生物吸附剂及其吸附性能研究进展fyvc.docx

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1、生物吸附附剂及其其吸附性性能研究究进展黄 娜（华南师师范大学学化学与与环境学学院环境境科学专专业，广广州 51000066）摘要:用用微生物物体来吸吸附水中中的重金金属是一一项新兴兴的废水水生物处处理技术术。藻类类、细菌菌、真菌菌等是生生物吸附附剂的来来源,它它们对多多种重金金属都有有较好的的吸附去去除效果果。文章章从细胞胞壁的结结构特性性概述了了藻类、细细菌、真真菌等对对重金属属吸附的的机理,介绍了了它们的的吸附性性能。关键词:微生物物生物吸吸附剂重重金属废废水处理理现代代工业的的发展会会产生大大量含重重金属废废水,重重金属进进入生态态环境后后,不像像有机物物那样能能被降解解,而是是通过食食

2、物链进进一步富富集,对对环境和和人体健健康造成成危害,如震惊惊世界的的水俣病病、骨痛痛病事件件。人们们处理废废水中的的重金属属一般采采用物理理化学方方法(沉沉淀、离离子交换换、吸附附、电解解、膜分分离、氧氧化还原原等),当水中中的重金金属浓度度较低时时,不仅仅去除率率不高,还存在在运行费费用高的的问题1。目目前新兴兴的去除除技术生生物吸附附技术,愈来愈愈受到人人们的关关注。生生物吸附附是利用用生物体体及其衍衍生物来来吸附水水中重金金属的过过程。重重金属离离子对生生物体有有很强的的毒害作作用,超超过一定定的浓度度就会抑抑制生物物生长或或使生物物体死亡亡,有的的微生物物如某些些藻类、细细菌、真真菌

3、,本本身或是是经过驯驯化以后后对重金金属有一一定的耐耐受性,能够除除去水中中的重金金属离子子。与传传统的处处理方法法相比,生物吸吸附具有有以下优优点22:(1)在在低浓度度下,金金属可以以被选择择性的去去除;(2)节节能、处处理效率率高;(3)操操作时的的值值和温度度条件范范围宽;(4)易于分分离回收收重金属属;(55)吸附附剂易再再生利用用。1藻类类生物吸吸附剂1.1 来源。全全球已知知的藻类类约4万万种,在在自然界界中分布布甚广,绝大多多数为水水生或生生长在阴阴暗的岩岩石、墙墙角、树树杆和土土壤等表表面,是是最容易易观察到到的一种种微生物物,常常常用来指指示水体体、生态态系统及及营养条条件

4、的变变化。研研究发现现,藻类类细胞具具有吸附附重金属属的能力力。因此此,可选选择吸附附性能良良好的藻藻类作为为吸附剂剂的生产产原料,如海藻藻,其数数量大,容易收收集,有有一些地地方还可可人工培培养,尤尤其在沿沿海地区区,来源源十分丰丰富。1.2 细胞壁结结构特性性。当微微生物体体暴露在在金属溶溶液中时时,金属属离子直直接接触触的是细细胞壁,微生物物细胞壁壁的化学学组成和和结构决决定着金金属与它它的相互互作用特特性。藻藻类的细细胞壁在在多数情情况下是是由纤维维素的微微纤丝形形成的网网状结构构构成,含有丰丰富的多多糖,如如果胶(含有少少量己糖糖、鼠李李糖的多多聚半孔孔糖醛酸酸的高聚聚物)、木木糖、

5、甘甘露糖、藻藻酸或地地衣酸。多多糖带负负电,可可以通过过静电引引力与许许多金属属离子相相结合。其其中的海海藻酸盐盐与硫酸酸多糖是是吸附的的主要载载体33。1.3 藻类对重重金属的的吸附。藻类对大多数重金属有很强的吸附能力。如斜生栅藻对22+吸附是一个快速而不需要能量的过程,最大吸附容量达75/干物质,能够使铀浓度从5.0/降至0.05/, 22+与2+、2+、2+、2+之间的竞争也很小4,在吸附锌时,它的吸附容量、对锌毒性的耐受能力比另外一种栅藻高5。绿微藻在悬浮状态下,活细胞对Cr的最大吸附量为12.67/干物质,干细胞为13.12/干物质6。海草能积累和7;马尾藻类海草废生物体能够去除10

6、0%2+和99.4%的2+8。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9,10。2 真菌生物物吸附剂剂2.1 来源。真真菌在自自然界中中分布很很广,土土壤、水水、空气气和动植植物中均均有它们们的存在在。现已已记载的的真菌约约有122万种,包括单单细胞的的酵母菌菌、小型型霉菌和和产生子子实体的的大型真真菌,它它们中的的大多数数都应用用于工业业生产。如如生产抗抗生素的的一些青青霉菌属属、链霉霉菌属菌菌株;生生产脂肪肪酶、柠柠檬酸、酱酱油等所所产生的的各种曲曲霉废弃弃菌丝体体;进行行类固醇醇转化的的黑根霉霉;而酵酵母则是是工业上上最

7、重要要、应用用最广泛泛的一类类微生物物。这些些废弃菌菌体在多多数情况况下都被被当作废废弃物掩掩埋或焚焚烧。试试验研究究表明,它们对对重金属属有潜在在的吸附附能力,利用它它们来吸吸附去除除污水中中的重金金属,可可以节约约处理费费用,达达到以废废治废的的目的。2.2 细胞壁结结构特性性。类似似于藻类类,真菌菌的细胞胞壁只是是在结构构上类似似于植物物的细胞胞壁,但但在生物物化学有有区别。虽虽然纤维维素存在在于某些些真菌中中,但许许多真菌菌的细胞胞壁不含含纤维素素。几丁丁质是许许多真菌菌细胞壁壁的结构构物质,它存在在于微纤纤丝束内内,类似似于纤维维素。其其它的葡葡聚糖,如甘露露聚糖、半半乳聚糖糖和氨基

8、基葡萄糖糖可替代代几丁质质存在于于某些真真菌的细细胞壁中中,真菌菌的细胞胞壁通常常含800%990%的的多糖。在在重金属属的吸附附过程中中,起主主要作用用的是几几丁质和和葡聚糖糖111-133。2.3 真菌对重重金属的的吸附。尽管真菌都具有较强的吸附重金属的能力,但不同的真菌其吸附能力也不同。来自于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核素,而且水中的一些常见的离子K+、Na+、Ca+、Mg2+及盐度对吸附的影响很小或不影响14,22。曲霉属的一些真菌菌株,对多种重金属和放射性核素的吸附效果也很好。如酱油曲霉对Pb2+和Cd2+的吸附率分别为69.76%和72.28%,米曲霉

9、为60.64%、81.34%13,无花果曲霉对铅的吸附率可达92.44%23;无花果曲霉能够很快地从水溶液中去除U(IV),最大吸附容量423mgU/g生物干重,Fe2+等的存在对铀的吸附去除无影响24。在脂肪酶生产期间产生的废弃菌丝体显示出了良好的铜吸附容量(160180mg/g干生物量),并且不受竞争离子的影响25。根霉属的菌株对大多数的金属也有良好的吸附效果。根霉进行固定化后,对Cd的最大吸附量为34.5mg/g,为非固定化的一倍18。少根根酶不仅对铅有很高的吸附容量,而且还是一种很有前途的处理核工业的放射性废水的吸附剂28-30。医药工业废弃菌体产生的黄青霉菌、龟裂链霉菌对铅也有很好的

10、回收作用32,33。其它的一些真菌,如白腐真菌对铅的吸附量最大可达108.4mg/g34,吸附率可达95%左右34,35。3细菌菌生物吸吸附剂3.1来源。细菌是地球上最丰富的微生物,地球上的总生物量约为1018,细菌占了其中的大部分。它像真菌一样,也广泛的应用于工业生产中,如我们现在所使用的抗生素,除少部分来自于真菌外,大多来自于细菌;还有一些酶类的生产,如洗衣粉中的酶,大多是嗜碱细菌,主要是芽孢杆菌属的菌株;在维生素、氨基酸、醋的生产中,也要不可避免地使用细菌。而用来吸附去除重金属的细菌菌株,大多是从矿坑水、矿土、矿区土壤或富含重金属的污水中分离出来的对重金属有耐受性的细菌菌株和工业生产中的

11、废菌体。3.2细胞壁壁结构特特性。细细菌细胞胞壁中有有一坚硬硬的层,主要用用于支撑撑细胞壁壁,其化化学组成成为肽聚聚糖。肽肽聚糖的的基本结结构是一一薄片层层,由两两种糖的的衍生物物即N乙酰葡葡萄糖胺胺和N乙酰胞胞壁酸以以及一组组氨基酸酸,即LL丙氨酸酸、D丙氨酸酸、D谷氨酸酸及赖氨氨酸或二二氨基庚庚二酸等等组成。在在革兰氏氏阳性菌菌中,细细胞壁990%由由肽聚糖糖组成。另另一组分分为磷壁壁酸。磷磷壁酸是是一种酸酸性多糖糖,它包包含所有有的含有有磷酸甘甘油或核核糖醇磷磷酸盐残残基的、膜膜或夹膜膜多聚体体,使整整个细胞胞表面带带负电荷荷,而且且影响着着离子穿穿过细胞胞壁的途途径。在在革兰氏氏阴性菌

12、菌中,肽肽聚糖占占细胞壁壁的100%,在在肽聚糖糖外则由由另一层层壁物质质脂多糖糖组成。脂脂多糖是是脂类和和多糖紧紧密相连连在外层层而形成成的特异异的脂双双层结构构,一般般由核心心多糖和和侧链多多糖两部部分组成成。细菌菌与重金金属的吸吸附作用用位点是是细胞壁壁上的羧羧基和氨氨基或结结构蛋白白上的NN,P,O等原原子336-440。3.3细菌对对重金属属的吸附附。芽孢孢杆菌属属的菌株株都有强强大的吸吸附金属属的能力力411。用用地衣芽芽孢杆菌菌吸附PPb2+时,445miin吸附附量可达达2244.8mmg/gg399。多多粘牙孢孢杆菌对对铜有潜潜在的吸吸附能力力,吸附附量可达达62.72mmg

13、/gg366,377。苏苏云金杆杆菌不仅仅可用作作生物农农药,而而且对多多种金属属具有抗抗性,并并且还是是生物吸吸附的表表现型42。现在,用死芽芽孢杆菌菌制成了了商业用用途的球球状的生生物吸附附剂AMMTBIOOCLAA IMM,并已已获得了了专利。假假单孢杆杆菌菌属属菌株对对重金属属也显示示出了较较好的吸吸附能力力。恶臭臭假单孢孢菌能抵抵抗Cuu2+的毒毒性,并并对Cuu2+有较较好的吸吸附能力力400,444;胞胞外高聚聚物产生生菌GXX41的发发酵液经经乙醇沉沉淀后,即得吸吸附剂WWJ,该吸吸附剂含含多糖和和蛋白质质等成分分155,能吸附附水溶液液中的CCr(),吸吸附率最最大可达达98

14、%,最大大吸附量量达9.34mmg/gg455;嗜嗜硝酸盐盐假单孢孢菌能吸吸附钴离离子,并并且能抵抵抗一价价离子的的干扰46。蓝细细菌是一一群种类类繁多、分分布广泛泛的光能能营养菌菌。过去去由藻类类学家对对它们进进行研究究、分类类,通常常称为蓝蓝(绿)藻。但但由于它它们的原原核特征征,在119966年出版版的细细菌名称称中,已将“藻”字改为为“蓝细菌菌”。螺旋旋蓝细菌菌属、念念珠蓝细细菌属和和鱼腥蓝蓝细菌属属中的一一些菌株株对重金金属有良良好的吸吸附能力力。盘状状螺旋蓝蓝细菌能能很快的的从金硫脲溶溶液中去去除金,并不受受值值的影响响477;最最大螺旋旋蓝细菌菌吸附镉镉时,最最大吸附附量可达达4

15、3.63mmgCdd/g活活细胞和和37.00mmgCdd/g干干细胞48。利用用念珠蓝蓝细菌已已经制成成一种供供商业用用途的生生物吸附附剂AllgaSSORBBs可吸吸附多种种金属49。用碱碱提取的的极生蓝蓝细菌能能够从CCd溶液液中吸收收超过990%的的Cd离子子,所吸吸附的金金属可占占生物体体干重的的18%。用满满江红鱼鱼腥藻来来吸附低低浓度铀铀时,可可迅速的的使废水水中的铀铀从5.5mgg/L降降至0.05mmg/LL.其它它的细菌菌,如藤藤黄微球球菌、紫紫红小单单孢菌、伊伊纽小单单孢菌也也能够快快速地吸吸附水中中的金属属311,366。4结语语生物体是是一个方方便、廉廉价能吸吸附水中

16、中重金属属的吸附附剂的来来源,生生物吸附附法是一一种很有有发展前前途的处处理水中中的重金金属的方方法。工工业化的的重金属属吸附剂剂需满足足三个方方面的要要求:(1)能能够快速速有效的的进行吸吸附解吸吸操作,具有较较好的重重金属选选择吸附附特性;(2)成本低低廉,再再生性能能良好;(3)具有较较理想的的物理、化化学和机机械性能能(包括括粒径、空空隙度、耐耐冲击性性等),适合于于填充各各种类型型的反应应器。目目前人们们已经筛筛选出的的重金属属具有吸吸附潜力力的生物物体基本本上能够够满足前前两个要要求,而而要满足足第三个个要求,则还要要开展更更多的关关于生物物吸附剂剂固定化化技术的的研究,使它能能够

17、像离离子交换换树脂和和活性炭炭那样方方便地应应用于实实际的处处理过程程中。5 参考文献献1 ChanngJ.LawwR.CChanngC.Bioosorrptiion of leaad,ccoppper andd caadmiium by bioomasss ppseuudommonaas aaeruuginnosaa PUU21J. Waaterr Reeseaarchh, 119977.311(7):16651-165582 陈勇生、孙孙启俊.重金属属的生物物吸附技技术研究究.环境境科学进进展,119977.5(6)34433 李志勇、郭郭祀远、李李琳.多多糖在藻藻类富集集微量元元素中的的

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