利用啤酒酵母吸附重金属离子的研究进展

乏　囱　薪型巴氏杀菌监测仪　助　膛　器１０。－．８４６０ｏ１３６；　品舞　“。。“　’　Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｎｇ＠ｅｂｒｏ—ｃｈｉｎａ　ｃｏｒｎ　德固颐贝隆舟日中固．皓代理　颐贝隆电子科技（北京）有限公司　・　ｌ９　・　升废水含铜几十至几百毫克。这种废水排人自然　利用，而且有利于重金属离子的回收。　环境中会严重影响水的质量。当水中铜含量达到　１．３啤酒酵母对Ｃｒ６　的吸附　０．０１ｍｇ／Ｌ时，对水体自净有明显抑制作用；超过　随着我国电镀、皮革、染色、金属酸洗和铬酸　３．０ｍｇ／Ｌ时，水体会产生异昧；当含铜量超过１５ｒａｇ／　盐等工业的迅猛发展，大量含铬废水的排放对环　Ｌ时，这样的水即不能饮用。铜在土壤和农作物　境的污染日益严重。铬易被人体吸收并在体内　中累积，会影响农作物特别是水稻和大麦生长，并　蓄积，有致癌危险。以活性炭作为吸附剂处理废　会污染粮食籽粒。啤酒酵母对污水中铜离子具有　水中的铬离子已得到广泛应用，但工业用粉末活　很好的吸附效果，竺建荣等通过啤酒酵母吸附　ｃｕ　的模拟实验，表明啤酒酵母对铜离子的吸附　能力可达到２．９８～１２．０３ｍｇ／ｇ［４］；王喜等同对啤酒酵　母吸附水溶液中ｃｕ　的性能和吸附条件进行了　考察，结果表明，废啤酒酵母吸附ｃｕ　在４～６ｈ内　达到吸附平衡，酸性条件利于吸附；孙峰［６３通过实　验确定了啤酒酵母吸附废水中ｃｕ　的条件，实验　表明吸附温度为２５℃，吸附时间为６０ｒａｉｎ，起始　ｐＨ５，啤酒酵母的质量浓度为２ｇ／Ｌ，Ｃｕ。　初始质量　浓度为３５　ｍｇ／Ｌ，在此条件下啤酒酵母对废水中　Ｃｕ　吸附率可达９０％。　１．２啤酒酵母对ｃｄ　的吸附　含镉废水主要为冶炼、电镀、纺织印染等行　业排放的废水，它是对环境污染最严重和危害　最大的工业废水之一。含镉废水成分复杂，传　统的物理、化学法各有优缺点，化学沉淀法虽能　除去大部分镉离子，但是沉渣会造成二次污　染。利用啤酒废酵母来处理含镉废水，成本低，　耗能少，没有二次污染越来越受到科研工作者　的注重。代淑娟等　利用啤酒废酵母吸附电镀　废水中的镉，结果表明在废水中镉含量为２６　ｍｇ／Ｌ、ｐＨ７、废啤酒酵母用量４０　ｇ／Ｌ、室温（约　１８℃）、搅拌速度８００　ｒ／ｍｉｎ、吸附时间３０　ａｒｉｎ、沉　降３．５　ｈ的条件下，废水中镉的吸附率及吸附一　沉降后镉的去除率均达９６％以上；徐惠娟　研究　了灭活的啤酒酵母在游离与固定化条件下对　Ｃ　的生物吸附特性，实验结果表明啤酒酵母对　ｃｄ　的吸附能力受到酵母浓度、ｃｄ　浓度、ｐＨ值　和固定化方法等的影响。实验条件下，最高吸　附率达９３％，吸附能力为４６．５ｍｇ　Ｃｄ　＋／ｇ干酵　母。吸附后用ｌｍｏｌ／Ｌ的ＨＣ］解吸，解吸率达　８４％。包埋法固定化细胞对Ｃｄ　的吸附主要受　到海藻酸钠浓度和ＣａＣＩ　浓度的影响；浦剑　证　实固定化后的啤酒酵母对ｃｄ。　的吸附能力最　大，利用固定化后的啤酒酵母吸附废水中的重　金属离子，不但可以使啤酒酵母得到多次重复　性炭不仅生产过程污染严重，而且在使用过程　中存在过滤困难，吸附容量小，成本较高的问题，　因而限制了它的广泛应用。开发新型廉价吸附　材料成为环保界研究的热点。赵勇　叫利用啤酒　酵母、改性蜂窝煤渣、粉煤灰和蛭石作为活性炭　的替代材料吸附废水中的ｃｒ６　，结果表明啤酒酵　母的吸附能力达到活性炭吸附能力的９４．８４％，　是最优良的活性炭替代品；戴友之　采用啤酒酵　母吸附水中Ｃｒ６　，考察了吸附时间、吸附剂用量、　ｐＨ值和初始浓度对吸附效果的影响，结果表明，　啤酒酵母的吸附效果受ｐＨ值影响最大，当ｐＨ　值为２～３时Ｃｒ６　的去除效果最好。利用固定化　啤酒酵母来吸附Ｃｒ６　同样具有良好的效果，如张　帅等　研究了固定化啤酒酵母对Ｃｒ（ＶＩ）的吸附　特性。结果表明固定化啤酒废酵母吸附Ｃｒ６　受吸　附时间、起始ｐＨ、固定化菌体浓度、ｃｒ６　起始浓度　及共存离子等因素的影响。当ｐＨ为２、ｃＩ－６＋起始　浓度为１００　ｍｇ／Ｌ、固定化菌体浓度为２　ｇ／Ｌ、吸附　９０　ａｒｉｎ时，啤酒酵母对Ｃｒ　的吸附率达９６．１８％。　Ｐｄ　等并存离子可抑制固定化啤酒酵母对ｃｒ　（ｖＩ）的吸附。用ｌｍｏｌ／Ｌ盐酸洗脱吸附的Ｃｙ６　３ｈ，　解吸率为９３．６％。武运等　分别从吸附时间、　温度、酵母用量、ｃｒ６　溶液质量浓度、ｐＨ值等方　面，研究了啤酒酵母对Ｃｒ６　的吸附特性。在吸附　时间１．５ｈ、温度１５％、酵母小球用量３ｇ／２０ｍＬ、Ｃｒ６　溶液质量浓度４０ｍｇ／Ｌ、ｐＨ值为３的条件下，酵母　细胞对Ｃ　的最大吸附率为２７．６％，最大吸附量　为１０．８ｍｇ／ｇ。从以上研究看，不同的实验条件对　酵母吸附ｃｒ６　的能力影响很大，其中ｐＨ值、ｃｒ６　溶液质量浓度、酵母用量的影响较大，其余因素　影响较小。一般低ｐＨ值有利于酵母对ｃｒ６　的吸　附。　１．４啤酒酵母对Ｐｂ　的吸附　铅主要是由冶炼、制造和使用铅制品的工矿　企业，尤其自有色金属冶炼过程中排出的含铅废　水、废气和废渣造成的。含铅废气和废渣如果不　乏盈２０・　颇贝鹰　　薪型巴氏杀菌监测仪　瓷０ｏ１４ｇ｛描１ｍ３６５７　８　４６０１　。１３０ｇ　ｏ６１４器２　。　’　Ｅ－ｒｎａｉｆ：ｔｆｎｇ￣ｅｂｒｏ－ｃｈｆｎａ∞ｍ　德哟颐贝　蟹公司中田总代理　颐贝隆电子科技（北京）有限公司　经过处理，大部分都会进入水体中造成环境水体　母对水中的钯离子进行吸附回收。实验结果　含铅超标。利用啤酒酵母吸附水中的铅离子具　表明，其在吸附回收中具有较好的应用前景；　有良好的效果，周东琴等ｎ　比较了啤酒酵母对　ＴＥＭ结果表明，在无外加电子供体时，死啤酒酵　Ｐｂ　与ｚｎ　的生物吸附规律，研究发现啤酒酵母　母废菌体能够吸附和还原溶液中的Ｐｄ　成Ｐｄ。　对Ｐｂ　的吸附比对ｚｎ。　的吸附效果好。对Ｐｂ　和　微粒，Ｐｄ０微粒可进一步形成有一定形状的铅　ｚｎ　的吸附作用与ｐＨ值密切相关，最佳ｐＨ值范　晶粒。朱一民弘ｏ－研究证明啤酒酵母对水相中的　围均是４～６，当体系ｐＨ＝４时，啤酒酵母对Ｐｂ。　的　Ｈｇ２　也具有良好的吸附效果，在ｐＨ＝３、吸附时　吸附量最大可达９８．２０ｍｇ／ｇ；在初始铅ｌｍｍｏｌ／Ｌ的　水溶液中，吸附时间为１５ｍｉｎ即达到吸附平衡，　该吸附过程具有一级动力学反应特征。利用固　定化啤酒酵母来吸附铅离子是当前研究的重要　内容，如武运等ｒ－　利用固定化啤酒酵母吸附铅　离子，实验结果发现，酵母浓度越高吸附量越大；　ｐＨ值对吸附作用有着较大的影响，吸附的最佳　ｐＨ值范围４～７；温度对吸附的影响不大，在常温　条件下即能较好吸附；代群威ｎ　的研究结果表　明，啤酒酵母菌对Ｐｂ　的吸附是一个快速过程，　吸附３０ｍｉｎ时吸附率达到９１．１６％。酵母在吸附　过程中，细胞的羟基、羧基及酰胺的氨基等基团　变化显著，可以认为细胞上的多糖、蛋白质酰胺　更多地参与了ｐｂ２　的化学吸附过程；赵增华　６１认　为啤酒废酵母对Ｐｂ　的吸附是一种被动吸收过　程，主要是利用细胞壁上的活性基团（胺、酰胺　等）和金属离子相结合，这个机制可以是离子交　换或配位结合。　１．５啤酒酵母对其他重金属离子的吸收　除了上述重金属离子外，啤酒酵母还可以吸　附锌离子，钯离子，Ｈｇ等重金属。锌污染主要　有锌矿开采、冶炼加工、机械制造以及镀锌、仪　器仪表、有机合成和造纸等工业的排放。工业　废水中锌常以羟基络合物存在。我国规定生活　饮用水的锌含量不得超过１．０ｍｇ／Ｌ，地面水中　锌最高容许浓度为１．０ｍｇ／Ｌ，渔业用水中锌的最　高容许浓度为０．１ｍｇ／Ｌ。韩润平　’　考察了啤酒酵　母对水中锌离子的吸附行为，说明啤酒酵母能　有效吸附ｚｎ“，在ｐＨ＝６时吸附最大，盐度及　Ｃａ　，Ｍｇ　对吸附量影响不大，常温即可进行吸　附，其吸附模型符合Ｌａｎｇｍｕｉｒ等温吸附方程；张　建梅等　柳认为Ａｌ¨、Ｍｇ　对啤酒酵母吸附ｚｎ　有　一定的抑制作用。钯在化工、电子等工业上有　广泛的应用，钯资源稀少。因此，从含钯的废　料、废液和废水等“二次资源”中回收钯具有重　要的经济价值。谢丹丹等ｎ９２利用固定化啤酒酵　间为１５　ｍｉｎ时，对质量浓度为２．６　ｇ／Ｌ的Ｈｇ　溶　液进行吸附，去除率可达９６％。　２啤酒酵母吸附重金属的机理　吸附机理主要有主动吸附和被动吸附两种。　主动吸附一般是相对活体细胞而言，它利用新陈　代谢作用提供能量进行金属的吸附；被动吸附行　为不需要新陈代谢作用提供能量，主要依靠细胞　壁上或细胞内的化学基因与金属的螯合作用而　进行，可以发生在死亡的细胞上。大量研究证明，　在利用啤酒酵母处理重金属废水的过程中被动吸　附起主要作用。这些吸附机理主要包括离子交换　机理，表面络合机理，无机微沉淀和酶促机理。　酵母细胞吸附重金属离子时，通常伴有其它　阳离子的释放。Ｂｒａｄｙ等　发现啤酒酵母在吸附　Ｃｕ　的同时，约有７０％的Ｋ　陕速释放进入溶液，　之后约有６０％的Ｍｇ２　也缓缓进入溶液中。这说　明离子交换是细胞表面吸附机理之一。Ｓｕｈ等　】　研究结果表明，在Ｈｇ　和Ｐｂ　单独存在的溶液　中，啤酒酵母对二者的吸附量几乎相等，但是达　到平衡的时间不同；而在两者共存的溶液中，Ｐｂ　的吸附受Ｈｇ２　影响很大，共存体系中Ｐｂ　的吸附　减少量与Ｈｇ２　吸附增加量相等。由此可以判断　在此吸附过程中有离子交换机理存在，并起到主　要作用。　当啤酒酵母细胞吸附溶液中的重金属离子　时，细胞壁首先与金属离子接触，因此细胞壁的化　学组成和结构决定吸附特性。酵母细胞表面主要　由多聚糖、蛋白质和脂类组成，这些成分可与金属　离子相结合的官能基团有羧基、磷酰基、羟基、硫　酸脂基、氨基和酰胺基等，其中氮、氧、磷、硫作为　配位原子与金属离子配位络合。Ｗａｎｇ等口　的实　验结果表明，酵母细胞壁上羧基与甲醇发生酯化　作用后吸附ｃｕ　的能力明显降低，氨基的甲基化　也使啤酒酵母吸附ｃｕ　的能力明显降低，说明　Ｃｕ　主要与细胞壁上的羧基和氨基发生配位络　合。　薪型巴氏杀菌监测仪　Ｅ　墨　颧疑窿　３ｊ乐器２３｛３嚣　３ｊ　器　０　”　。　’　Ｅ—ｍａｉｌ：ＪｒｉＨ￣ｂｒｏ－ｃＪｌｉｎａ　ｃｏｒｎ　德圜颐贝隆，＾＼　中嘲总代理　１２．０５　论逋　颐贝隆电子科技（北京）有限公司　・　２１　・　重金属离子能在细胞壁上或细胞内形成无机　中重金属离子［Ｊ］．城市环境与城市生态，２００７，２０（２）：　３９—４２　微沉淀，它们以磷酸盐、硫酸盐、碳酸盐或氢氧化　１０】赵勇，魏国良，魏晓慧．多种材料对重金属Ｃｒ（ｖＩ）的　物等形式通过晶核作用在细胞壁上或细胞内沉淀　［吸附性能研究　安全与环境学报．２００３，３（１）：２５—２９　下来。Ｓｔａｎｄｂｅｒｇ等　研究了啤酒酵母细胞对铀的　１１】戴友芝，许彩霞．啤酒酵母对水中Ｃｒ（ＶＩ）的吸附研究　吸附，结果表明，铀沉积在细胞表面，外形呈针状　【纤维层，厚约０．２　ｍ。　许多研究发现活性细胞对重金属的吸收与细　胞的某种酶活性有关。Ｖｏｌｅｓｋｙ等　研究活性啤　酒酵母对Ｃｄ　的吸附，分析表明ｃｄ　是以磷酸盐　的形式沉淀下来，且酵母细胞壁上没有镉的磷酸　盐沉淀物，而在细胞内的液泡中有大量的镉沉淀　物，据此判断细胞中的磷酸酶将Ｃｄ　运输进入了　细胞。　３研究展望　针对生物吸附法研究和应用中存在的问题，　应该首先利用啤酒酵母深人研究生物吸附机理，　对于机理的探讨今后将通过扫描电镜（ＳＥＭ）和　ｘ射线衍射甚至多种仪器并用来分析研究金属在　细胞内的沉积部位和状态、金属与细胞特定官能　团结合的能量变化以及官能团的结构和特性。生　物吸附剂对重金属的吸附反应动力学和热力学特　性等研究将是进一步的研究工作，应优化吸附工　艺，并与其它工艺相结合促进该技术尽早推向实　用化。　参考文献　【１】昝逢宇，赵秀兰．啤酒酵母吸附去除水中Ｃｒ（ＶＩ）的研　究［Ｊ１．云南环境科学，２００４，２３（Ｓ１）：１４６—１５０．　［２】徐惠娟，廖生，龙敏南，等．啤酒酵母生物吸附镉的研　究［Ｊ１．工业微生物，２００４，３４（２）：１０—１４　【３】朱一民，周东琴，魏德州．啤酒酵母菌对汞离子（ＩＩ）的　生物吸附［Ｊ］．东北大学学报，２００４，２５（１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