2ph值對酵母吸附鉛的影響為了研究pH值和初始Pb2+質量濃度對酵母吸附能力的影響,設計了一系列搖瓶實驗。配制質量濃度為1000mg/L的Pb(NO3)2溶液,然后在搖瓶中加入適量的Pb(NO3)2溶液,0.15g酵母菌和適量的HCl或NaOH,稀釋至100mL,使Pb2+的質量濃度分別為20,50,100,120,150,200,250,400,500mg/L,并在每個質量濃度下分別調節(jié)溶液pH值為2~7,考察酵母吸附鉛的最佳pH值。搖瓶在搖床中反應16h(水浴溫度為28~32℃,轉速為175r/min)。每隔一段時間測溶液中Pb2+的質量濃度。1.3.3浸泡和清洗離心將10g啤酒酵母分別放入濃度為0.1,0.5,1.0mol/L的100mLNaOH和HCl溶液中浸泡3h。取出酵母后清洗離心。在不同條件下分別配制質量濃度為100mg/L的Pb2+溶液,調節(jié)pH為6,在搖床里反應16h,每隔一段時間測Pb2+的質量濃度。2結果與討論2.1ph值對生物吸附量的影響對大多數(shù)吸附過程而言,系統(tǒng)pH值是影響吸附量的決定因素。眾多研究表明,吸附量隨pH值升高而增大,但金屬吸附量與pH值之間并不呈簡單的線性關系,通常有一最佳pH值范圍。Brady的研究指出,釀酒酵母對Cu2+的吸附最適pH為5~9,在任何極限pH條件下都會降低Cu2+的吸附量,尤其是在pH值較低的情況下。圖1是pH值和初始Pb2+質量濃度對吸附量的影響。圖1表明,pH值和初始Pb2+質量濃度對酵母的吸附性能均有所影響;不同pH值對不同質量濃度Pb2+溶液中的吸附量有明顯影響。當pH值為2時,啤酒酵母對Pb2+的吸附量接近于零;當pH值為3時,每g酵母吸附Pb2+量均小于20mg;當pH值為4和5時,啤酒酵母菌的吸附量有所增加,說明此時較易吸附;當pH值為6時,啤酒酵母的吸附量達到最大值,為最適pH值;當pH值為7時,各質量濃度下的吸附量有不同程度的下降。由圖1所示的三維圖形可以清晰地看出不同初始Pb2+質量濃度對吸附量亦有影響。不同初始Pb2+質量濃度對吸附量的影響基本遵守以下原則:在相同的實驗條件下,隨著初始離子質量濃度的提高,生物吸附總量有所提高。這可能是由于溶液中金屬離子的質量濃度較高時,細胞內外金屬離子的濃度梯度會使金屬離子滲透入細胞內部,而不僅僅吸附于細胞表面,故而有較大的吸附量。圖2反映了Pb2+質量濃度為400mg/L的水溶液中不同pH值對吸附量的影響情況,其他質量濃度下的情況類似,未列出。溶液pH值對吸附量的影響可以解釋為:溶液pH值同時影響吸附劑細胞表面金屬吸附位點和金屬離子的化學狀態(tài)。pH值低時,細胞壁的表面基團會被水合氫離子所占據(jù),由于斥力作用而阻礙金屬離子對細胞的靠近,pH值越低阻力越大。當溶液中H+濃度減小時,會暴露出更多的吸附基團,則有利于金屬離子的接近并吸附在細胞表面上。pH值過高對金屬吸附亦存在不利影響。當溶液pH值超過金屬離子微沉淀的上限時,在溶液中的大量金屬離子會以不溶解的氧化物、氫氧化物微粒的形式存在,從而使吸附過程無法進行。2.2金屬離子吸附能力的測定在一定的pH值及溫度條件下,生物吸附劑對金屬的吸附量是金屬離子平衡濃度的函數(shù)。常用Langmuir和Frendlich方程對吸附量進行描述。Langmuir方程為:XM=bq0Ce1+bCeXΜ=bq0Ce1+bCe式中:X/M——單位重量的吸附劑吸附的金屬離子量,mg/g;b——吸附能量或與凈焓有關的常數(shù);q0——金屬的最大吸附量,mg/g;Ce——生物吸附平衡時溶液的金屬離子質量濃度,mg/L。Frendlich方程為:Q=KCe1/n式中:Q——生物吸附劑對金屬的吸附量,mg/g;K——表征吸附能力的吸附平衡常數(shù);n——常數(shù),一般認為n介于2~10之間易于吸附;Ce——平衡時金屬離子質量濃度,mg/L。圖3表示pH值為7時Pb2+的吸附等溫線。用上述兩個方程分別對吸附等溫線進行線性擬合,可以得到圖4,5。從圖4,5中可以得到相關參數(shù)值,如表1所示,可見Langmuir方程比Frendlich方程擬合的相關系數(shù)高。2.3naoh預處理圖6表明采用酸堿預處理酵母菌可以對吸附量產生不同的影響。在實驗條件下,經過NaOH預處理的啤酒酵母的吸附量有所下降;經過HCl預處理的啤酒酵母的吸附量有所增高。利用0.5mol/L的HCl預處理酵母菌可以提高約27%的處理效率。3ph值和堿預處理對酵母菌吸附的影響a.北京啤酒廠酵母菌具有吸附Pb2+的能力。當溶液初始Pb2+質量濃度為500mg/L,pH為6時達到實驗條件下的最大吸附量,Pb2+的吸附量為107mg/g;b.pH值是影響酵母菌吸附性能的重要影響因素。吸附量隨著pH值的增高而增大,吸附的最佳pH值范圍為4~7;初始Pb2+質量濃度對吸附量亦有一定的影響,初始Pb2+質量濃度增大,吸附量有所提高;吸附過程遵循Langmuir等