真菌生物吸附劑對(duì)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(lǐng)域，因而有大量的染料廢水排放到環(huán)境中，導(dǎo)致自然水體的污染。染料分子具有復(fù)雜的芳環(huán)結(jié)構(gòu)、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(duì)象，系統(tǒng)地研究了該生物吸附劑的吸附性能。
　　試驗(yàn)首先考察了菌體培養(yǎng)時(shí)間、振蕩速度、孢子接種量、碳氮比等培養(yǎng)條件對(duì)菌體吸附染料性能的影響。為

2、了改善菌體的吸附性能，對(duì)其進(jìn)行了酸、鹽和堿預(yù)處理，在此基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地研究了體系的初始pH值、吸附時(shí)間、吸附溫度、氯化鈉濃度、金屬離子等對(duì)預(yù)處理后菌體吸附染料能力的影響。與此同時(shí)，還對(duì)吸附在菌體上的染料進(jìn)行了解吸試驗(yàn)，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(yù)處理菌體吸附染料的動(dòng)力學(xué)特征和熱力學(xué)特性以及真菌生物吸附劑吸附染料的作用機(jī)理，并考察了經(jīng)硝酸預(yù)處理后的真菌生物吸附劑對(duì)活性艷紅的動(dòng)態(tài)吸附和動(dòng)態(tài)解吸規(guī)律。
　　試

3、驗(yàn)結(jié)果表明，菌體在液體培養(yǎng)基中振蕩培養(yǎng)時(shí)呈球狀。振蕩轉(zhuǎn)速、孢子接種量和C/N比對(duì)菌體的生長(zhǎng)和吸附染料的能力均有一定程度的影響。試驗(yàn)選用青霉菌的培養(yǎng)條件為:振蕩轉(zhuǎn)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(yù)處理方法對(duì)菌體吸附有較大影響。菌體用硝酸處理時(shí)，對(duì)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(yù)處理的菌體對(duì)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(dāng)溶液初始pH值為3時(shí)，硝酸預(yù)處理菌體對(duì)活性艷紅和酸性大紅吸附量最大，而碳酸氫鈉預(yù)處理菌體在pH值為5～6時(shí)對(duì)中性紅和孔雀綠的吸附量最大。當(dāng)染料溶液中含有50mg/L的Pb2+、Cu2+和Zn2+任何一種時(shí)，對(duì)硝酸預(yù)處理菌體吸附活性艷紅和酸性大紅均有一定的促進(jìn)作用;而對(duì)碳酸氫鈉預(yù)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(yàn)表明，對(duì)活性艷紅和酸性大紅以0.01mol/L氫氧化鈉為解吸劑，對(duì)中性紅和孔雀綠以0.001mol

5、/L硝酸為解吸劑時(shí)，解吸率可達(dá)90％以上。
　　預(yù)處理菌體對(duì)4種染料的吸附過(guò)程可以用準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程描述，整個(gè)吸附過(guò)程速率控制步驟為液膜擴(kuò)散過(guò)程。硝酸預(yù)處理菌體對(duì)活性艷紅和酸性大紅的等溫吸附曲線在試驗(yàn)溫度范圍內(nèi)可用Langmuir模型來(lái)表達(dá);在25℃和30℃時(shí)，預(yù)處理菌體對(duì)中性紅的吸附符合Freundlich模型，但在35℃和40℃時(shí)，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(duì)孔雀綠的吸附行為。菌體對(duì)染料的吸附量隨溫度升高而增大。根據(jù)熱力學(xué)函數(shù)關(guān)系，對(duì)吸附過(guò)程的△H、△S和△G的計(jì)算結(jié)果表明，預(yù)處理菌體對(duì)染料的吸附是一個(gè)自發(fā)和吸熱的過(guò)程，在試驗(yàn)研究的溫度范圍內(nèi)，升高溫度有利于吸附過(guò)程的進(jìn)行。
　　掃描電子顯微鏡分析表明，菌體經(jīng)過(guò)各種預(yù)處理后，表面形態(tài)都有一定程度的變化，其中經(jīng)過(guò)硝酸處理后的菌體表面最為粗糙。而菌體經(jīng)過(guò)其他預(yù)處理劑處理后，表面形態(tài)變化相對(duì)要小一些。對(duì)原菌體和預(yù)處理菌體分別進(jìn)行了紅外光

7、譜分析，結(jié)果表明，菌體上存有氨基、羧基和磷酸基等官能團(tuán)。對(duì)氨基、羧基、磷酸基和脂類(lèi)物質(zhì)的化學(xué)修飾研究表明，氨基是陰離子染料的主要吸附位點(diǎn)，同時(shí)羧基也發(fā)揮了重要作用。在吸附陽(yáng)離子染料時(shí)，羧基是重要的吸附位點(diǎn)，其次是磷酸基，而脂類(lèi)物質(zhì)所起的作用較小。
　　當(dāng)pH值為3時(shí)，硝酸預(yù)處理菌體對(duì)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(dāng)pH值為5～6時(shí)，碳酸氫鈉預(yù)處理菌體對(duì)陽(yáng)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(yù)處理菌體吸附陽(yáng)離子染料時(shí)，菌體上有金屬離子進(jìn)入到溶液中，表明吸附時(shí)還存在離子交換機(jī)制，這在能譜分析結(jié)果中也得到了證明。
　　動(dòng)態(tài)吸附試驗(yàn)表明，就對(duì)染料的吸附效果來(lái)說(shuō)，采用石英砂固定菌體要優(yōu)于用海藻酸鈣包埋菌體;動(dòng)態(tài)吸附的突破時(shí)間和吸附飽和時(shí)間隨著進(jìn)料液流量增大而縮短，飽和吸附量和去除率隨著進(jìn)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(shí)間和飽和時(shí)間延長(zhǎng)，吸附量和去除率也相應(yīng)提高;隨著染料的濃度上升，穿透曲線的突破時(shí)間和