全 文 ：植物学报Chinese Bulletin of Botany 2009, 44 (3): 300-309, www.chinbullbotany.com
doi: 10.3969/j.issn.1674-3466.2009.03.006
收稿日期: 2008-12-03; 接受日期: 2009-03-20
基金项目: 973计划(No.2004CB418505)和东北林业大学青年科研基金(No.07010)
* 通讯作者。E-mail: zygorl@yahoo.com.cn
.研究报告.
林业入侵植物假苍耳对Cu2+的吸附性
祖元刚*, 陶怡, 赵修华, 肖鹏, 张瑶, 任之光, 朱磊
东北林业大学森林植物生态学教育部重点实验室, 哈尔滨 150040
摘要 选取林业入侵植物假苍耳(Iva xanthifolia)叶片匀浆体(LSI)和茎匀浆体(SSI)作为生物吸附材料, 考察了溶液pH值、
吸附时间、Cu2+浓度对吸附性能的影响, 确定了最佳吸附pH值为6.0-7.0, 吸附平衡时间为30分钟, 处理水体中的Cu2+浓度
应不超过800 mg.L-1。采用Langmuir和Freundlich等温吸附模型进行线性拟合, 推算出LSI和SSI的饱和吸附率分别为28.68
mg.g-1和13.06 mg.g-1。通过对吸附Cu2+前后的LSI和SSI进行傅立叶红外光谱和X射线衍射分析可知, 假苍耳参与Cu2+吸附
的主要物质是纤维素类和糖类, 并且可能是由它们具有的-OH、-CONH2及-C=O等官能团提供结合位点。研究结果显示假苍
耳有可能成为一种具有开发潜力的新型重金属生物吸附材料。
关键词 生物吸附, Cu2+, 林业入侵植物, 傅立叶红外光谱, 假苍耳, X射线衍射
祖元刚, 陶怡, 赵修华, 肖鹏, 张瑶, 任之光, 朱磊 (2009). 林业入侵植物假苍耳对Cu2+的吸附性. 植物学报 44, 300-309.
采用吸附法去除水体中的重金属已有广泛的研究
(Babel and Kurniawan, 2003; 邹卫华等, 2005)。近
年来, 有关利用生物材料处理污水的报道越来越多, 主
要集中在价格低廉的生物材料上, 其中以藻类居多, 如
褐藻类(Freitas et al. , 2008)、绿藻类(Akhtar et al.,
2008; Sari and Tuzen, 2008a)和红藻类(Vilar et al.,
2008; Sari and Tuzen, 2008b)等; 其次是微生物材料,
如酿酒酵母(Brady and Duncan, 1994; Dai et a l.,
200 8)、产朊假丝酵母(李峰等, 2 000; 赵修华等,
2006)、面包酵母(Padmavathy, 2008)、不透明红球
菌(Bueno et al., 2008)和真菌(Kumar et al., 2008)
等 ; 还有的利用植物残渣作为吸附剂 , 如苦橙渣
(Khormaei et a l. , 2007)、胡萝卜渣(Igbal e t al.,
2002)等。作物类材料如谷壳 (Ajmal et al., 2003;
Teixeira and Zezzi, 2004; Montanher et al., 2005)、
麦壳(Basci, et a l., 2004)、玉米麸(Hasan et al.,
2008)和花生壳(Periasamy and Namasivayam, 1996)
等及苔藓类植物如泥炭藓(Kalmykova et al., 2008)、
分枝石蕊(Sari et al., 2007)等都有过众多的报道。但
利用入侵植物作为吸附材料却报道很少。本研究利用
入侵植物假苍耳(Iva xanthifolia)作为吸附材料对其吸
附性能进行研究。
假苍耳是双子叶植物纲菊科(Asteraceae)假苍耳属
(Iva L. )植物。生物学名为 Iva xanthifol ia Nutt. (或
Cyclachaena xanthifolia (Nutt.) Fresen.); 英文名为
Flase ragweed、Flase sunflower、Giant sump-
weed、Giant marshelder、Horseweed。假苍耳原
产于北美洲, 现已广泛分布于我国东北地区, 在辽宁省沈
阳市、黑龙江哈尔滨等地都已发现其踪迹, 其传播速度
异常迅猛。它在其发生区域总是以满山遍野密集成片
的单优势植物群落出现(祖元刚等, 2006), 大肆排挤本地
植物, 侵占林荒地并影响林木生长和更新, 侵入农作物产
区影响农作物生长, 使大批当地的植物失去了生存环
境。目前国内外对假苍耳的研究较少, 对其生态化综合
利用的报道则几乎是一片空白。入侵植物的最大特点
是繁殖传播速度快、生物量大。在对其危害程度、入
侵机理认识的同时更应对其潜在的价值进行开发利用。
对入侵植物互花米草(Spartina alterniflora)(钦佩等,
1991)和紫茎泽兰(Eupatorium adenophorum)(李云寿等,
2000a; 张其红等, 2000)的研究具有典型的代表意义。
301祖元刚等: 林业入侵植物假苍耳对Cu2+的吸附性
本文通过对假苍耳叶匀浆体(leaf homogeneous sus-
pension of Iva xanthifolia, LSI)、茎匀浆体(stem ho-
mogeneous suspension of Iva xanthifolia, SSI)以及
髓部匀浆体(marrow homogeneous suspension of Iva
xanthifolia, MSI)吸附水体中Cu2+的特征和机理的研究,
探索对生物量大、繁殖能力强、传播范围广的假苍耳
进行综合性生态利用的可行性和策略, 以期达到限制其
入侵和有效处理重金属污水的双重目的。
1 材料和方法
1.1 实验材料与仪器
选用生长期为85-95天的假苍耳(Iva xanthifolia Nutt.)
野生植株(取自哈尔滨市电缆街道路两旁), 平均株高1.71
m, 整株平均含水率为77.83%, 叶重:茎重=1:2.77。实
验材料称重均为鲜重。
实验所用仪器包括 pH计(S ar tor ius , PB -1 0,
Germany)、可调温摇床(HDL, HZQ-F160, China)、原
子吸收光谱仪(Z-5000, Hitachi, Japan)、傅立叶红外
光谱仪(FTIR, Nexus, NICOLET, USA)和X射线衍射仪
(XRD, Rigaku D/Max-2200,Japan)。
1.2 吸附剂与Cu2+溶液的制备
吸附剂制备方法如下: 将鲜料与100 mL蒸馏水混合后
打浆, 打浆机转速设定为每分钟4 300转, 使用血球计
数板计数法对不同打浆时间下不规则团块、单细胞团
块、细胞团块和组织团块的总量进行显微观察, 确定叶
片和茎部的最佳打浆时间分别为40秒和55秒, 分别制
备吸附剂 LSI和SSI。Cu2+溶液制备时先使用分析纯
CuSO4.5H2O和去离子水配制成浓度为2 g.L-1的Cu2+
母液, 按实验要求稀释后使用。
1.3 吸附实验
计算吸附剂混悬液浓度, 准确量取适量体积的吸附剂悬
液于三角瓶中, 加入到一定浓度的Cu2＋溶液中, 使实验
体系总体积为200 mL。将实验体系置于可调温摇床进
行振荡吸附, 摇床转速为每分钟150转, 所有体系温度
均为 25°C。
为了考察溶液pH值对吸附效果的影响, 在吸附剂浓
度为 2 g.L-1、Cu2+浓度为 50 mg.L-1的条件下, 用 1
mol.L-1 HNO3或NaOH调节溶液 pH值分别为 3.0、
3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0、6.5 和 7.0, 振摇
吸附 120 分钟。
为了考察吸附时间对吸附效果的影响, 在吸附剂浓
度为 2 g.L-1、Cu2+浓度为 50 mg.L-1及体系 pH值为
6.0的条件下, 振摇吸附 120分钟, 分别在 2、4、6、
8、1 0、1 5、2 0、2 5、3 0、4 0、5 0、6 0、8 0、
100和 120分钟时取样。
为了考察不同Cu2+浓度对吸附效果的影响, 吸附剂
LSI和SSI的浓度分别固定在7.5 g.L-1和10 g.L-1及体
系pH值为6.0的条件下, 选取Cu2+浓度分别为20、50、
80、100、200、300、400、500、800 和 1 000
mg.L-1进行吸附实验, 振摇吸附 120分钟。
1.4 分析方法
1.4.1 Cu2+浓度的检测
将吸附后所得悬浊液用微孔滤膜(直径为25 cm、孔径
为0.22 µm)过滤, 使用原子吸收光谱仪对所得滤液进行
Cu2+残留浓度测定。所用方法为火焰原子化法(周淼等,
2007), 测定 3 次取平均值。
1.4.2 吸附剂的 FTIR检测
将吸附剂的匀浆体及吸附Cu2+后所得悬浊液用微孔滤
膜过滤, 收集滤渣并自然风干, 采用KBr压片法制样, 进
行FTIR光谱分析(Majumdar et al., 2008)。扫描波长
范围为 4 000-500 cm-1。
1.4.3 吸附剂的 XRD检测
将吸附剂的匀浆体及吸附Cu2+后所得悬浊液用微孔滤
膜过滤, 收集滤渣并自然风干, 研磨后进行XRD分析(苏
春利和王焰新, 2008)。在电压 40 kV、电流 30 mA
条件下, 对 10°<2q<90°区间进行扫描。
302 植物学报 44(3) 2009
2 结果与讨论
2.1 吸附条件对Cu2+吸附效果的影响
在25°C及pH值为6.0时, LSI和SSI对不同浓度Cu2+
的单位吸附率如图 1A所示。从图 1A中可以看出, 在
Cu2+浓度处于20-1 000 mg.L-1的范围内, 随着Cu2+浓
度的增加, LSI和SSI的单位吸附率均逐渐增加。当Cu2+
浓度达到800 mg.L-1时, LSI和SSI的单位吸附率基本
达到最高水平, 此后保持稳定。且在整个区间内, LSI的
吸附效率均高于SSI, Cu2+浓度达到 1 000 mg.L-1时,
LSI和SSI的单位吸附率分别为22.90和10.17 mg.g-1。
图 1B显示了不同 pH值下 LSI和SSI的单位吸附
率。结果表明, LSI和SSI的单位吸附率对体系 pH值
的变化表现出相似的趋势。pH值为 3.0-6.0时, 单位
吸附率随pH值的增高而增加, 且pH值对LSI的吸附效
果影响更显著; pH值为6-7时, 单位吸附率基本维持不
变; pH值大于7时, 体系容易产生Cu(OH)2沉淀。假苍
耳为一种生物量大、生长速度快的入侵植物, 其细胞组
成主要为纤维素、木质素、蛋白质和多糖。pH值的
变化对其活性位点的存在状态影响很大, 从而影响假苍
耳对Cu2+的吸附效果。pH值过低会导致蛋白质变性、
纤维素水解, 过多的H＋造成吸附剂表面的质子化, 从而
侵占可能的重金属吸附位点, 这些因素均不利于吸附。
通过将假苍耳经过一定时间的匀浆, 使其形成组织、细
胞团块, 破坏了细胞壁的完整结构, 使更多的吸附位点暴
露出来, 再加上适度的pH值使细胞表面负电荷基团的
离子化效应增强, 从而达到对Cu2+的吸附随pH值的增
加而增大, 直至达到平衡。在本实验条件下确定的LSI
和SSI最佳吸附 pH值范围为 6-7。
图1C为LSI和SSI单位吸附率随时间的变化曲线。
从图中可以看出, 随着吸附时间的增加, LSI和SSI的单
位吸附率逐渐上升, 在30分钟时接近饱和, LSI和SSI
的单位吸附率分别为4.5 和3.1 mg.g-1。这说明LSI和
SSI对Cu2+的吸附是一个快速的过程。
2.2 LSI和SSI的等温吸附模型
生物吸附剂对重金属的吸附一般可用 L angmuir 与
图 1 不同实验条件下假苍耳对Cu2+的吸附效果
(A) 铜离子浓度; (B) pH值; (C) 吸附时间
LSI: 叶匀浆体; SSI: 茎匀浆体
Figure 1 Effect of different experimental conditions on the
adsorption of Cu2+ by Iva xanthifolia
(A) Concentration of Cu2+; (B) pH; (C) Adsorption time
LSI: Leaf homogeneous suspension; SSI: Stem homogeneous
suspension
303祖元刚等: 林业入侵植物假苍耳对Cu2+的吸附性
Freundlich等温吸附模型来描述(Langmuir, 1918)。表
达式如式(1)和式(2)所示:
qe=qmkaCe/(1+kaCe) (1)
qe=Kf .Ce1/n (2)
式中, qe(mg.g-1)为吸附平衡时的单位吸附率; qm(mg.
g-1)为最大吸附能力; ka为Langmuir等温吸附常数, 该
常数是吸附能的函数; Ce(mg.L-1)为吸附平衡时溶液的
平衡浓度; Kf为Freundlich吸附常数; n是与生物吸附剂
和重金属种类相关的参数。表达式可以用来判断一个
生物吸附反应发生的可能性, 对(1)和(2)式进行线性变换
得到(3)和(4)式:
1 / qe=1/qm+1/kaqm.1/Ce (3)
lnqe=lnKf+1/nlnCe (4)
将本实验中LSI和SSI对不同浓度Cu2+的单位吸附
率(图1A)按照表达式(3)和(4)变换坐标制成图2, 线性拟合
后计算得出LSI和SSI的相应等温吸附模型参数(表1)。
由表1可知, Cu2+浓度在20-1 000 mg.L-1范围内,
由Langmuir等温模型计算出的LSI和SSI的最大吸附
能力(qm)分别为28.677 9 mg.g-1和13.056 5 mg.g-1。
LSI的qm值大的原因是SSI成分中绝大多数为纤维类物
质, 其分散度较LSI差, 细胞表面的结合位点暴露相对少
一些, 从而吸附能力低; 而LSI中的细胞含有丰富的蛋白
质和糖类等物质, 起细胞骨架结构支撑的纤维素含量相
对较少, 匀浆后更多的细胞吸附位点暴露出来, 因而LSI
的最大吸附能力强于SSI。
2.3 LSI和SSI的吸附动力学
通常, 准一级速率方程和准二级速率方程可以用来描述
金属离子吸附的动力学过程(Ho and McKay, 2000;
Reddad et al., 2002; Ozer et al., 2004; Vilar et al.,
2006), 其表达式如下:
准一级动力学方程式(5):
dq t/dt=k1(qe-q t) (5)
式中, k 1(min-1)是准一级速率方程速率常数; qe(mg.
g-1)是平衡吸附量; q t(mg.g-1)是t(分钟)时刻金属离子吸
表 1 假苍耳吸附Cu2+的等温模型参数
Table 1 Parameters of Cu2+ adsorption isotherm models of Iva xanthifolia
Langmuir model Freundlich model
qm (mg.g-1) ka R2 Kf n R2
LSI 28.677 9 0.010 6 0.995 4 1.044 3 1.834 9 0.963 0
SSI 13.056 5 0.010 7 0.997 6 0.652 4 2.080 1 0.982 9
LSI: 叶匀浆体; SSI: 茎匀浆体 LSI: Leaf homogeneous suspension; SSI: Stem homogeneous suspension
图 2 假苍耳叶匀浆体(LSI)和茎匀浆体(SSI)吸附Cu2+的等温模型
(A) Langmuir模型; (B) Freundlich模型
Figure 2 Adsorption isotherm of Cu2+ by leaf homogeneous
suspension (LSI) and stem homogeneous suspension (SSI) of
Iva xanthifolia biomass
(A) Langmuir model; (B) Freundlich model
304 植物学报 44(3) 2009
附量。对式(5)进行积分, 并利用边界条件: t=0时q t=0,
t=t时q t=q t, 可得到式(6):
ln(qe-q t)=lnqe-k1t (6)
初始吸附速率v1按式(7)计算:
v1=k1qe (7)
准二级动力学方程式(8):
dq t/dt=k2(qe-q t)2 (8)
对式(8)进行积分, 并利用边界条件: t=0时q t=0, t=t时
q t=qt, 可得到式(9):
t/q t=1/k2qe2+t/qe (9)
式中, k2为准二级吸附速率常数(g.mg-1.min-1), 初始吸
附速率v2按式(10)计算:
v2=k2qe2 (10)
利用上述方程将LSI和SSI对Cu2+的单位吸附率随
时间变化值(图1C)进行线性拟合, 结果(表2)表明, 准二
级速率方程比准一级速率方程能更好地模拟LSI与SSI
吸附水体中金属离子Cu2+的过程。
从表2与式(6)和(9)推导出LSI和SSI对Cu2+吸附
的动力学方程如下:
LSI:
Ln(4.457 8-q t)=1.494 7-0.043 6t (准一级)
t/q t=t/4.483 9+0.225 5 (准二级)
表 2 假苍耳叶匀浆体(LSI)与茎匀浆体(SSI)吸附水体中Cu2+的动力学参数
Table 2 Kinetics parameters of leaf homogeneous suspension (LSI) and stem homogeneous suspension (SSI) of Iva xanthifolia
on Cu2+ adsorption
Adsorbent Co qe(exp) Pseudo one order kinetics equation Pseudo two order kinetics equation
(mg.L-1) (mg.g-1) k1 v1 (mg.g-1. qe(cal) R2 k2 (g.mg-1. v2 (mg.g-1. qe(cal) R2
(min-1) min-1) (mg.g-1) min-1) min-1) (mg.g-1)
LSI 7.5 4.457 8 0.043 6 0.069 7 1.597 4 0.772 3 0.220 6 4.435 4 4.483 9 0.999 9
SSI 10 3.115 3 0.022 8 0.073 4 3.215 1 0.587 2 0.422 1 4.025 8 3.089 6 0.999 8
qe(exp)为实测值, qe(cal)为模型计算值 qe(exp) is experimental value, qe(cal ) is calculated value by deduced model
图 3 假苍耳吸附Cu2+前后的红外光谱图
(A) 叶匀浆体; (B) 茎匀浆体; (C) 髓部匀浆体
Figure 3 Infrared spectra of Iva xanthifolia biomass before
and after Cu2+ adsorption
(A) Leaf homogeneous suspension; (B) Stem homogeneous
suspension; (C) Marrow homogeneous suspension
®
SSI:
Ln(3.115 3-q t)=1.136 3-0.022 8t (准一级)
t/q t=t/3.089 6+0.248 2 (准二级)
305祖元刚等: 林业入侵植物假苍耳对Cu2+的吸附性
2.4 LSI、SSI与MSI吸附前后的FTIR分析
使用FTIR对吸附Cu2+前后的LSI和SSI进行分析, 结
果如图 3和表 3。图 3A显示, LSI在结合Cu2+后细胞
壁上蛋白质的2个吸收峰位置不变, 但吸光值略有下降,
说明其结构发生变化。 在3 388 cm-1处-OH峰发生较
小位移, 吸光值略有下降, 表明结合Cu2+后细胞表面的
氢键减弱。由图3B可知, SSI主要含有 -OH、-CONH2
和-C=O等活性基团, 比较红外光谱图可以看出在2 850
cm-1处形成一新峰, 这表明SSI在吸附Cu2+后C-H伸
缩振动减弱, 且发生了对称的C-H伸缩振动, 其余各处
峰形没有明显的变化, 只是吸光值略有下降。这表明结
合Cu2+后细胞表面的各键振动均有所减弱。 其中, 酰胺
II带1 503 cm-1处出现峰位变化, 说明部分-CONH2的
N上有Cu2+结合, 使部分N-H和C-N键电子云密度降低,
导致其振动力常数降低, 引起总体的峰位移动。由图
3C可知, MSI吸附Cu2+后, 在 1 617 cm-1处酰胺 I带
C=O的伸缩振动明显加强, 而其余基团振动明显减弱,
说明其结构发生了变化。Cu2+络合或螯合在部分酰胺
键的氮原子上, 使部分N-H和C-N键电子云密度降低,
导致其振动力常数降低, 引起吸收峰的变化。比较红外
光谱可以得出, 假苍耳对Cu2+的化学吸附位点主要由
LSI和SSI细胞含有的蛋白质和多糖中的官能团所提供,
而SSI的主要成分纤维素对Cu2+起到了物理吸附作用。
2.5 LSI、SSI与MSI吸附前后的X-ray分析
LSI、SSI、MSI吸附前后的X-ray分析结果分别如图
4A、4B和 4C所示。从图 4中可以看出, 吸附Cu2+前
的SSI和MSI具有相似的峰形, 在2q角22.36°和16.16°
处分别有一个主峰和次峰, 是典型的纤维素衍射图谱。
主峰代表高度有序的纤维素晶体结构, 次峰由有序度较
表 3 假苍耳吸附Cu2+前后的红外光谱分析
Table 3 Infrared spectra analysis of Iva xanthifolia biomass before and after Cu2+ adsorption
Functional group Estate Wavelength (cm-1)
LSI SSI MSI
Associated molecule Before adsorption 3 388 3 420 3 403
-OH After adsorption 3 421 3 423 3 427
Saturated hydrocarbon Before adsorption 2 926 2 939 2 930
C-H elasticity(skew) After adsorption 2 926 2 939 2 925
Saturated hydrocarbon Before adsorption - - -
C-H elasticity(symmetry) After adsorption - 2 850 -
Aliphatic Before adsorption 1 734 1 731 1 734
-C=O After adsorption 1 734 1 735 1 734
Amide I contain Before adsorption 1 638 1 636 1 617
-C=O After adsorption 1 617 1 636 1 635
Amide II contain Before adsorption - 1 503 1 506
N-H、C-N After adsorption - 1 457 -
Amide III contain Before adsorption 1 424 1 424 1 424
N-H、C-N After adsorption 1 420 1 424 1 424
C-H Before adsorption - 1 373 1 373
After adsorption - 1 374 1 374
Alcoholic hydroxy Before adsorption - 1 329 1 329
-OH After adsorption - 1 328 1 327
Carbonyl group Before adsorption 1 244 1 244 1 244
-C=O After adsorption 1 243 1 243 1 243
Primary alcoholand a-unsaturated Before adsorption 1 072 1 050 1 050
secondary alcohol C-O After adsorption 1 072 1 050 1 061
LSI: 叶匀浆体; SSI: 茎匀浆体; MSI: 髓部匀浆体
LSI: Leaf homogeneous suspension; SSI: Stem homogeneous suspension; MSI: Marrow homogeneous suspension
306 植物学报 44(3) 2009
低的多糖结构产生。LSI仅在2q角22.36°处有一主峰,
表明其主要成分为高结晶度的纤维素晶体。吸附Cu2+
后LSI的XRD图谱没有明显的改变; SSI的XRD图谱主
峰和次峰的高度均明显增加, 表明吸附Cu2+后的吸附
剂结晶度增加。MSI的谱图显示吸附Cu2+后不仅主
峰和次峰的高度都明显增加, 而且在次峰处出现了晶
体特征峰, 峰形很明显, 可见金属与吸附剂的结合, 形
成了具有晶体结构的金属化合物。以上结果都说明
参与Cu2+吸附的主要物质是纤维素类和糖类, 并且可能
是它们具有的 -OH、-CONH2和-C=O等官能团提供了
结合位点。
不同地域具有不同种类的入侵植物, 但入侵物种都
具有生物量大、繁殖能力强、传播范围广的共性, 并
会对该区域的生物、农林牧渔业生产造成威胁, 给人类
健康造成危害, 破坏生态平衡。因而, 入侵植物的治理
已经成为研究热点。对入侵植物的治理方法也由最初
的被动铲除逐步转变为当前的主动综合治理。例如, 采
用水葫芦(Eichhomia crassipes)净化水体(周文兵等,
2005; 胡长伟等, 2007; 黄惠珠等, 2008)、制备肥料(王
庆海, 2006; 朱磊等, 2006)以及作为能源原料(王庆海,
2006; 陈广银等, 2008; 何加骏等, 2008)等。以紫茎泽
兰提取物作为菜青虫、蚜虫以及米象等3种仓库害虫的
杀虫剂(李云寿等, 2000a, 2000b; 张其红和侯太平,
2000); 以互花米草为原料提取大米草多糖(刘芳明等,
2007), 用于多糖类药物、饮品、食品添加剂、无公
害农药和饲料的生产(林如求, 1997)。这些都说明入侵
植物的主动综合治理往往能够起到事半功倍的效果。
图 4 假苍耳吸附Cu2+前后的X射线衍射光谱
(A) 叶匀浆体; (B) 茎匀浆体; (C) 髓部匀浆体
Figure 4 X-ray spectra of Iva xanthifolia biomass before and
after Cu2+ adsorption
(A) Leaf homogeneous suspension; (B) Stem homogeneous
suspension; (C) Marrow homogeneous suspension
表 4 文献中植物吸附Cu2+的能力
Table 4 Copper biosorption capacities of some plants reported in literature
Adsorbent Sorption capacity( mg.g-1) Reference
Dried flower leaves 89.37 Benaissa and Elouchdi, 2006
Sour orange residue 21.7 Khormaei et al., 2007
Gelidium red algae 23.04 Vilar et al., 2008
Fucus serratus 102.4 Ahmady-Asbchin et al., 2008
Porphyra yezoensis 325.18 常秀莲等, 2004
Peanut hull carbon 65.57 Periasamy and Namasivayam,1996
Rice bran 33.58 Wang and Qin, 2005
Carrot residue 32.74 Iqbal et al., 2002
Fucus vesiculosus 1.81 Cochrane et al., 2006
307祖元刚等: 林业入侵植物假苍耳对Cu2+的吸附性
假苍耳作为东北地区的一种入侵植物, 其传播速度
异常迅猛。本研究尝试以它作为一种生物吸附材料, 研
究其对重金属Cu2+的吸附性能, 探索其作为一种重金属
吸附剂的可能性。研究结果显示, 假苍耳叶片匀浆体
(LSI)和茎匀浆体(SSI)的饱和吸附率分别为28.68 mg.g-1
和 13.06 mg.g-1, 对Cu2+具有较强的吸附能力。表 4
列举了部分生物吸附剂对Cu2+的饱和吸附率。从表4
中可以看出, 干花瓣(dried flower leaves)、花生壳碳
(peanut hull carbon)、米糠(rice bran)、红藻(gelidium
red algae)和胡萝卜渣(carrot residue)等对Cu2+具有较
高的吸附能力, 其饱和吸附值为32.74-325.18 mg.g-1。
在本研究中, 假苍耳对Cu2+也表现出较好的吸附效果, 再
考虑到其作为一种入侵植物具有生物量大和综合治理效
益高的优点, 将它作为一种新型重金属生物吸附剂具有一
定的可行性。
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Adsorption Capacity of Cu2+ by the Biomass of the Forest
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Yuangang Zu* ,Yi Tao , Xiuhua Zhao, Peng Xiao, Yao Zhang , Zhiguang Ren, Lei Zhu
Key Laboratory of Forest Plant Ecology, Ministry of Education, Northeast Forestry University, Harbin 150040, China
Abstract By selecting the leaf (LSI) and stem (SSI) homogeneous suspension of Iva xanthi folia, we investigated the use of the
biomass of this plant as a biosorbent to remove Cu2+ from aqueous solution by examining the effects of pH, adsorption time and
concentration of Cu2+ on adsorption efficiency. Optimal adsorption occurred with pH 6.0 to 7.0; The adsorption reached equilibrium
in 30 min, and I. xanthifolia biomass can be used to treat Cu2+-polluted water at concentrations < 800 mg·L-1. By using Langmuir and
Freundlich equations to model the adsorption processes, we deduced the saturation adsorption capacity of LSI and SSI for Cu2+ as
28.68 and 13.06 mg·g-1, respectively. FTIR spectra and XRD were used to analyze the functional groups in I. xanthi folia to
determine what changed before and after the Cu2+ adsorption effect on LSI and SSI. Cellulose and amylase are the primary
adsorption materials of I. xanthifolia, and possibly the main adsorption functional groups were amido, hydroxy and carbonyl. I.
xanthifolia could be a new type of heavy-metal adsorption material.
Key words biosorption, Cu2+, forest invasive plant, FTIR, Iva xanthifolia, XRD
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* Author for correspondence. E-mail: zygorl@yahoo.com.cn
(责任编辑: 白羽红)
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