啤酒酵母吸附pb

啤酒酵母吸附pb

近年來(lái)，一種新的處理方法——生物吸附法——在效率和廉價(jià)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(diǎn):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(shù)在處理重金屬污染和回收重金屬方面有廣闊的應(yīng)用前景。國(guó)外學(xué)者在20世紀(jì)80年代初就開(kāi)始了這方面的研究,大量研究結(jié)果表明,一些微生物如細(xì)菌、真菌、酵母和藻類等對(duì)金屬有很強(qiáng)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(guò)程中的影響因素,包括pH值、初始Pb2+質(zhì)量濃度及酸堿預(yù)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(jì)(HITACHI180-80,Japan)。1.3實(shí)驗(yàn)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(duì)酵母吸附鉛的影響為了研究pH值和初始Pb2+質(zhì)量濃度對(duì)酵母吸附能力的影響,設(shè)計(jì)了一系列搖瓶實(shí)驗(yàn)。配制質(zhì)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(zhì)量濃度分別為20,50,100,120,150,200,250,400,500mg/L,并在每個(gè)質(zhì)量濃度下分別調(diào)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(yīng)16h(水浴溫度為28~32℃,轉(zhuǎn)速為175r/min)。每隔一段時(shí)間測(cè)溶液中Pb2+的質(zhì)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(zhì)量濃度為100mg/L的Pb2+溶液,調(diào)節(jié)pH為6,在搖床里反應(yīng)16h,每隔一段時(shí)間測(cè)Pb2+的質(zhì)量濃度。2結(jié)果與討論2.1ph值對(duì)生物吸附量的影響對(duì)大多數(shù)吸附過(guò)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(jiǎn)單的線性關(guān)系,通常有一最佳pH值范圍。Brady的研究指出,釀酒酵母對(duì)Cu2+的吸附最適pH為5~9,在任何極限pH條件下都會(huì)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(zhì)量濃度對(duì)吸附量的影響。圖1表明,pH值和初始Pb2+質(zhì)量濃度對(duì)酵母的吸附性能均有所影響;不同pH值對(duì)不同質(zhì)量濃度Pb2+溶液中的吸附量有明顯影響。當(dāng)pH值為2時(shí),啤酒酵母對(duì)Pb2+的吸附量接近于零;當(dāng)pH值為3時(shí),每g酵母吸附Pb2+量均小于20mg;當(dāng)pH值為4和5時(shí),啤酒酵母菌的吸附量有所增加,說(shuō)明此時(shí)較易吸附;當(dāng)pH值為6時(shí),啤酒酵母的吸附量達(dá)到最大值,為最適pH值;當(dāng)pH值為7時(shí),各質(zhì)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(zhì)量濃度對(duì)吸附量亦有影響。不同初始Pb2+質(zhì)量濃度對(duì)吸附量的影響基本遵守以下原則:在相同的實(shí)驗(yàn)條件下,隨著初始離子質(zhì)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(zhì)量濃度較高時(shí),細(xì)胞內(nèi)外金屬離子的濃度梯度會(huì)使金屬離子滲透入細(xì)胞內(nèi)部,而不僅僅吸附于細(xì)胞表面,故而有較大的吸附量。圖2反映了Pb2+質(zhì)量濃度為400mg/L的水溶液中不同pH值對(duì)吸附量的影響情況,其他質(zhì)量濃度下的情況類似,未列出。溶液pH值對(duì)吸附量的影響可以解釋為:溶液pH值同時(shí)影響吸附劑細(xì)胞表面金屬吸附位點(diǎn)和金屬離子的化學(xué)狀態(tài)。pH值低時(shí),細(xì)胞壁的表面基團(tuán)會(huì)被水合氫離子所占據(jù),由于斥力作用而阻礙金屬離子對(duì)細(xì)胞的靠近,pH值越低阻力越大。當(dāng)溶液中H+濃度減小時(shí),會(huì)暴露出更多的吸附基團(tuán),則有利于金屬離子的接近并吸附在細(xì)胞表面上。pH值過(guò)高對(duì)金屬吸附亦存在不利影響。當(dāng)溶液pH值超過(guò)金屬離子微沉淀的上限時(shí),在溶液中的大量金屬離子會(huì)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(guò)程無(wú)法進(jìn)行。2.2金屬離子吸附能力的測(cè)定在一定的pH值及溫度條件下,生物吸附劑對(duì)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(duì)吸附量進(jìn)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(guān)的常數(shù);q0——金屬的最大吸附量,mg/g;Ce——生物吸附平衡時(shí)溶液的金屬離子質(zhì)量濃度,mg/L。Frendlich方程為:Q=KCe1/n式中:Q——生物吸附劑對(duì)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(rèn)為n介于2~10之間易于吸附;Ce——平衡時(shí)金屬離子質(zhì)量濃度,mg/L。圖3表示pH值為7時(shí)Pb2+的吸附等溫線。用上述兩個(gè)方程分別對(duì)吸附等溫線進(jìn)行線性擬合,可以得到圖4,5。從圖4,5中可以得到相關(guān)參數(shù)值,如表1所示,可見(jiàn)Langmuir方程比Frendlich方程擬合的相關(guān)系數(shù)高。2.3naoh預(yù)處理圖6表明采用酸堿預(yù)處理酵母菌可以對(duì)吸附量產(chǎn)生不同的影響。在實(shí)驗(yàn)條件下,經(jīng)過(guò)NaOH預(yù)處理的啤酒酵母的吸附量有所下降;經(jīng)過(guò)HCl預(yù)處理的啤酒酵母的吸附量有所增高。利用0.5mol/L的HCl預(yù)處理酵母菌可以提高約27%的處理效率。3ph值和堿預(yù)處理對(duì)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(dāng)溶液初始Pb2+質(zhì)量濃度為500mg/L,pH為6時(shí)達(dá)到實(shí)驗(yàn)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(zhì)量濃度對(duì)吸附量亦有一定的影響,初始Pb2+質(zhì)量濃度增大,吸附量有所提高;吸附過(guò)程遵循Langmuir等