生物吸附法

生物吸附材料的种类
3、藻类吸附剂 海藻类微生物是生物吸附剂的一大组成部分，被较 多地研究开发应用于从工业废水、受污染地下水、电镀 废水、矿石加工废水中去除Pd2+、Pb2+、Ag+、Cr6+、Hg2+、 Cu2+等重金属离子，而且吸附量往往很高。一些大型海 藻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。 绿微藻在悬浮状态下, 活细胞对Cr的最大吸附量为 12. 67mg /g干物质, 干细胞为13. 12 mg /g干物质
生物吸附法在去除重金属中的应用
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生物吸附法的由来 生物吸附材料的种类 生物吸附剂的吸附机理 环境因子对生物吸附的影响 生物吸附剂的预处理及固定化 生物吸附剂的优点 生物吸附剂的发展方向
生物吸附法
生物吸附法就是利用某些生物体本 身的化学结构及成分特性来吸附溶于水 中的金属离子，再通过固液两相分离来 去除水溶液中金属离子的方法。
生物吸附机理
2、表面络合机理 生物细胞的细胞壁在生物吸附重金属的过程中起 着非常重要的作用，是金属离子的主要积累场所。通 常，生物细胞的细胞壁主要由蛋白质、脂类和多糖类 组成，致使细胞壁上的主要官能团有羧基、羟基、氨 基、酰胺基、磷酰基和硫酸酯基等，其中的氧、氮、 硫和磷原子可以与金属离子发生配位络合作用。 吴涓分析了黄孢展齿革菌对 Pb2+的吸附机理,它 是以细胞壁上的氧原子、氮原子以及硫原子与 Pb2+ 的络合反应为主，同时伴随着Pb2+与H+、Mg2+和Ca2+的 少量离子交换反应。
生物吸附材料的种类
2、真菌吸附剂 真菌易于生长、产量高、较容易进行基因操作和 改造。在重金属生物吸附中, 人们关注较多的真菌主要 有丝状真菌和酵母菌。 酿酒酵母广泛用于食品和酿造工业. 由于具有较 为成熟的大规模工业化生产, 并常常作为工业生产的废 弃物, 因而易于大量廉价地获得这些生物材料来制备生 物吸附剂, 同时可以减轻这些行业处理废弃菌体的负担, 做到以废治废. 此外, 丝状真菌和酵母菌也容易利用不 复杂的发酵技术在廉价的生长基质上培养. 这些特点使 得真菌吸附剂在重金属生物吸附领域获得较为广泛的研 究.
环境因子对生物吸附的影响
4、重金属浓度对吸附效果的影响 高浓度重金属可以促进吸附材料吸附更多的重 金属，可认为高浓度的重金属溶液使得金属离子更 多地与吸附点位接触，更强地抵抗液相与固相之间 的阻力。 5、共存离子的影响 废水成分比较复杂，一般是多种离子共存，溶 液中其他离子的存在势必会影响目标离子的吸附。
生物吸附机理
4、氧化还原机理 某些金属离子存在不同的价态，当其被吸附在具 有还原能力的生物体上时，就可能发生氧化还原反应。 生物吸附剂表面富含两性基团，这有可能与带有正电 荷的重金属离子发生氧化还原反应。 酸还原菌在厌氧条件下产生的H2S 能和金属离子 反应生成金属硫化物沉淀从而去除废水中的金属离子。
生物吸附剂的优点
1、在低浓度下,金属可以被选择性地去除 2、对钙, 镁离子吸附量较小 3、处理效率高 4、pH值和温度条件范围宽 5、投资小,运行费用低 6、可有效地回收一些贵重金属
生物吸附剂的发展方向
1、利用活体细胞，联合物理化学工艺，处理实际中 复杂的废水，并在同一个反应器中实现所有工艺的集 聚。 2、开发类似离子交换树脂的新型吸附剂，结合基因工 程技术，构建具有高吸附性能、高选择性与高耐受力 的微生物吸附剂，研究吸附剂的回用和再生方法。
环境因子对生物吸附的影响
2、时间因素对吸附效果的影响 生物吸附材料吸附重金属经过一定时间后，会 达到相应的平衡阶段，吸附量随着时间的增长不会 增加至吸附饱和。 3、固液比对吸附效果的影响 吸附材料的投放量也会对吸附效果产生影响， 如果使用过多的吸附量则会存在吸附基团的竞争问 题，过少则难以达到理想的吸附效果
1、pH值对吸附效果的影响 当pH值过低时，细胞壁上有限的连接基团的结 合位置会被水合氢离子（Ｈ３Ｏ＋）所占据，同时又 由于同性相斥而阻碍金属离子接近细胞壁。 当pH值过高，超过金属离子微沉淀上限时，溶 液中的金属离子会以氢氧化物的形式存在，从而使 吸附过程无法进行。 吸附材料吸附重金属所对应的最佳系统pH值从 ３～８不等。
生物吸附的由来
生物吸附这一概念由Ruchhoft等人于1949年首先提 出，他用活性污泥法从废水中回收了239pu，单级处理获 得了60％的回收率。他描述了在清除污染的过程中增殖 的微生物“有巨大表面积的胶状基质能吸附放射性材 料”。 Polikarpovz在研究水生生物的放射生态学时指出： 海洋环境中存在的核材料可通过海洋微生物“直接从水 中吸附”而积累，而且上述性质与细胞的生命功能无关。
生物吸附机理
1、 离子交换机理 金属离子在被吸附剂细胞表面所吸附的同时，通 常伴随着其他阳离子的释放，发生金属阳离子与其他 阳离子在细胞内外的交换。 Brady 等研究了非活性少根根霉对 Mn(II)、 Cd(II)、Zn(II)、Pb(II)和 Cu(II)的吸附，发现Mg2+ 、Ca2+和H+从吸附剂上被置换下来进入溶液中。金属离 子被吸附的量越多，释出来的 Mg2+、Ca2+和 H+的总量 也越多。
生物吸附机理
5、酶促机理 非活性和活性生物对重金属都有一定的吸附性能， 活性生物对重金属的吸附与生物细胞的酶有关。 Volesky 和May 利用活性啤酒酵母吸附镉，通过 能谱仪分析发现镉是以磷酸盐的形式沉积下来，且酵 母细胞的细胞壁上没有磷酸盐的沉淀物，在细胞内的 液泡内有大量的镉沉积物。
环境因子对生物吸附的影响
生物吸附机理
3、无机微沉淀机理 无机微沉淀机制是最常见的吸附机制之一。无机 微沉淀是指金属离子在生物细胞壁上或细胞内形成无 机的沉淀物的过程。一般来说，容易水解形成聚合的 水解产物的重金属离子，在生物细胞壁的表面易形成 无机的沉淀物。 Aloysius等通过扫描电镜和EDAX谱线分析后认为 少孢根霉吸附Cd(II)后，Cd(II)形成磷酸盐微沉淀 Cd3(PO4)2，主要体现在细胞壁中间的电子密集区。
生物吸附剂的预处理及固定化
吸附剂表面经过物理或化学处理，可以提高吸附 剂对重金属的吸附能力. 物理方法包括加热/煮沸、冷冻 干燥、高压灭菌等，化学方法是利用各种无机或有机物 质进行处理，如酸、碱、甲醇、甲醛等. 通过处理使细 胞表面暴露或覆盖更多的用于重金属吸附的位点，从而 增强或降低细胞吸附能力。 生物吸附剂的固定化是生物吸附成功实用化的关 键之一。游离细胞通常较小，强度低，造成固液分离和 再生利用困难. 通过细胞固定化技术，可以得到合适大 小、机械强度、硬度的颗粒。常用的固定化技术主要包 括: 吸附、包埋、交联、共价贴附等。
生物吸附材料的种类
1、细菌吸附剂 细菌尺寸小、普遍存在、对环境适应能力强。许多 研究表明细菌及其产物对溶解态的金属离子有很强的配 合能力。根据它们的结构和组成，细菌细胞壁带有负电 荷，使得细菌表面具有阴离子的性质。金属离子与细胞 表面结构材料上的羧基阴离子和磷酸阴离子发生相互作 用而被固定。 如: 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R08吸附Pd2+ , 45m in吸附量可达224. 8mg /g。