全 文 :第12卷第4期
2012年12月
浙江树人大学学报
JOURNAL OF ZHEJIANG SHUREN UNIVERSITY
Vol.12,No.4
Dec.2012
收稿日期:2012-09-07
课题来源:浙江树人大学学生科研项目(2011C1017)
作者简介:杨欢明(1990— ),男,浙江宁波人,浙江树人大学生物与环境工程学院应用化学专业2009级本科生.指导教师:蒋益花.
木本植物杜英废弃物的资源化综合利用研究
杨欢明,唐 顺,毛 峰,蒋益花
(浙江树人大学 生物与环境工程学院,浙江 杭州310015)
摘 要:以杜英叶为原料提取红色素,其固体废弃物制备成生物吸附剂材料,对其生物吸附性能进行研
究.结果显示,该固体废弃物对重金属Cr(Ⅵ)及阳离子中性红染料的吸附性能较好,在25℃,初始pH
等于1时,吸附剂用量4g/L、粒径60-80目的固体废弃物,对浓度为40mg/L的Cr(Ⅵ)溶液处理
90min后的吸附率可达98.5%以上.在30℃,初始pH等于6时,吸附剂用量4g/L、粒径60-80目的固
体废弃物,对浓度为200mg/L的中性红溶液处理90min后的吸附率可达96.5%以上.杜英叶具有良好
的开发前景,其固体废弃物是一种很有应用前景的吸附剂材料.
关键词:杜英叶;固体废弃物;吸附;Cr(Ⅵ);中性红
中图分类号:X705 文献标识码:A 文章编号:1671-2714(2012)04-0023-06
0 引 言
随着环境和生态保护要求的不断提高,染料及重金属离子的废水治理越来越得到重视,合理有效的
治理技术在不断发展.染料及重金属离子废水用传统方法处理,都存在操作费用和原材料成本过高、不
适合低浓度废水深度去除等问题.[1-2]为了更好地控制和治理染料及重金属污染,环境科学家们越来越
重视生物吸附方法的研究.[3-5]
杜英为杜英科杜英属常绿乔木,全国各地皆有栽培,资源十分丰富.杜英紫红色落叶中具有丰富的
红色素,是良好的天然色素资源,已有学者对杜英落叶中的红色素提取及理化性质做了初步研究.[6-7]资
源化利用技术是目前植物提取业的一个重要的发展课题.[8-11]提取杜英叶红色素后的固体废弃物,富含
天然植物纤维且具多孔性结构和较强吸附活性.笔者利用提取杜英叶红色素后的固体废弃物,制备成生
物吸附剂材料,探索其对重金属及阳离子染料[选取Cr(Ⅵ)为重金属典型代表,中性红为阳离子染料典
型代表]的吸附工艺,希望其成为良好的重金属和阳离子染料废水净化的廉价材料,以达到“变废为宝、
以废治废”的目的,为杜英叶的资源化综合利用提供理论依据.
1 试验方法
1.1 杜英叶固体废弃物制备
新鲜杜英叶洗净、干燥、粉碎,按1∶60g/mL加入pH 1的50%乙醇,水浴加热、搅拌、过滤,得到红
色澄清透明色素原液,将色素原液减压浓缩,当浓缩至一定体积时得到暗红色膏状色素,冷冻干燥即得
色素产品.将色素提取后的固体废弃物用蒸馏水洗涤,60℃烘干至恒重,用万能粉碎机粉碎后过筛成不
同直径(20—40目、40—60目、60—80目、80—100目和大于100目)的颗粒,置干燥器内备用.
1.2 杜英叶固体废弃物生物吸附性能研究
1.2.1 吸附方法
将处理好的杜英叶固体废弃物,按一定比例加入废水,水浴加热、取样、过滤分离,上清液用7220分
光光度计测定最大吸收波长下的吸光度A.Cr(Ⅵ)测定采用二苯碳酰二肼分光光度法.[3]中性红测定采
用分光光度法.[4]
1.2.2 平行试验
准确移取一定量的废水于250mL三角烧瓶中,加入一定量蒸馏水稀释至50mL.用0.1mol/L
HCl或NaOH调至预定pH,加入一定量杜英叶固体废弃物作为吸附剂,置于水浴振荡培养器恒温振荡
吸附一定时间后,自三角烧瓶中取样,过滤分离,经过一定处理后,用7220分光光度计测定最大吸收波
长下吸光度A.根据标准曲线计算浓度.
吸附率计算:
吸附率/%=(C0-Ce)÷C0×100%
式中:C0—染料初始质量浓度(mg/L);Ce—吸附平衡时溶液中染料质量浓度(mg/L).
1.2.3 正交试验
根据平行试验的结果,对pH、吸附时间、吸附剂用量3因子在3个不同水平进行优选,结果采用直
观分析和极差分析,以期得到最佳吸附条件.
2 结果与分析
2.1 杜英叶固体废弃物对重金属Cr(Ⅵ)废水吸附试验
2.1.1 平行试验
(1)重金属Cr(Ⅵ)废水浓度选择.吸附时间1h,吸附粒径60—80目,吸附温度25℃,吸附剂用量
4g/L,用pH 1,重金属Cr(Ⅵ)废水浓度25、30、35、40、45、50mg/L进行平行试验,计算吸附率.由图1
可以看出,废水浓度在25~35mg/L时吸附接近完全,当浓度提高至40mg/L时,吸附剂的表面吸附位
点被占满,吸附率明显降低.为使其他单一变量因素改变后效果更明显,选择废水浓度40mg/L为最佳
条件.
(2)pH值选择.溶液的pH值对固-液体系的吸附行为来说,不仅决定Cr(Ⅵ)存在种类及形式,而
且决定吸附剂表面功能基团带电状态.pH 低、Cr(Ⅵ)总浓度较低的情况下,主要存在形态为
HCrO-4 .[3]控制试验条件:吸附时间1h,吸附粒径60—80目,吸附温度25℃,吸附剂用量4g/L,
Cr(Ⅵ)浓度40mg/L,pH 1、2、3、4、5、6、7、8、9进行平行试验.由图2可以看出,pH为1时最佳,这是因
为在较低pH值体系中存在大量 H+,吸附剂表面功能的亲质子基团接受质子 H+,形成正电性的吸附
中心,HCrO-4 可被正电吸附中心所吸附.这与许多学者研究的结果相符.[12-13]当pH提高时,吸附率明显
降低.为了确定在多因子条件下最佳pH与单因子条件下最佳pH是否吻合,因此选定pH为1、2、3作为正
交试验的3个水平.
42 浙江树人大学学报 2012年
(3)吸附剂用量选择.吸附时间1h,吸附粒径60—80目,吸附温度25℃,Cr(Ⅵ)浓度40mg/L,pH为
1,吸附剂用量为1、2、3、4、5、6g/L进行平行试验,计算吸附率.由图3可以看出,吸附剂用量在3g/L时出
现拐点,当吸附剂用量大于4g/L时,提高吸附剂用量吸附率改变不明显.随着吸附剂用量的增加,因为
较多的吸附剂可以提供更多的吸附位点,同时接触面积也增大;当体系达到吸附平衡时,再增加吸附剂
用量,只能使吸附位点处于不饱和状态.为了确定在多因子条件下最佳吸附剂用量与单因子条件下最佳
吸附剂用量是否吻合,因此选定吸附剂用量2、3、4g/L作为正交试验的3个水平.
(4)吸附时间选择.吸附粒径60—80目,吸附温度25℃,Cr(Ⅵ)浓度40mg/L,pH为1,吸附剂用
量4g/L,吸附时间15、30、45、60、90、120、180min进行平行试验,计算吸附率.由图4可以看出,吸附时
间在60min时最佳,再增加吸附时间,吸附率改变不明显.为了确定在多因子条件下最佳吸附时间与单
因子条件下最佳吸附时间是否吻合,因此选定吸附时间30、60、90min作为正交试验的3个水平.
图5 吸附温度对吸附率的影响
(5)吸附温度选择.吸附时间60min,吸附粒径60—
80目,Cr(Ⅵ)浓度40mg/L,pH 1,吸附剂用量4g/L,吸
附温度20、25、30、35、40℃进行平行试验,计算吸附率.
由图5可以看出,随温度升高,吸附率增大.该生物吸附
是一个吸热反应过程.但过高的温度不仅会破坏生物吸
附剂的活性位点,也将增加操作成本.所以吸附温度在
25℃时最佳.
(6)吸附粒径选择.当同样质量的吸附剂用量粒径变
小时,吸附剂的比表面增大,从而增加了有效吸附表面,增加了吸附的活性位点.控制试验条件:吸附时
间1h,吸附温度25℃,吸附剂用量4g/L,Cr(Ⅵ)浓度40mg/L,pH 1,吸附粒径20—40、40—60、60—
80、80—100、>100进行平行试验.由表1可以看出,吸附剂粒径为60—80目时,吸附率已接近最大值.
为便于吸附剂的分离,选择60~80目的吸附粒径作为最佳条件.
表1 吸附颗粒粒径对Cr(Ⅵ)吸附率的影响
吸附粒径/目 20—40 40—60 60—80 80—100 >100
吸附率/% 94.65 96.68 97.06 97.50 98.73
2.1.2 正交试验
根据吸附剂量、吸附时间、pH值这3个主要吸附变量进行正交试验(设计如表2方案),计算吸附
率.表3中K1、K2、K3 表示每个因素所进行3次试验所得的吸附率的平均值.R为平均数的极差,R越
大表明变化幅度越大,说明该因素的水平变化对吸附率的影响越大,该因素即是最大影响因素.由表3
可以看出,影响吸附率的因素主次依次排列为:pH>吸附剂用量>吸附时间,直观分析,试验的最优水
平组合为 A1B3C3;极差分析,试验的最优水平组合也为 A1B3C3.所以杜英叶固体废弃物对重金属
Cr(Ⅵ)废水吸附最佳工艺条件为:吸附剂用量4g/L,粒径60—80目,吸附pH 1,Cr(Ⅵ)废水浓度40mg/L,吸
附时间90min,吸附温度25℃.
52第4期 杨欢明,唐 顺,等:木本植物杜英废弃物的资源化综合利用研究
表2 吸附剂对Cr(Ⅵ)的3因子在3水平正交试验的因子与水平
序号 A pH B吸附时间/h C吸附剂用量/(g/L)
1 1 0.5 2
2 2 1 3
3 3 1.5 4
表3 吸附剂对Cr(Ⅵ)的3因子在3水平正交试验结果
序号 A B C 吸附率/%
1 1 1 1 78.26
2 1 2 2 94.44
3 1 3 3 98.53
4 2 1 2 65.06
5 2 2 3 70.87
6 2 3 1 65.64
7 3 1 3 65.43
8 3 2 1 66.59
9 3 3 2 68.32
K1 90.41 69.58 70.16
K2 67.19 77.30 75.94
K3 66.78 77.50 78.28
R 23.63 7.72 8.11
2.2 杜英叶固体废弃物对阳离子中性红染料废水吸附试验
2.2.1 平行试验
(1)中性红染料浓度选择.吸附时间1h,吸附粒径60—80目,吸附温度30℃,吸附剂用量4g/L,
pH 6,中性红废水浓度50、100、150、200、250、300、400、500mg/L进行平行试验,计算吸附率.由图6显
示,随着中性红染料浓度增加,染料离子和吸附剂表面接触的机会增加,能更充分利用吸附剂的吸附位
点.当浓度超过200mg/L时,由于吸附剂吸附位点达到饱和,吸附率不断降低,所以选择浓度为
200mg/L为最佳条件.
(2)pH值选择.对于阳离子染料,当介质酸性较强时,吸附剂表面功能的亲质子基团接受质子 H+,
形成质子化与阳离子染料同性相斥,不利于吸附.控制试验条件:吸附时间1h,吸附粒径60—80目,吸
附温度30℃,吸附剂用量4g/L,中性红浓度200mg/L,pH 1、2、3、4、5、6、7进行平行试验.由图7可以
看出,随pH的增加,吸附率也增加,但当pH大于7后,中性红作为一种指示剂已形成其他物质,故一
般pH>7不作考虑.为了确定在多因子条件下最佳pH与单因子条件下最佳pH是否吻合,因此选定
pH为4、5、6作为正交试验的3个水平.
62 浙江树人大学学报 2012年
(3)吸附剂用量选择.吸附时间1h,吸附粒径60—80目,吸附温度30℃,中性红浓度200mg/L,
pH 6,吸附剂用量1、2、3、4、5、6g/L进行平行试验.由图8可以看出,随着吸附剂用量的增加染料的吸
附率均增加,吸附剂用量在3g/L时出现拐点.为了确定在多因子条件下最佳吸附剂用量与单因子条件
下最佳吸附剂用量是否吻合,因此选定吸附剂用量为2、3、4g/L作为正交试验的3个水平.
(4)吸附时间选择.吸附粒径60—80目,吸附温度30℃,中性红浓度200mg/L,pH 6,吸附剂用量
4g/L,吸附时间15、30、45、60、90、120min进行平行试验,计算吸附率.由图9可知,吸附的过程在开始
的1小时之内进行很迅速,随后吸附率改变不明显.为了确定在多因子条件下最佳吸附时间与单因子条
件下最佳吸附时间是否吻合,因此选定吸附时间为30、60、90min作为正交试验的3个水平.
图10 吸附温度对吸附率的影响
(5)吸附温度选择.吸附时间60min,吸附粒径60—80
目,中性红浓度200mg/L,pH 6,吸附剂用量4g/L,吸
附温度30、35、40、45、50℃进行平行试验.由图10显示,
吸附温度越高,对中性红吸附率越低,表明对中性红的吸
附是一个放热过程.从节能角度考虑,故选择30℃作为
各种试验参数研究的温度.
(6)吸附粒径选择.吸附时间1h,吸附温度30℃,吸
附剂用量4g/L,中性红浓度200mg/L,pH 1,吸附粒径
20—40、40—60、60—80、80—100、>100目进行平行试验,计算吸附率.由表4可以看出,吸附剂粒径为
60—80目时最佳,吸附率已接近最大值.为便于吸附剂的分离,故选择60—80目吸附粒径为最佳条件.
表4 吸附颗粒粒径对中性红吸附率的影响
吸附粒径/目 20—40 40—60 60—80 80—100 >100
吸附率/% 93.19 95.20 96.68 96.71 97.17
2.2.2 正交试验
同样根据吸附剂量、吸附时间、pH值这三个主要吸附变量进行正交试验(设计如表5方案),计算
吸附率.由表6可以看出,影响吸附率的因素主次依次排列为:pH>吸附剂用量>吸附时间,直观分析,
试验的最优水平组合为A3B3C2;极差分析,试验的最优水平组合为A3B3C3.综合分析吸附效果并考虑
成本因素,确定杜英叶固体废弃物对阳离子中性红染料废水吸附最佳工艺条件为:吸附剂用量4g/L,
粒径60—80目,吸附pH 6,废水浓度200mg/L,吸附时间90min,吸附温度30℃.
表5 吸附剂对中性红的3因子在3水平正交试验的因子与水平
序号 A pH B吸附时间/h C吸附剂用量/(g/L)
1 4 0.5 2
2 5 1 3
3 6 1.5 4
72第4期 杨欢明,唐 顺,等:木本植物杜英废弃物的资源化综合利用研究
表6 吸附剂对中性红的3因子在3水平正交试验结果
序号 A B C 吸附率/%
1 1 1 1 83.13
2 1 2 2 86.59
3 1 3 3 90.42
4 2 1 2 94.32
5 2 2 3 96.33
6 2 3 1 94.95
7 3 1 3 95.68
8 3 2 1 94.57
9 3 3 2 96.51
K1 86.71 91.04 90.88
K2 95.20 92.50 92.47
K3 95.59 93.96 94.14
R 8.87 2.92 3.26
3 结 论
以杜英叶为原料,利用提取杜英叶红色素后的固体废弃物,制备成生物吸附剂材料.该吸附材料对
重金属Cr(Ⅵ)废水吸附的最适宜条件是:用4g/L,60—80目固体废弃物作吸附剂,吸附pH为1,浓度
为40mg/L的重金属Cr(Ⅵ)废水,吸附时间90min,吸附温度25℃.该吸附材料对阳离子中性红染料
废水吸附的最适宜条件是:用4g/L,60—80目固体废弃物作吸附剂,吸附pH 为6,浓度为200mg/L
的阳离子中性红染料废水,吸附时间90min,吸附温度30℃.
杜英为优良的观赏植物,易繁殖、生长快,资源十分丰富.利用提取杜英叶红色素后的固体废弃物作
为良好的阳离子染料废水和重金属废水净化的廉价材料,对资源利用和环境保护来说可谓一举多得,可
以达到“变废为宝、以废治废”的目的.所以杜英叶极具开发前景.
参考文献:
[1]马静.天然植物材料作为吸附剂处理低浓度重金属废水的研究[D].湖南:湖南大学,2007.
[2]沈明,杨梦兵,王中伟.阳离子染料废水治理技术[J].中国环保产业,2009(9):45-48.
[3]陈颖,杨朝晖,李小江,等.茶树菇废菌体对水中Cr(Ⅵ)吸附的响应面优化及机理研究[J].环境科学学报,2010,30(8):1593-1600.
[4]杨超,蔡亚非,龚仁敏,等.莴苣皮生物材料吸附水溶液中阳离子染料的研究[J].南京农业大学学报,2006,29(2):45-49.
[5]叶锦韶,尹华,彭辉,等.高效生物吸附剂处理含铬废水[J].中国环境科学,2005,25(2):245-248.
[6]蒋新龙,蒋益花.杜英叶红色素的提取及性质研究[J].江苏农业科学,2006(2):125-128.
[7]蒋新龙.比较杜英叶红色素粗提物与纯提物稳定性的研究[J].中国酿造,2008(3):50-51.
[8]韦平英,魏东林,莫德清.板蓝根药渣对低浓度含铅废水的吸附特性研究[J].离子交换与吸附,2003,19(4):351-356.
[9]周宝国.园林生态系统中废弃物的可利用性思考[A].中国园艺学会第五届青年学术讨论会论文集,2002:670-675.
[10]祖元刚,罗猛,牟瑶松.植物生态提取业的现状与发展趋势[J].现代化工,2007,27(07):1-4.
[11]刘一星.木质废弃物再生循环利用技术[M].北京:化学工业出版社,2005.1-2.
[12]周隽.木屑和花生壳对低浓度重金属离子的吸附性能研究[D].南京:南京大学,2005.
[13]李荣华,张增强,孟昭福,等.玉米秸秆对Cr(Ⅵ)的生物吸附及热力学特征研究[J].环境科学学报,2009,29(7):1434-1441.
(下转第38页)
82 浙江树人大学学报 2012年
Preparation and Selection of Legionela Monoclonal Antibodies
WANG Haier1,ZHANG Hui 1,TONG Lixia1,SONG Xiuli 2
(1.Biology and Environmental Engineering School of Zhejiang Shuren University,Hangzhou,Zhejiang,
310015,China;2.Hangzhou Yikang Bio-Technology Co.Ltd.,Hangzhou,Zhejiang,310012,China)
Abstract:Legionela is one of the main causes of SARS.In view of the long time,low specificity and sensitivity problems
in current clinical inspection of Legionela,according to the chemical structure of the Legionela glycoprotein,this paper
uses unique antigens separation methods for Legionela antigen and preparation using hybridoma technique monoclonal an-
tibodies,to select the hybridoma cel lines with high affinity and specificity.It lays the foundation for the development of
Legionela detection,and has potential economic and social benefits.
Key words:Legionela Pneumophila;glycoprotein;hybridoma technology;monoclonal antibody
(责任编辑 陈维君
檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼
)
(上接第28页)
Research on Comprehensive Resource Utilization Technology
of the Elaeocarpus sylvestris Waste
YANG Huanming,TANG Shun,MAO Feng,JIANG Yihua
(Biology and Environmental Engineering School of Zhejiang Shuren
University,Hangzhou,Zhejiang,310015,China)
Abstract:After the extraction of red pigment from the leaves of Elaeocarpus sylvestris used as the raw material,their sol-
id waste is utilized to prepare biological adsorbent material whose biological adsorption properties are studied.The results
show that,the absorption performance of the solid waste on heavy metal Cr(Ⅵ)and cation neutral red dyestuff is very
good.At the temperature of 25℃and the initial pH value of 1,after processing the Cr(Ⅵ)solution with the density of
40mg/L by 4g/L absorbent and the solid waste having the grain diameter of 60-80meshes for 60minutes,the absorp-
tion rate can reach over 98.5%.At the temperature of 30℃and the initial pH value of 5,after processing the neutral red
solution with the density of 200mg/L by 4g/L absorbent and the solid waste having the grain diameter of 60-80meshes
for 90minutes,the absorption rate can reach over 96.3%.The leaves of Elaeocarpus sylvestris have good development
prospect,and their solid waste is a promising absorbent.
Key words:leaf of Elaeocarpus sylvestris;solid waste;absorption;Cr(Ⅵ);neutral red
(责任编辑 陈维君)
83 浙江树人大学学报 2012年