铅离子的生物吸附动力学及吸附热力学研究

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铅离子的生物吸附动力学及吸附热力学研究

倪晓宇,吴涓

*

(安徽大学生命科学学院,安徽合肥230039)

摘要:目的:研究非活性深红酵母(Rhodotorula rubra )对重金属离子Pb 2+的生物吸附热力学和动力学特性。方法:采用恒温摇床振荡吸附的实验方法,研究Pb 2+生物吸附的动力学和热力学,并以适当的数学模型对实验数据进行拟合;对吸附前后的酵母进行红外光谱及X 射线光电子能谱分析。结果:在20e ~45e 温度范围内,吸附5min 时即达到了饱和吸附量的80%以上,2h 左右达到平衡;深红酵母对Pb 2+的生物吸附过程适宜用Elovich 方程来描述;由二级动力学方程计算的生物吸附活化能为21.56kJ P mol;生物吸附平衡可用Langmuir 等温式、Freundlich 等温式及Dubinin-Radushkevich 等温式来描述,拟合相关系数均接近0.99;

Langmuir 方程计算所得$H 0

为13.93kJ P mol 。结论:深红酵母对Pb 2+的生物吸附是非均相的扩散过程,由快速吸附和慢速吸附两个阶段组成,以物理吸附为主,并伴随有化学吸附。

关键词:深红酵母;生物吸附;Pb 2+;吸附动力学;吸附热力学

中图分类号:X703 文献标识码:A 文章编号:1004-311X(2008)02-0029-04

Study of Biosorption Kinetics and Thermodynamics of Lead

NI Xiao-yu,W U Juan

(Ins ti tute of Life Sciences,Anhui Univers ity,Hefei 230039,China)

Abstract :Objective :The biosorption thermodynamics and kinetics of heavy metal ion Pb 2+by unactive Rhodotorula rubra were studied.Method :The biosorp tion kinetics and thermodynamics experi ments of Pb 2+were done in shaker under constant temperature.And the data were fitted using appropriate models.Infrared spectral and X-ray photoelectron analyses were conducted in order to compare the yeast before and after biosorption.Result :In the range of 20e -45e ,the 80%of the saturation adsorption capacity was reached in 5min and the adsorption equilibriu m was reached in 2h.The biosorp tion kinetics data could be fi tted using Elovich eq uation best of all;the adsorpti on activate energy of 21.56kJ P mol could be calculated using second-order kinetics equation.The biosorption equilibrium could be described well using Langmui r ,Freundlich and Dubinin -Radushkevich adsorption isotherms,all the fitting coefficients approaching 0.99,and $H 0was 13.93kJ P mol by using Langmuir equation.C on -clusion :Biosorp tion of Pb 2+

by R .rubr a was a process of unsymmetrical phase diffusi on,including a rapid course and a followed slower course.Physical adsorption played a leading functi on and chemical adsorption was also involved in this process,but not the major mechanism.Key words :Rhodotorula rubra ;biosorp tion;Pb 2+;adsorption ki netics;adsorp tion thermodynamics 收稿日期:2007-11-13;修回日期:2007-11-28基金项目:安徽省自然科学基金项目资助(070413132)

作者简介:倪晓宇(1979-),男,硕士生;*通讯作者:吴涓(1969-),女,博士,副教授,从事水污染控制工程、环境微生物研究,发表论文12篇,SCI 收录5篇,E-mai l:wujuan@ 。

生物吸附法处理重金属废水与传统方法相比具有许多优点,其原材料来源丰富、品种多、成本低;吸附设备简单,易操作;而且速度快、吸附量大、选择性好,在处理低浓度废水时尤其有效,解吸后的生物材料还可以进行再次吸附[1-3]。酵母是一类重要的工业微生物,在食品和饮料工业中应用广泛,利用生产中的废弃酵母作为吸附材料,能够大大降低成本,实现以废治废的目的,因而具有广阔的应用前景[4-7]。

虽然有关重金属生物吸附的报道很多[4-9],但有关Pb 2+

的生物吸附动力学及热力学的报道尚不多见。本文研究了深红酵母(Rhodotorula rubra )对重金属离子Pb 2+的生物吸附行为,探讨了吸附时间、吸附温度及Pb 2+初始浓度等因素对吸附的影响,并着重对生物吸附动力学、生物吸附热力学及生物吸附平衡等进行了研究,揭示生物吸附的本质。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 实验材料

实验中所用菌种为本实验室所保存的深红酵母(Rhodotorula rubra )。1.1.2 试剂

HCl 、HNO 3、Pb 粉、六次甲基四胺均为分析纯,购自国药集团化学试剂有限公司;牛肉膏、蛋白胨、酵母膏、葡萄糖、琼脂

粉等生化试剂多为分析纯,购自中国医药(集团)上海化学试剂公司;二甲酚橙(分析纯,天津市博迪化工有限公司);十六烷基三甲基溴化铵(分析纯,天津市光复精细化工研究所)。1.1.3 仪器

LRH-250A 生化培养箱(广东省医疗器械厂);ZHWY -100B 恒温培养摇床(上海智斌分析仪器制造有限公司);WF -Z UV-2100紫外可见分光光度计(上海尤尼柯仪器有限公司);TGL-18R 冷冻高速离心机(珠海黑马医学仪器有限公司);ZDX-35BI 座式自动电热压力蒸汽灭菌器(上海申安医疗器械厂);FA2004N 电子天平(上海民桥精密科学仪器有限公司);傅立叶变换红外光谱仪Nexus-870(Nicolet 公司);电子能谱仪ESCALAB MK 11(英国VG 科学仪器公司)等。1.2 方法

1.2.1 吸附实验

准确移取一定浓度的铅溶液50mL 于250mL 容量瓶中,加入适量的酵母,在恒温摇床上振荡吸附(150r P min)一定时间后,取样离心(10000r P min,5min),取上清液分析其中残留的Pb 2+浓度。

1.2.2 Pb 2+的分析

采用722型分光光度计,以二甲酚橙为显色剂,十六烷基三甲基溴化铵为表面活性剂在560n m 波长下测定溶液中Pb 2+的浓度[10,11]。1.2.3 计算方法

Q e =(C 0-C e )@V P W (1)R =(C 0-C e )P C 0@100(2)

Q e 为平衡吸附量(mg P g),C 0为Pb 2+

初始浓度(mg P L);C e