[自然科学]微生物吸附剂

生物吸附——利用生物体及其衍生物来吸附水 中重金属的过程。 (1)在低浓度下（1～100mg/L）,金属可以被选择 性的去除; (2)节能、处理效率高; (3)操作时的pH值和温度条件范围宽pH=3～9， T=4 ～90℃; (4)易于分离回收重金属;
(5)其原材料来源丰富,吸附剂易再生利用。
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③氧化还原

变价金属离子在具有还原能力的生物体上吸附, 有可能发生氧化还原反应,
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④无机微沉淀作用

通常,易水解而形成聚合水解产物的金属离子 在细胞表面易形成无机沉淀物。
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三、生物吸附剂
1.吸附剂的选择：只有与金属结合能力强和选择 性高的生物材料才能应用于实际 （1）种类种类： （2）选择原则：p350 2.生物吸附剂的制备:酸、碱、加热等预处理 3.生物吸附的影响因素
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①细胞壁表面络合

络合作用是金属离子与几个配基以配位键相结合 形成的复杂离子或分子的过程。 当生物体暴露在金属溶液中时,金属离子与细胞壁 里的蛋白质、多糖及脂类中带负电的官能团如氨 基、酰氨基、羧基、羟基、磷酰基和硫酸盐等络 合而形成络合物，其中氮、氧、磷、硫作为配位 原子与金属离子配位络合。
斜生栅藻对UO22+吸附是一个快速而不需要能量的过程, 最大吸附容量达 75mg/g干物质,能够使铀浓度从5.0mg/L降 c.藻类 藻类的细胞壁在多数情况下是由纤维素 至0.05mg/Ｌ, UO22+与Cu2+、Ni2+、Zn2+、Cd2+之间的竞争 形成的网状结构构成 , 含有丰富的多糖 , 多糖带负 也很小。绿微藻在悬浮状态下,活细胞对Cr的最大吸附量为 电,可以通过静电引力与许多金属离子相结合。 12.67 ｍｇ/ｇ干物质,干细胞为13.12mg/ｇ干物质；一些大 型海藻,它们的吸附容量比其它种类生物体高得多,甚至比活 性炭、天然沸石的吸附容量还高,与离子交换树脂相当 。
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传统的处理方法：
化学沉淀法：如石灰沉 淀法，易造成二次污染 离子交换法：离子交换树 脂价格高 电解法：常用于电镀废水， 不能将金属离子浓度降到很 低 膜分离：成本高
离子交换
选择性低，能耗大，运行 费用高，当水中的重金属浓 度较低时, 去除率不高。
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目前新兴的去除技术———生物吸附
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b.真菌：几丁质是许多真菌细胞壁的结构物质, 其它的
葡聚糖,如甘露聚糖等可替代几丁质存在于某些真菌的细 胞壁中,真菌的细胞壁通常含80%～90%的多糖。在重金 属的吸附过程中,起主要作用的是几丁质和葡聚糖。
酿酒厂的废菌体啤酒酵 母,它可以吸附多种重金属离 子和放射性元素,而且水中的 一些常见的离子K+、Na+、 Ca2+、Mg2+及盐度对吸附的 影响很小或不影响。
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青 霉
根 霉
对Pb2+和Cd2+ 有很好的回收作用， 还是一种很有前途 的处理核工业的放 射性废水的吸附剂。
曲霉（发辫状）
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酱油曲霉对Pb2+和 Cd2+的吸附率分别 为69.76%和 72.28%,米曲霉为 60.64%、81.34%, 无花果曲霉对铅的 吸附率可达 92.44% 。 20
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2.生物吸附的机理
（1）胞外富集/沉淀
(2)细胞壁表面发生吸附或络合反应
①细胞壁表面络合
②离子交换
③氧化还原作用 ④无机微沉淀作用
（3）酶促(胞内吸附/沉淀/转化）：活性生物细 胞对金属的吸附与细胞上某种酶的活性有关；
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胞外富集

Francis发现有些细菌在生长过程中释放出的蛋白 质能使溶液中的Cd2+,Hg2+,Cu2+,Zn2+形成不溶性的 沉淀而被除去。 活性污泥和细菌产生的胞外多糖在金属分离中发 挥作用。尽管这些聚合物主要是中性多糖,但它们 同样也含有如糖醛酸、磷酸盐等可以络合溶解金 属离子的化合物。不同微生物产生的胞外多糖组 成不同,因而不同微生物结合金属的性质也不一样。 微生物生长条件强烈影响胞外聚合物的组成 ,从而 也影响金属的分离。但胞外吸附金属,只有在溶液 金属浓度低时才行。
微生物吸附剂
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放重 大金 一、重金属毒性物质 作属 用会 危通 害 过 重金属与一般耗氧的有机物不同，在水体中 人食 不能为微生物所降解，只能产生各种形态之 类物 健链 间的相互转化以及分散和富集，这个过程称 康的 之为重金属的迁移。 生 物
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骨痛病 微量、痕量的重金属即 具有潜在的危险性：震惊 世界的水俣病、骨痛病事 件。闻名世界的日本环境 污染事件：集体发疯事件 （锰 中毒）、水俣病事件 （甲基汞）、痛痛病事件 （镉中毒）

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细胞壁在细胞吸附重金属离子的同时,伴随有 其它阳离子被释放。 以海藻酸盐NaAlg为例来说明二价金属离子 (Me2+)与多糖之间的离子交换：
2NaAlg + Me2+ — Me(Alg)2 十 2Na+
然而交换下来的离子总量只占金属离子的总吸 附量的一小部分，说明离子交换并非主要吸附机理。
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二、生物吸附的原理
1.生物累积与生物吸着
生物累积：微生物活细胞利用生物新陈代谢作用 产生的能量，通过主动运输等方式，把金属离子 输送到细胞内部。
生物吸着：不包括生物的新陈代谢和主动运输过 程，而是通过离子交换、络合、协同、螯合、物 理吸附、沉淀等方式去除溶液中的金属。
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Leabharlann Baidu
a.细菌:革兰氏阳性菌中,细胞壁90%由肽聚糖组成,另一组分
为磷壁酸。磷壁酸是一种酸性多糖;在革兰氏阴性菌中, 除肽 聚糖外还有另一层壁物质脂多糖组成。
细菌与重金属的吸附作用位点是细胞壁上的羧基和氨基 或结构蛋白上的N，P，O等原子。
G+
G-
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蛋白质
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芽孢杆菌属的菌株都 有强大的吸附金属的能力。 用地衣芽孢杆菌吸附Pb2+ 时，45min吸附量可达 224.8mg/g。多粘芽孢杆菌 对铜有潜在的吸附能力,吸 附量可达62.72mg/g。 用死芽孢杆菌制成了 商业用途的球状的生物吸 附剂AMT—BIO CLA IM, 并已获得了专利。
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②离子交换
离子交换是与细胞物质结合的金属离子被另一些结 合能力更强的金属离子代替的过程。有毒的重金 属离子与细胞物质具有很强的结合能力，因此， 离子交换在重金属废水的处理中具有特别重要的 意义。

例如，多糖是褐藻和红藻的结构成分，大多数天 然存在的海藻多糖是以Na+、K+ 、Ca2+ 、Mg2+离 子的盐形式存在。二价金属离子能够与这些多糖 的阳离子发生离子交换。