免费文献传递   相关文献

穗花狐尾藻铅吸附特征与机理



全 文 :第 26 卷 第 8 期
2013 年 8 月
环 境 科 学 研 究
Research of Environmental Sciences
Vol. 26,No. 8
Aug.,2013
李国新,颜昌宙,赵超,等.穗花狐尾藻铅吸附特征与机理[J].环境科学研究,2013,26(8) :892-898.
LI Guoxin,YAN Changzhou,ZHAO Chao,et al. Characteristics and mechanisms of lead biosorption on Myriophyllum spicatum[J]. Research of Environmental
Sciences,2013,26(8) :892-898.
收稿日期:2013 - 04 - 19 修订日期:2013 - 06 - 06
基金项目:福建省自然科学基金项目(2012J05030) ;国家自然科学基
金项目(50909084,51008262)
作者简介:李国新(1981 -) ,男,湖北公安人,助理研究员,博士,从事
城市水环境生态与修复研究,thomaskiki@ 163. com.
穗花狐尾藻铅吸附特征与机理
李国新1,颜昌宙2,赵 超1,王 蕾1
1.厦门理工学院环境科学与工程学院,福建 厦门 361024
2.中国科学院城市环境研究所,福建 厦门 361021
摘要:为探讨沉水植物对低浓度重金属废水的吸附特征,研究了不同重金属质量浓度及 pH影响下,穗花狐尾藻鲜样在单一、二
元和三元金属离子体系中对 Pb2 +的生物吸附特征及吸附机理. 结果表明,在单一 Pb2 +体系中,穗花狐尾藻对 Pb2 +的吸附能力随
pH的升高而增强;当初始 ρ(Pb2 +)为 100 mgL、初始 pH为 6. 5 时,Pb2 +吸附率可达 80. 95% . Cu2 +和 Zn2 +的存在负向干扰穗花
狐尾藻对 Pb2 +的吸附;当初始 ρ(Cu2 +)和 ρ(Pb2 +)均为 250 mgL时,Cu2 +干扰下 Pb2 +吸附量降低为单一体系中 Pb2 +吸附量的
62. 40% . Sips和 Langmuir模型的拟合效果优于 Freundlich模型. 根据 Langmuir模型模拟,穗花狐尾藻对 Pb2 +的理论最大吸附量
(qmax)可达 52. 12 mgg. 红外光谱分析表明,—OH、—C = O、—COOH、C—O及 C—H为主要作用基团. 吸附 Pb
2 +后,溶液中矿质
元素含量增加,ρ(Ca2 +)和 ρ(Mg2 +)与初始 ρ(Pb2 +)达到极显著正相关(RCa2 + = 0. 943,P < 0. 01;RMg2 + = 0. 915,P < 0. 01). Pb
2 +
更易与 Ca2 +和 Mg2 +产生离子交换而被吸附.
关键词:吸附;竞争干扰;铅;穗花狐尾藻
中图分类号:X703. 1 文献标志码:A 文章编号:1001 - 6929(2013)08 - 0892 - 07
Characteristics and Mechanisms of Lead Biosorption on Myriophyllum Spicatum
LI Guo-xin1,YAN Chang-zhou2,ZHAO Chao1,WANG Lei1
1. College of Environmental Science and Technology,Xiamen University of Technology,Xiamen 361024,China
2. Institute of Urban Environment,Chinese Academic of Sciences,Xiamen 361021,China
Abstract:In order to examine the biosorptive characteristics of submerged aquatic plants on heavy metals with low concentration,batch
experiments were conducted to assess the biosorptive characteristics of Pb2 + in fresh tissues of Myriophyllum spicatum for single,binary
and ternary solutions at different initial concentrations and pH values. The mechanism for Pb2 + biosorption was further discussed. For
single Pb2 + solution,the experimental results showed that the biosorptive capacity for M. spicatum increased with increasing pH. The
biosorptive efficiency reached to 80. 95% when initial concentration of Pb2 + was 100 mgL under the condition of pH 6. 5. Both Cu2 + and
Zn2 + for M. spicatum had adverse effects of Pb2 + biosorption. When initial concentrations of Pb2 + and Cu2 + were 250 mgL,the
biosorptive capacity for Pb2 + decreased to 62. 40% of that in single Pb2 + solution. Sips and Langmuir models were used to simulate on
Pb2 + biosorption onto M. spicatum better than using Freundlich model. The Langmuir isotherm parameter,qmax,indicated that the
maximum biosorptive capacity of Pb2 + on M. spicatum could reach to 52. 12 mgg. The FTIR spectra of M. spicatum showed that the
possible functional groups responsible for Pb2 + binding were —OH,—C = O,—COOH,C—O and C—H. The concentrations of mineral
elements in solution increased after Pb2 + biosorption,and there were extreme significant positive correlations between the concentrations of
Ca2 +,Mg2 + and that of Pb2 +(RCa2 + = 0. 943,P < 0. 01;RMg2 + = 0. 915,P < 0. 01). Pb
2 + can more easily exchanged with divalent
elements such as Ca2 + and Mg2 + for their biosorption.
Key words:biosorption;competitive interference;lead;Myriophyllum spicatum
生物吸附法是利用廉价的生物材料对重金属进
行吸附,具有吸附量大、吸附速度快等优点[1-3],适宜
较低质量浓度(< 100 mgL)重金属废水的处理. 常
用的生物吸附材料主要包括细菌、真菌、藻类和农林
废弃物等[4-6]. 水生植物〔如凤眼莲(Eichhornia
DOI:10.13198/j.res.2013.08.89.ligx.001
第 8 期 李国新等:穗花狐尾藻铅吸附特征与机理
crassipes)[7]、金鱼藻(Ceratophyllum demersum)[8]、轮
叶黑 藻 (Hydrilla verticillata)[9]、龙 须 眼 子 菜
(Potamogeton pectinatus)[10]等〕对重金属有很强的吸
附能力. 在我国,沉水植物穗花狐尾藻(Myriophyllum
spicatum)较为常见[11],广泛存在于湖泊及水沟中,用
它作为吸附材料来源广泛且价格低廉,然而穗花狐尾
藻对 Pb的吸附研究鲜见报道. Pb、Cu、Zn 是人类生
产活动中应用较多的重金属元素,目前对其生物吸附
研究较多集中在对单一离子的吸附特性上,而实际含
重金属的工业废水中往往同时存在多种重金属离
子[12],目前的文献报道中对溶液中多种重金属离子
的竞争干扰研究较少.
笔者研究了单一及 Cu2 +和 Zn2 +干扰条件下,穗
花狐尾藻对 Pb2 +的等温吸附特征及竞争吸附规律,
同时采用 SEM(扫描电子显微镜)、EDS(X 射线能
谱)及 FTIR(傅里叶变换红外光谱)等仪器分析,考
察吸附 Pb2 +前后植物叶片的表面形态变化、矿质元
素含量变化及起作用的关键基团等,探讨 Pb2 +的生
物吸附机理,以期为开发利用沉水植物治理与控制水
污染提供依据.
1 材料与方法
1. 1 材料
穗花狐尾藻在实验室培养 2 周后,截取新鲜、形
态较一致的约 10 cm长的顶枝,用 3%的 HCl溶液浸
洗后再用去离子水冲洗,晾干植物表面水分后备用.
用分析纯 Pb (NO3)2、Cu (NO3)2·3H2O 和
Zn(NO3)2·6H2O配制 ρ(Pb
2 +)、ρ(Cu2 +)和 ρ(Zn2 +)
分别为 1 000 mgL的储备液,置于 1 000 mL 容量瓶
中备用.
1. 2 试验方法
1. 2. 1 Pb2 +吸附动力学
取初始 ρ(Pb2 +)为 100 mgL 的溶液 100 mL 置
于 200 mL 锥形瓶中,用 1 molL HNO3 或 0. 1 molL
NaOH溶液调节 pH为 5. 0 ~ 6. 0,最后加入 1. 5 g(以
鲜质量计)穗花狐尾藻,将锥形瓶置于摇床中振荡
〔200 rmin,(25 ± 1)℃〕,分别于 5、10、20、30、45、60、
120、150 min取出,过滤,将植物从溶液中分离后测定
滤液中 ρ(Pb2 +). 每个时间点作 3 个平行.
1. 2. 2 pH的影响
取初始 ρ(Pb2 +)为 100 mgL 的溶液 100 mL 置
于 200 mL锥形瓶中,调节 pH 分别为 2. 0、3. 0、4. 0、
5. 0、6. 0、6. 5,加入 1. 5 g(以鲜质量计)穗花狐尾藻,
将锥形瓶置于摇床中振荡〔200 rmin,(25 ± 1)℃〕
120 min,过滤,将植物从溶液中分离后测定滤液中
ρ(Pb2 +).
1. 2. 3 竞争干扰吸附试验
配制 5 组不同的重金属溶液:试验组 1,单一
Pb2 +溶液;试验组 2,Pb2 +和 Zn2 +的二元溶液,其中
ρ(Zn2 +)均为 30 mgL;试验组 3,Pb2 +和 Cu2 +的双组
分溶液,其中 ρ(Cu2 +)均为 30 mgL;试验组 4,Pb2 +、
Cu2 +、Zn2 +三元溶液,其中 ρ(Cu2 +)和 ρ(Zn2 +)均为
30 mgL;试验组 5,Pb2 + 和 Cu2 + 的二元溶液,其中
ρ(Cu2 +)= ρ(Pb2 +). 5 组溶液中,初始 ρ(Pb2 +)均分
别为 10、50、100、150、200 和 250 mgL. ρ(Cu2 +)及
ρ(Zn2 +)根据预试验确定. 取 100 mL 溶液置于 200
mL锥形瓶中,加入 1. 5 g(以鲜质量计)穗花狐尾藻,
将锥形瓶置于摇床中振荡〔200 rmin,(25 ± 1)℃〕
120 min后过滤,将植物从溶液中分离后测定滤液中
ρ(Pb2 +).
1. 3 分析检测方法
1. 3. 1 叶片扫描及能谱分析
取 100 mgL 的 Pb2 + 处理前后叶片中段,采用
JE - OL5610LV高分辨率扫描电子显微镜(日本 JEOL
公司)进行表面形态扫描,采用 JSM - 5000 软件进行
成像分析;采用 VANTAGE 型 X 射线能谱仪(美国
Noran公司)进行能谱扫描,工作距离为 8. 7 mm,电压
为 5. 0 kV,系统自带软件对元素相对含量进行分析.
1. 3. 2 傅里叶红外谱图分析
分别取吸附 Pb2 +前后的叶片,置于恒温(70 ℃)
烘箱内烘干 72 h,取适量样品研磨成粉末,然后采用
KBr压片法进行傅里叶红外仪器分析.
1. 3. 3 数据处理
试验结果均用平均值 ±标准偏差表示. 回归分
析采用 Origin 8. 0 软件,相关性分析采用 SPSS 18. 0
软件.
Pb2 +吸附量的计算方法为
q = (c0 - ct)·VW (1)
Pb2 +吸附率计算方法为
Pb2+ 吸附率 = (c0 - cf)c0 × 100% (2)
式中:q 为 Pb2 +的吸附量,mgg;c0 为初始 ρ(Pb
2 +) ,
mgL;ct 为吸附 t min 后溶液中 ρ(Pb
2 +) ,mgL;cf 为
吸附平衡时溶液中 ρ(Pb2 +) ,mgL;V 为溶液体积,L;
W为植物样品的干质量,g.
2 结果与讨论
2. 1 吸附动力学研究
吸附平衡时间是生物吸附实际应用中重要的参
398
环 境 科 学 研 究 第 26 卷
数之一[13]. 穗花狐尾藻对 Pb2 +的吸附量随时间变化
如图 1 所示. 由图 1 可见,在吸附初期的 20 min 内,
Pb2 +吸附量随时间的增加而增大. Pb2 +在接触到穗
花狐尾藻后被迅速吸附,10 min内有 65. 66%的 Pb2 +
被吸附,此时 Pb2 +的吸附量(q = 35. 29 mgg)达到平
衡吸附量的 85. 05% . 20 min 后,吸附量趋于稳定.
为确保吸附反应达到平衡,选取 120 min 作为吸附的
平衡时间.
图 1 接触时间对穗花狐尾藻 Pb2 +
吸附的影响
Fig. 1 Effect of contact time on the biosorption
of Pb2 + onto M. spicatum
伪二级动力学方程常用来描述生物吸附材料对
重金属的吸附,该方程可以描述为[14]
dqt
dt = k(qe - qt)
2 (3)
式中:k为伪二级动力学常数,g(mg·min) ;qe 为平衡
吸附量,mgg;qt 为 t 时刻重金属的吸附量,mgg. 式
(3)可以变形为[15]
t
qt
= tqe
+ 1
qe
2k
(4)
以 tqt 对 t作图可得直线方程,其截距为 1(kqe
2) ,斜
率为 1qe,从而可以确定常数 qe 和 k.
由图 2 可见,试验数据与模型方程有很好的一致
性. tqt 随 t的增加而增大,决定系数可达 0. 999 8,
这表明伪二级动力学方程能很好地描述穗花狐尾藻
对 Pb2 +的吸附动力学特征. 初期的快速吸附反应可
归因于穗花狐尾藻鲜样表面大量的活性反应位点.
随着反应的进行,位点逐渐被 Pb2 +所占据,吸附速率
减缓,同时 Pb2 +的解吸行为增加,最终达到吸附 -解
吸的平衡. 从斜率和截距分别计算出 qe(41. 49 mgg)
和 k〔0. 015 g(mg min)〕,qe 的计算值与实测值
(41. 14 mgg)有很好的一致性.
图 2 穗花狐尾藻 Pb2 +吸附的伪
二级动力学模拟
Fig. 2 Pseudo-second order kinetic of the
biosorption of Pb2 + onto M. spicatum
2. 2 pH对 Pb2 +吸附率的影响
对大多数吸附过程而言,pH是影响吸附效果的决
定因素[16-17]. 不同 pH下穗花狐尾藻对 Pb2 +的吸附率
如图 3所示. 在 ρ(Pb2 +)为 100 mgL 条件下,pH为 2
时 Pb2 +吸附率仅为 37. 07% . 随着 pH的升高,吸附率
逐渐增大,在 pH为 6. 5 时,吸附率增大至 80. 95%,此
时 Pb2 +吸附量达 43. 42 mgg. pH 对穗花狐尾藻的
Pb2 +吸附率有较大影响. 究其原因,在低 pH 条件下,
H3O
+与 Pb2 +争夺吸附位点,同时阻碍活性基团的解
离,部分起作用的主要官能团(如—COOH)将会质子
化,致使吸附量降低[18-19]. 当 pH 为 6. 5 时 Pb2 +吸附
率最高,可能是 pH改变了 Pb2 +在溶液中的存在形态,
形成微沉淀,从而增加了穗花狐尾藻对 Pb2 +的吸附
量. 再提高 pH,Pb2 +将形成大量的化学沉淀而去除.
图 3 溶液 pH对穗花狐尾藻 Pb2 +
吸附率的影响
Fig. 3 Effect of solution pH on Pb2 + biosorptive
efficiency onto M. spicatum
2. 3 吸附平衡方程
常用的等温吸附方程有 Langmuir 模型、Sips 模
498
第 8 期 李国新等:穗花狐尾藻铅吸附特征与机理
型和 Freundlich模型等[20].
Langmuir模型:
qe =
bceqmax
1 + bce
(5)
式中:ce 为金属离子在液相中的平衡浓度,mgL;qmax
为理论最大吸附容量,mgg;b 为 Langmuir 常数,
Lmg.
Freundlich模型:
qe = Kce
1n (6)
式中,K、n在一定温度下对指定体系而言是常数.
Sips模型结合了 L型和 F型吸附等温式特征,其
表达式:
qe =
KLFce
nLF
1 + (aLFce)
nLF
(7)
式中,KLF、aLF和 nLF是 3 个常数.
穗花狐尾藻 Pb2 +吸附等温线见图 4. 由图 4 可
见,单一 Pb2 +组分下,随着水体中 ρ(Pb2 +)的增加,
Pb2 +吸附量增大. 这是由于 ρ(Pb2 +)增大,与穗花狐
尾藻接触的 Pb2 +增多,单位质量穗花狐尾藻吸附的
Pb2 +增大. 随着平衡浓度的增加,吸附剂趋于饱和,
致使吸附量的变化趋于平缓[21]. 分别采用上述模型
非线性回归分析单一组分下 Pb2 +的吸附数据,各模
型参数及 R2(决定系数)如表 1 所示.
图 4 单一组分、双组分、三组分条件下穗花狐尾藻
对 Pb2 +的吸附等温线
Fig. 4 Equilibrium isotherm data for Pb2 + biosorption
by M. spicatum in single,binary and ternary solutions
从 R2 可以看出,Sips 和 Langmuir 模型的 R2 均大
于 Freundlich模型,并且 Langmuir 模型的 qmax与试验
数据较为吻合,相比 Freundlich 而言,Sips 和 Langmuir
模型有着较好的拟合效果,同时也说明穗花狐尾藻对
Pb2 +的吸附属于单层吸附,Pb2 +理论最高吸附量可达
52. 12 mgg. 相较其他类型的吸附剂,穗花狐尾藻表现
出较强的 Pb2 +吸附性能[22-25].
表 1 穗花狐尾藻 Pb2 +吸附的 Langmuir、Freundlich
和 Sips模型参数
Table 1 Isotherm parameters for Langmuir,Freundlich and Sips
models of Pb2 + biosorption by M. spicatum
模型 参数 参数值 R2
Freundlich
K 13. 21
0. 967
n 0. 29
Langmuir
b(Lmg) 0. 12
0. 995
qmax (mgg) 52. 12
aLF 0. 11
Sips KLF 10. 40 0. 997
nLF 0. 79
2. 4 Cu2 +、Zn2 +竞争干扰对 Pb2 +吸附的影响
金属离子间的竞争会影响生物吸附剂对 Pb2 +的
吸附量. 由图 4 可见,Pb2 +吸附干扰的强烈顺序为试
验组 5 >试验组 3 >试验组 2 >试验组 4. 在试验组 5
〔ρ(Cu2 +)= ρ(Pb2 +)〕条件下,Pb2 +的吸附量显著降低
〔当 ρ(Cu2 +)= ρ(Pb2 +)= 250 mgL 时,Cu2 +干扰下
Pb2 +的吸附量降低为试验组 1吸附量的 62. 40%〕.
在二元水环境中,Cu2 +、Zn2 +与 Pb2 +的竞争比较
明显,但在三元水环境中,穗花狐尾藻对 Pb2 +的吸附
能力与二元环境相差不大,这可能是由于 Cu2 + 和
Zn2 +同时存在,Cu2 +和 Zn2 +间的相互竞争减轻了对
Pb2 +的作用,而且 Cu2 +和 Zn2 +也有很多相近之处,如
原子半径、分子量及电荷特性等,这 2 种性质相近的
离子共同竞争植物表面的活性位点,因而共同作用时
彼此竞争,并不会显著降低对 Pb2 +的吸附量.
2. 5 叶片表皮细胞形态及扫描能谱分析
吸附量与植物材料的表面细胞形态息息相
关[26],同时各类元素含量对重金属吸附性能也有着
重要的决定作用[27]. 吸附 Pb2 +前后穗花狐尾藻叶片
表皮细胞形态如图 5 所示. 由图 5 可见,正常的穗花
狐尾藻植株健壮,叶片表皮细胞均呈规则的长方形,
而且颗粒饱满、分布均匀. 吸附 Pb2 +后,细胞内外的
离子交换使得细胞明显干瘪及变形,细胞内膜系统的
完整性遭到破坏.
吸附 Pb2 +前后穗花狐尾藻叶片扫描能谱如图 6
所示. 从图 6 可见,穗花狐尾藻富含 C、O 等元素,这
为基团络合重金属提供可能. 植物叶片在吸附 Pb2 +
后,矿质元素 K、Na、Ca、Mg 等含量明显下降,表明
Pb2 +因产生离子交换而被吸附[28]. Ca含量下降最显
著,表明相较其他矿质元素,Ca2 +更易于与 Pb2 +产生
离子交换.
598
环 境 科 学 研 究 第 26 卷
图 5 吸附 Pb2 +前后穗花狐尾藻叶片表面细胞形态变化
Fig. 5 SEM images of epidemis cells in M. spicatum before and after biosorption of Pb2 +
图 6 吸附 Pb2 +前后穗花狐尾藻叶片扫描能谱
Fig. 6 Energy spectra of M. spicatum before
and after biosorption of Pb2 +
2. 6 离子交换性能
为进一步探明矿质元素与 Pb2 +的交换性能,分
析了单一 Pb2 +吸附平衡后,溶液中被交换出来的矿
质元素含量变化,结果如表 2 所示. 可见,随着
ρ(Pb2 +)的增加,溶液中 ρ(K +)、ρ(Na +)、ρ(Ca2 +)、
ρ(Mg2 +)增大. 其中 ρ(Ca2 +)和 ρ(Mg2 +)与初始
ρ(Pb2 +)达到极显著正相关(RCa2 + = 0. 943,P < 0. 01;
RMg2 + = 0. 915,P < 0. 01) ,ρ(K
+)和 ρ(Na +)与初始
ρ(Pb2 +)达到显著正相关(RK + = 0. 831,P < 0. 05;
RNa + = 0. 770,P < 0. 05) ,说明相对 K
+和 Na +,Ca2 +
和 Mg2 +与 Pb2 +的离子交换性能更好.
2. 7 傅里叶红外谱图分析
吸附 Pb2 +前后穗花狐尾藻叶片红外光谱如图 7
所示. 由图 7 可见,叶片富含—OH、—NH2、C—O 和
C O等多种活性基团[29]. 吸收峰 3 398 cm -1代
表—OH和—NH2 基团;2 926 cm
-1代表 C—H 基团;
吸收峰 1 654 cm -1代表 C O 键的伸缩振动,代表
— C O基团;吸收峰 1 425 cm -1代表—COOH基团;
吸收峰1 067 cm -1代表 C—OH键的伸缩振动. 对比
表 2 穗花狐尾藻吸附 Pb2 +后溶液中矿质元素的含量
Table 2 Concentrations of mineral element in solution
after Pb2 + biosorption by M. spicatum
初始 ρ(Pb2 +)
(mgL)
ρ(mgL)
K + Na + Ca2 + Mg2 +
0 2. 23 ± 0. 21 0. 82 ± 0. 32 0. 36 ± 0. 08 0. 43 ± 0. 15
10 1. 99 ± 0. 11 0. 91 ± 0. 13 0. 84 ± 0. 14 0. 87 ± 0. 04
50 2. 06 ± 0. 02 0. 81 ± 0. 32 3. 56 ± 0. 22 1. 76 ± 0. 83
100 2. 26 ± 0. 20 0. 84 ± 0. 18 7. 81 ± 0. 33 3. 69 ± 0. 44
150 2. 63 ± 0. 27 0. 96 ± 0. 21 10. 21 ± 0. 51 4. 25 ± 0. 22
200 2. 95 ± 0. 48 1. 29 ± 0. 07 11. 75 ± 0. 09 4. 57 ± 0. 31
250 2. 69 ± 0. 22 1. 40 ± 0. 14 12. 71 ± 0. 08 5. 20 ± 0. 05
吸附 Pb2 +前后的红外谱图可以发现,吸附 Pb2 +后,
—COOH和—OH偏移到较低的吸收峰值上,这是基
团和 Pb2 +发生络合作用的结果[5,30]. 同时在吸收峰
1 425 cm -1(代表—COOH)、2 926 cm -1(代表 C—H)
和 1 240 cm -1(代表 C—O)处,透光率明显下降,表明
在穗花狐尾藻吸附 Pb2 + 的过程中,—OH、— C O、
—COOH、C—O、C—H为起作用的主要基团.
a—原叶片;b—Pb2 +处理
图 7 穗花狐尾藻叶片吸附 Pb2 +前后
红外谱图对比
Fig. 7 FTIR spectra of M. spicatum before
and after biosorption of Pb2 +
698
第 8 期 李国新等:穗花狐尾藻铅吸附特征与机理
3 结论
a)与 Freundlich 模型相比,Sips 和 Langmuir 模
型能更好地拟合穗花狐尾藻对 Pb2 +的吸附过程,R2
分别可达 0. 997 和 0. 995,理论最大吸附量(52. 12
mgg)与实测值(51. 17 mgg)有很好的一致性.
Cu2 +、Zn2 +负向干扰穗花狐尾藻对 Pb2 +的吸附. 三
元水环境中,穗花狐尾藻对 Pb2 +的吸附能力与二元
环境相差不大.
b)穗花狐尾藻 Pb2 +吸附存在多种作用机理. 对
Pb2 + 吸附起作用的主要基团为—OH、— C O、
—COOH、C—O及 C—H. 吸附 Pb2 +后溶液中矿质元
素含量增加,ρ(Ca2 +)和 ρ(Mg2 +)与初始 ρ(Pb2 +)达
到极显著正相关,Pb2 +因产生离子交换而被吸附,并
且相较 K +和 Na +,Ca2 +和 Mg2 +更易于与 Pb2 +发生
离子交换.
c)穗花狐尾藻对 Pb2 +的吸附符合伪二级动力
学方程,R2 可达 0. 999 8,qe 的计算值(41. 49 mgg)
与实测值(41. 14 mgg)有很好的一致性.
d)pH 显著影响穗花狐尾藻对 Pb2 +的吸附. 在
初始 ρ(Pb2 +)为 100 mgL条件下,pH为 2 时 Pb2 +吸
附率仅为 37. 07% . H3O
+和 Pb2 +之间存在着强烈的
竞争吸附,并且官能团(如—COOH)的质子化使得吸
附率显著下降.
参考文献(References):
[1] PLAZA C J,BERNARDELLI C,VIERA M,et al. Zinc and cadmium
biosorption by untreated and calcium-treated Macrocystis pyrifera in
a batch system[J]. Bioresource Technology,2012,116:195-203.
[2] ARECO M M,HANELA S,DURAN J,et al. Biosorption of Cu
(Ⅱ) ,Zn(Ⅱ) ,Cd(Ⅱ)and Pb(Ⅱ)by dead biomasses of green
alga Ulva lactuca and the development of a sustainable matrix for
adsorption implementation[J]. J Hazard Mater,2012,213214:
123-132.
[3] SUBBAIAH M V,YUVARAJA G,VIJAYA Y,et al. Equilibrium,
kinetic and thermodynamic studies on biosorption of Pb(Ⅱ)and Cd
(Ⅱ)from aqueous solution by fungus(Trametes versicolor)biomass
[J]. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers,2011,
42(6) :965-971.
[4] BLAZQUEZ G,MARTIN-LARA M A,DIONISIO-RUIZ E,et al.
Copper biosorption by pine cone shell and thermal decomposition
study of the exhausted biosorbent[J]. Journal of Industrial and
Engineering Chemistry,2012,18(5) :1741-1750.
[5] BERMUDEZ Y G,RICO I L R,GUIBAL E,et al. Biosorption of
hexavalent chromium from aqueous solution by Sargassum muticum
brown alga:application of statistical design for process optimization
[J]. Chemical Engineering Journal,2012,183:68-76.
[6] OMOROGIE M O,BABALOLA J O,UNUABONAH E I,et al.
Kinetics and thermodynamics of heavy metal ions sequestration onto
novel Nauclea diderrichii seed biomass [ J]. Bioresource
Technology,2012,118:576-579.
[7] KOMY Z R,ABDELRAHEEM W H,ISMAIL N M. Biosorption of
Cu2 + by Eichhornia crassipes:physicochemical characterization,
biosorption modeling and mechanism[J]. Journal of King Saud
University-Science,2013,25(1) :47-56.
[8] KESKINKAN O,GOKSU M Z L,BASIBUYUK M. Heavy metal
adsorption properties of a submerged aquatic plant (Ceratophyllum
demersum) [J]. Bioresource Technology,2004,92(2) :197-200.
[9] LI Guoxin,YAN Changzhou,ZHANG Dandan,et al. Cadmium(Ⅱ)
biosorption from aqueous solutions using Hydrilla verticillata[J].
The Canadian Journal of Chemical Engineering,2013,91(6) :
1022-1030.
[10] 周理程,彭克俭,刘益贵,等.基于 Cu2 +吸附的龙须眼子菜的改
性[J].环境化学,2010,29(5) :927-931.
[11] 李国新,薛培英,李庆召,等. pH对穗花狐尾藻吸附重金属镉的
影响[J].环境科学研究,2009,22(11) :1329-1333.
[12] LIU C,BAI R,LY Q S. Selective removal of copper and lead ions
by diethylenetriamine-functionalized adsorbent:behaviors and
mechanisms[J]. Water Res,2008,42(67) :1511-1522.
[13] KESKINKAN O,GOKSU M Z L,YUCEER A,et al. Heavy metal
adsorption characteristics of a submerged aquatic plant
(Myriophyllum spicatum) [J]. Process Biochemistry,2003,39(2) :
179-183.
[14] HO Y S,MCKAY G. Pseudo-second order model for sorption
processes[J]. Process Biochemistry,1999,34(5) :451-465.
[15] SCHIEWER S,BALARIA A. Biosorption of Pb2 + by original and
protonated citrus peels:equilibrium,kinetics,and mechanism[J].
Chemical Engineering Journal,2009,146(2) :211-219.
[16] SULAYMON A H,EBRAHIM S E,MOHAMMED-RIDHA M J.
Equilibrium,kinetic,and thermodynamic biosorption of Pb(Ⅱ) ,
Cr(Ⅲ) ,and Cd (Ⅱ)ions by dead anaerobic biomass from
synthetic wastewater[J]. Environmental Science and Pollution
Research,2013,20(1) :175-187.
[17] GHORBANI F,YOUNESI H,GHASEMPOURI S M,et al.
Application of response surface methodology for optimization of
cadmium biosorption in an aqueous solution by Saccharomyces
cerevisiae[J]. Chemical Engineering Journal,2008,145(2) :267-
275.
[18] BROOKS C S. Metal recovery from industrial wastes[J]. Journal of
Metals,1986,38(7) :50-57.
[19] YIN P,YU Q,JIN B,et al. Biosorption removal of cadmium from
aqueous solution by using pretreated fungal biomass culture from
starch wastewater[J]. Water Res,1999,33(8) :1960-1963.
[20] SAN A,TUZEN M. Kinetic and equilibrium studies of biosorption
of Pb(Ⅱ)and Cd(Ⅱ)from aqueous solution by macrofungus
(Amanita rubescens)biomass[J]. J Hazard Mater,2009,164(2
3) :1004-1011.
[21] 杨军,张玉龙,杨丹,等.稻秸对 Pb2 +的吸附特性[J].环境科学
研究,2012,25(7) :815-819.
798
环 境 科 学 研 究 第 26 卷
[22] RONDA A,MARTIN-LARA M A,DIONISIO E,et al. Effect of lead
in biosorption of copper by almond shell[J]. Journal of the Taiwan
Institute of Chemical Engineers,2013,44(3) :466-473.
[23] BLAZQUEZ G,CALERO M,HERNAINZ F,et al. Equilibrium
biosorption of lead(Ⅱ)from aqueous solutions by solid waste from
olive-oil production[J]. Chemical Engineering Journal,2010,160
(2) :615-622.
[24] QAISER S,SALEEMI A R,UMAR M. Biosorption of lead from
aqueous solution by Ficus religiosa leaves:batch and column study
[J]. J Hazard Mater,2009,166(23) :998-1005.
[25] CERINO-CORDOVA F J,DIAZ-FLORES P E,GARCIA-REYES R
B,et al. Biosorption of Cu(Ⅱ)and Pb(Ⅱ)from aqueous solutions
by chemically modified spent coffee grains[J]. International Journal
of Environmental Science and Technology,2013,10(3) :611-622.
[26] WITEK-KROWIAK A. Analysis of temperature-dependent
biosorption of Cu2 + ions on sunflower hulls:kinetics,equilibrium
and mechanism of the process[J]. Chemical Engineering Journal,
2012,192:13-20.
[27] MAHMOUD M E,YAKOUT A A,ABDEL-AAL H,et al. Enhanced
biosorptive removal of cadmium from aqueous solutions by silicon
dioxide nano-powder,heat inactivated and immobilized Aspergillus
ustus[J]. Desalination,2011,279(123) :291-297.
[28] GADD G M. Biosorption:critical review of scientific rationale,
environmental importance and significance for pollution treatment
[J]. Journal of Chemical Technology and Biotechnology,2009,84
(1) :13-28.
[29] LI Guoxin,XUE Peiying,YAN Changzhou,et al. Copper biosorption
by Myriophyllum spicatum:effects of temperature and pH[J].
Korean Journal of Chemical Engineering,2010,27(4) :1239-1245.
[30] ARAVINDHAN R,MADHAN B,RAO J R,et al. Bioaccumulation
of chromium from tannery wastewater:an approach for chrome
recovery and reuse[J]. Environ Sci Technol,2004,38(1) :300-
306.
( 责任编辑:郑朔方)
898