第35卷第1期200湖南大学学报(自然科学版)JournalofHunanUniverSity(NaturalSciences)V01.35,No.18年1月Jan.2008文章编号:1000一2472(2008)01—0071—04真菌吸附重金属离子的研究+刘云国’,冯宝莹,樊霆,潘翠,彭立君(湖南大学环境科学与工程学院,湖南长沙410082)摘要:利用黑曲霉和简青霉制备生物吸附剂,研究了它们对重金属Pb2+离子和Cd2+离子的吸附、解吸行为以及实验条件对吸附的影响,包括吸附剂用量、溶液pH值、吸附时间以及共存离子等因素.结果表明,黑曲霉和简青霉吸附Pb”离子的最适pH值均为5,吸附Cd2+离子时均为3.二者对Pb2+离子的吸附均在4h达到平衡,吸附量分别为29.07mg・g。1和36.65mg・g~.Cd2+离子吸附也在约4h达到最大吸附量,分别为26mg‘g.1和26.5mg・g~.溶液中zn2+离子和Cd2+离子的存在都会降低Pb2+离子的吸附量.2种吸附剂对Pb2+离子的吸附都符合Langmuir等温线模型,而对Cd2+离子的吸附都较为符合Freundlich等温线模型.1mol/LHNO,对吸附有Pb2+离子的黑曲霉和简青霉进行解吸,解吸率分别可达77.4%和92.3%.关键词:黑曲霉;简青霉;生物吸附;重金属;等温线模型中图分类号:X172文献标识码:AStudyontheBiosorptionofHeavyMetalsbyFungiLIUYun—gu01,FENGBao—ying,FANTing,PANCui,PENGLi—jun(CollegeofEnvironmentalScienceandEnginee“ng,HunanUniv,Changsha,HunanAbstract:ThispaperstudiedthebioSOrptionofheavymetalionSPb2+andCdz+by410082,China)tⅥrOkindSOfbi09。rbentspre—paredbyAspPrg{理“5n堙玎and只mic趔iM班5im∥ici鼯i优雅mreSpectiVely,whichincludedbioSorption,deSorpti。nandtheeffectsofthedoeSofSOrbent,pH,c。ntacttimeandc口ionSS。rptiononthebioSOrption.ThereSultsshowedthattheoptimumad—pHforPb2+andCdz+waSindividuany5and3usingdeadA.咒ig盯0rP.sim∥站蕊i优“优.BioSOrptionequi一1ibriumwasallestablishedwithinabout4hf。rPb2+and(Ⅺ2+adsorbedbyA.札玉;研’andP.s西7z∥ici5si开2“打z.Theup—takewere29.07mg・g-。and36.65mg・g一1forPb,+,26mg・g~and26.5mg・g-1forCd2+.TheuptakeofPb2+de—creasedwhenZ午+andCd'+e)【isted.TheadS0rptiondatawasallfitchmodelforCd2十.ThedeSOrption咒ig盯andP.s!优∥id岛i优甜优.Keywords:As户e厂g“Z“s以ig仃;PP规瑟iZZi“行。矗优户Z瑟i5sim“优;bioSorption;heaVymetals;isothermmodelrateSt0Lan罢了nuiriSOchemlmodelfOrPb2+andFreundli—ofPb2+by1n101.L_1HNo{werecalculated,as77.4%and92.3%fOrA.某些微生物能够吸附重金属离子并将其沉积在细胞外表面或吸附到细胞内部,从而把金属离子从溶液中分离出来,这一过程称为微生物吸附….微生物吸附具有处理痕量离子效果好、吸附速度快、易再生、易操作等优点‘2。31,因而受到广泛关注。近年来生物吸附重金属的研究取得了很大进展,细菌、真菌和藻类都对重金属离子有较好的吸附能力….研究发现,死菌也可以吸附重金属,甚至比活菌的吸附效率更高,同时还避免了由于重金属离子对活体细胞的毒性而使其应用受到限制的问题,而且活菌吸附*收稿日期:2007一。卜28基金项目:教育部高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(20050532009);湖南省自然科学基金资助项目(04JJ3013)作者简介:刘云国(1955一),男,湖南常德人,湖南大学教授,博士生导师干通讯联系人,E.mail:liuyunguo@hnu.cn万方数据 72湖南大学学报(自然科学版)2008年使金属离子进入菌体内会产生新的废物b].死菌体吸附主要是由于细胞壁表面一些化学基团的络合、配位作用与金属离子形成离子键、共价键.研究表明黑曲霉具有很好的吸附能力¨・,而国内外都还未见简青霉用于吸附废水中重金属离子的报道,且简青霉广泛存在于土壤等自然环境系统中,所以作者选取这两种真菌进行对比吸附实验.真菌细胞壁主要由多糖、几丁质、类脂等组成,其中的羧基、羟基、氨基等是结合重金属离子的重要结合位点.实验利用黑曲霉和简青霉的死菌体吸附Pb”离子和Cd2+离子.探讨了各项因素对吸附的影响及吸附模型,并对比2种真菌的吸附数据,研究简青霉作为新的吸附材料的吸附能力.实验还对吸附有重金属离子的吸附剂进行解吸再生.间f为12h,温度T为28℃,吸附剂用量打z为O.1g,转速r均为130r/min.吸附量的计算如下:Q=(C。一C。)V肋z.式中:C。和C,分别为吸附前后溶液中重金属离子的质量浓度(mg/1。);竹z为吸附剂用量(g);V为溶液总体积(L).1.5解吸实验过滤收集吸附有重金属离子的干菌吸附剂,蒸馏水洗涤几次后加入到100n1L的1nlol几}矾O,溶液中,振荡(150r/min,28℃)解吸60rnin,过滤后溶液用原子吸收分光光度法测其中的金属离子浓度.解吸率的计算如下:R=100×C。/(Co—C。).式中:C.为解吸后溶液中金属离子的质量浓度(mg/L);C。和C。分别为吸附前后溶液中重金属离子的质量浓度(mg/L).1材料与方法1.1菌种来源与培养实验所用黑曲霉(A.n)和简青霉(P.s)来自中国武汉菌种保藏中心.斜面和平板培养:马铃薯培养基,自然pH值,28℃培养5d后于冰箱4℃保藏.液体培养基成分(g・L。):葡萄糖20,蛋白胨10,NaClO.2,caCl2‘2H20O.1,KCl0.1,K2HP04O.5,NaHC030.05,MgS042结果与讨论2.1吸附实验改变加入的干菌量进行吸附实验.图1和图22.1.1吸附剂用量对吸附的影响表明,随着吸附剂用量的增加,黑曲霉(A.咒)和简青霉(P.s)对Pb2+和Cd2+离子的吸附量都降低.金属离子浓度一定,降低吸附剂用量即是相对增大了金属离子的质量浓度,只要吸附剂还没有被金属离子饱和,吸附量就会增加一・.0.25,Fe(SO。)2‘7H20O.005.霉菌接种于灭菌并冷却的液体培养基,振荡培养箱中28℃扩大培养48h.培养黑曲霉和简青霉的转速分别为130r/min和150r/min.1.2生物吸附剂的制备过滤收集经扩大培养的霉菌菌丝球,蒸馏水洗涤2~3次,80℃下烘干24h,并将其研磨成粉末状,过筛制成颗粒状的生物吸附剂,干燥器中保存备用.1.3金属溶液分别用Pb(NO,):,Cd(NO,)。・4H20和Zn(N03):・6H:O(分析纯)配制成1液稀释得到.1.4000,譬拳茜mg几的金m/g属储备溶液.实验中所需不同浓度的工作液由储备吸附实验称取一定量干菌吸附剂加入到已调pH值的100图1吸附剂用量对Pb2+吸附的影响EffectofmonbiosorptionofPb2+Fig.1mL金属溶液中,按不同的条件要求振荡培养箱000中恒温下吸附.吸附一定时间后5r/min离心5min,取上清液用原子吸收分光光度计测剩余金属离子的质量浓度.改变几种影响因素分别进行吸附实验.除了需要改变的条件外,两种金属溶液的初始质量浓度C。,均为50mg/L,溶液pH值5.0,吸附时图2Fig.2m/g吸附剂用量对睹+吸附的影响Effect0f优onbioSOrptionofCd2+万方数据 第1期刘云国等:真菌吸附重金属离子的研究73比较2种吸附剂的吸附能力(图1,图2),发现简青霉对Pb2+吸附效果稍好,二者对Cd2+离子吸附能力差别很小.2.1.2溶液pH值对吸附的影响调节溶液pH值在1.5至6.O之间变化,其他条件不变.随着pH值的增大,2种吸附剂对Pb”离子和Cd2+离子的吸附量都经历了先增加再降低的过程.综合比较,发现简青霉对2种金属离子都有较强的吸附能力.溶液pH值较低时,大量的H+和H,O+与金属离子竞争吸附位或认为影响了离子交换反应平衡(Me一十咒HR一一MeR。+,zH+)使吸附减弱旧’.随着pH值的增大,oH一离子浓度升高而改变了细胞壁表面的电性,使吸附带正电的金属离子变得容易.f/hFig.4EffectofpHpH,1叻∞Eg心图4溶液pH对Cd2+吸附的影响onbiosorptionofCd2+但是pH值很大时,金属离子易形成沉淀从而干扰图5Fig.5吸附时间对Pb2+吸附的影响Effectoftimeon吸附,使得吸附减弱.2种吸附剂吸附Pb2+离子最佳pH值均为5.0,吸附Cd2+离子时均为3.0.之前研究也表明,对大多数金属离子而言,生物吸附的最佳pH范围为5~9[91,还有研究发现真菌吸附重金属离子的最佳pH范围在4~6[1引.图3,图4也表明简青霉对Pb2+离子的吸附量比黑曲霉大,而对Cd2+离子的吸附二者没有显著的差异。biosorptionofPb2+£fh图6吸附时间对Cd2+吸附的影响Fig,6Effect0ftimeonbiosorptionofPb2+,譬2.1.4共存离子的影响实验考察了zn2+离子和Cd2+离子的存在对Pb2+离子吸附的影响.此时Pb2+离子,Zn2+离子和Cd2+离子的质量浓度分别为50mg几,50mg几和5pH箸吾mg/L,吸附数据见表1和表2.明显可以看出其他图3溶液pH对Pb2+吸附的影响Fig.3EffectofpHon金属离子的存在均减弱了吸附剂对Pb2+的吸附.死菌体的生物吸附主要依靠其细胞壁表面有限的化学基团,共存离子的加入会增加吸附位点上的竞争吸附,导致多种金属离子存在时的吸附量较单独吸附时降低.对2种霉菌吸附剂来说,Cd”离子对‘Pb2+离子吸附的影响比Zn2+离子的影响要大,可能是由于吸附Cd2+离子的化学基团与吸附Pb2+离子的化学基团较为一致使得这2种离子竞争吸附位的情况更为严重.表lbiosorptionofPb2+2.1.3吸附时间对吸附的影响温度为30℃,铅离子和镉离子溶液的pH分别调整为5和3,吸附量随时间的变化见图5和图6.起初Pb2+离子的吸附很快且随着时间的增加而增加,大约4h达到平衡,之后上升较缓慢并且随后略有下降,黑曲霉和简青霉对Pb2+离子的最大吸附量分别达到了29.07mg儋和36.65mg儋.C矿+离子吸附随时间的变化趋势略有不同,初步认为是由于菌体表面Cd2+离子解吸行为的参与.两种霉菌对Cd2+离子的吸附4h达到最大值,分别为26mg儋和26。5mg/g,但是随后由于解吸使得溶液中金属甄再孬i万1万了孬-再巧西F瓦F五万而Pb2+for共存离子对黑曲霉吸附剂吸附Pb”离子的影响Tab.1Effectofco-io粥帆bi鸺OrptionofAsp咄订ZHs雄f妙19.35坚附蓦i31.125tIrg’g‘,28.4518.675离子质量浓度上升即吸附量减小.万方数据 74湖南大学学报(自然科学版)表2共存离子对简青霉吸附剂吸附Pb2+离子的影响Tab.2Effectofco-ionson力,将两者相比发现,新材料简青霉与黑曲霉有相似的吸附能力,说明其在重金属吸附领域有较好的应用前景.分析了对吸附影响的几个因素以及吸附模型.最佳条件下,黑曲霉和简青霉对Pb2+离子的吸附量分别达到了29.07mg儋和36.65mg儋,而对Cd2+离子分别为26mg儋和26.5mg儋.Zn2+和Cd2+离子的存在均降低了2种吸附剂对Pb2+离子的吸附量.2种材料对Pb”离子的吸附都符合Langmuir等温线模型;对Cd”离子的吸附都更为符合Freundlich等温线模型.用1mol/L的HNO:溶液对吸附有Pb2+离子的吸附剂进行解吸,解吸率对黑曲霉和简青霉分别可达77.4%和92.3%.新材料简青霉的吸附能力得到证实,将可能成为广泛用于吸附研究和应用的菌种.biosorptionofPb2+forPeHfc£“£Hmsimpfjfc£ssimHm2.1.5吸附模型应用线性回归法分别以Langmuir等温式和Freundlich等温式对吸附数据拟合得吸附等温模型,并通过计算得到各项等温线参数列于表3和表4中.比较相关系数r2的值可以得出:在所研究的温度(28℃)和质量浓度范围(Pb2+和Cd2+离子质量浓度均为75~300mg几)内,2种吸附材料对Pb”离子的吸附明显更符合Langmuir等温线模型,说明该吸附过程以单层吸附为主.而它们吸附Cd2+离子过程用Freundlich等温线模型来描述更为合适,二者的K,和咒值非常接近,也验证了之前表现的2种霉菌吸附剂Cd2+离子吸附量的相近.表3Tab.3参考文献[1]唐莉,李家熙.藻吸附金属离子的研究——斜生栅藻富集金[J].岩矿测试,1994,13(3):161—167.TANGL,LIJX.StudiesontheaccumulationofmetaIionsbyPb2+吸附等温线参数algaeuptakeandof901d(Ⅲ)withScenedesmusObliqnus[J].RockAdsorptionisOthermparametersforPb2+MineralAnalysis,1994,13(3):16l—167.(InChinese)[2]董新娇,俞林伟,朱聪.真菌对铜离子生物吸附的研究[j].城市环境与城市生态,2003,16(2):13一15.DONGXJ,YULW,ZHUC.Studyonbiosorptionof∞pper(II)ionbyCladosporiumsp.[J].UrbanEnvironment&Urban[3]Chinese)王亚雄,郭瑾珑,刘瑞霞.微生物吸附剂对重金属的吸附特性[J].环境科学,200l,22(6):72—75.Ecology,2003,16(2):13—15.(InWANGYX,GUo表4Tab.4cd2+吸附等温线参数byforCd2+bacteriaisolatedJL,LlURfromactivatedX.BioSorptionofheavymetalssci.sludge[J].En、,ironmentalAdsOrptioniSOthe哪parametersence,200l,22(6):72~75.(InChineSe)[4]张秀丽,刘月英贵、重金属的生物吸附[J].应用与环境生物学报,2002,8(6):668~671.ZHANGXL,LIUYY.BioSorptionEnvironofpreciousandheavymet.als[J].ChinJApplChinese)15]KADUKOVAtweencopperBiol,2002,8(6):668—671.(Inj,VIRCIKOVAbioaccumulationE.C帆pariSonofdifferencesbe—andbioSorption[J].EnvironmentInternational.2005.31:227—232.2.2解吸实验解吸对于吸附剂和重金属的回收利用有着重要的意义.之前有一些研究使用HN0、作为解吸附剂且很多达到了很好的解吸附效果H1|.其解吸附机理主要是酸性溶液中吸附于表面的金属离子可能会被氢离子取代而回到溶液中使吸附剂再生.实验采用1m01/L[6]sorbscopperPRICEMS,CLASSENJJ,PAYNEGA.Aspergillusnigerab.andzincfromswinewastewaterJ】.BioresourceTechnology,20叭,77:41—49.[7]刘月英,傅锦坤,李仁忠,等.细菌吸附Pb2+的研究[J].微生物学报,2000,40(5):535—539.LIUYP∥+byY,FUJK,LIRZ,以口Z.Studiesonbiosorptionofbacteria[J].ActaMicrobiologicaSinica,2000,40(5):。535—539.(InChinese)[8INOI眼BAKHSHMciUuS唧tionofCrb+,P酽+a11dsp….cheH证calN,KILLCARSI,ANS,ILHANS,订nf.Bio.ndustrialwastewateronBa.C∥+ionsinHNO,解吸,得到黑曲霉、简青霉死菌体吸E119ineedngJoIlnlal,2002,85:35卜355.thebioSorption附的Pb2+离子的解吸率分别为77.4%和92.3%.因此,简青霉比黑曲霉更容易洗脱和再生,能更好地应用于实际.3[9]王建龙,韩英健,钱易.微生物吸附金属离子的研究进展[J].微生物学通报,2000,27(6):449—452.WANGJhea”yL,HANYJ,QIANY.Advancesinofmetals[J].Micmbiology,2000,27(6):449—452.(InChinese)结论初步研究了黑曲霉和简青霉对Pb2+和Cd2+离子的吸附.结果表明2种真菌都具有较强的吸附能[10]张汉渡,王力,沙涛,等.从铅锌矿渣中分离的微生物对重金属吸附特性的研究[J].微生物学杂志,2004,24(5):34—37.ZHANGHB,WANGL,SHAT,甜口Z.Absorptionofheavymet矗lSbymicroorganjsmsis01atedfrom1ead,zinctailing【J].Jou卜nalofMicrobioIogy,2004,24(5):34—37.(1nChinese)【11]GONGRM,DINGY,LIUHJ,甜nZ.LeadbioSorptionanddeS0rptionbyin妇ctandpretreatedspirulinamaximabiomassI1.Chenlosphere,2005,58:125一130.万方数据 真菌吸附重金属离子的研究
作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):被引用次数:
刘云国, 冯宝莹, 樊霆, 潘翠, 彭立君, LIU Yun-guo, FENG Bao-ying, FAN Ting, PAN Cui, PENG Li-jun
湖南大学,环境科学与工程学院,湖南,长沙,410082湖南大学学报(自然科学版)
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