利用化学修饰法增强红树林真菌Fusarium sp.#ZZF51对铀(VI)吸附性能研究

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随着工业化水平的不断提高,环境中废水的排放量也飞速增加,对环境造成了非常严重的污染。而重金属污染是环境水污染的一大类,在重金属污染中,放射性元素的污染又是重中之重。  放射性元素进入环境中,不仅不能被降解去除,它还会沿食物链经生物富集作用,被人体吸收,蓄积在人体肝脏和骨骼中,导致人们感染肝癌、肺癌、胰腺癌、皮肤癌等多种疾病,甚至出现遗传缺陷。含铀废水流入自然环境(江、河、湖、海和土壤等),给环境和人类的健康带来了一定的危害。由于含铀废水的来源不同,水体中铀的浓度也不尽相同,但是其存在形态却基本类似,通常以铀酰离子(UO22+)的形式存在于水环境中。  目前国内外对水体中重金属的处理通常采用物理法、化学沉淀法、离子交换法等,但这些方法普遍成本较高、容易形成二次污染且吸附反应局限性大,而生物吸附法以其高效廉价等优点日益引起了人们的普遍关注。  本课题根据目前国内外对重金属废水处理的现状,在先前的研究者对南海红树林内源真菌Fusarium sp.#ZZF51的研究基础上,采取了甲醛、甲醇、冰乙酸、十六烷基三甲基溴化铵、均苯四甲酸二酐等五种化学试剂处理红树林真菌Fusarium sp.#ZZF51得到生物吸附剂FB、MB、AB、CTAB-B以及 PMDA-B的方法,研究了这五种生物吸附剂增强吸附重金属铀(VI)的性能,并探索了影响这五种吸附剂对铀(VI)吸附效果的因素,找出其最佳吸附铀(VI)条件,研究了其吸附模型及吸附机理,为工业处理含铀(VI)废水提供了参考条件。实验结果如下:  一、最佳吸附条件。实验结果表明,红树林内源真菌 Fusarium sp.#ZZF51经甲醛、甲醇、冰乙酸、十六烷基三甲基溴化铵、均苯四甲酸二酐处理后,对铀(VI)的吸附效果显著增加。实验中发现,对于FB、MB、AB,具有相同的最佳吸附pH=6.0,最佳固液比S/L为0.6 g·L-1,不同的反应平衡时间90 min、60 min、120 min,FB、MB、AB对铀(VI)的最大吸附容量分别可达318.04mg·g-1,311.95 mg·g-1和351.67 mg·g-1;对于CTAB-B,反应最佳pH为7.0,最佳固液比S/L为0.6 g·L-1,反应平衡时间60 min,CTAB-B对铀(VI)的最大吸附容量可达400 mg·g-1;对于PMDA-B,反应最佳pH为5.0,最佳固液比S/L为0.4 g·L-1,反应平衡时间180 min,PMDA-B对铀(VI)的最大吸附容量可达229.03 mg·g-1。与未改性的红树林真菌对铀(VI)的最大吸附容量(21.42 mg·g-1)相比,这五种化学修饰处理红树林真菌Fusarium sp.#ZZF51的方法大大提高了其对水溶液中铀(VI)的吸附容量。  二、对实验结果进行动力学方程模拟分析发现,这五种吸附剂 FB、MB、AB、CTAB-B以及PMDA-B,通过准二级反应模型方程计算出的受试菌对铀(VI)的理论吸附容量与实际吸附容量更接近,表明准二级反应动力学模型更能反映这五种吸附剂吸附铀(VI)的实质,也进而说明在吸附反应的过程中,化学吸附占主要部分。  三、在等温吸附模型,对于FB、MB、AB、CTAB-B,这四种吸附剂,Freundlich、Langumir均可较真实的反应吸附过程的实质,体现出了在吸附反应过程中,单分子层吸附和多分子层吸附是共存的,而对于 PMDA-B,Temkin吸附反应模型方程能更好的描述其吸附反应过程的实质。  四、吸附机理研究。通过傅里叶红外光谱仪对化学修饰前后的真菌以及吸附铀(VI)前后的真菌进行光谱表征,通过比较受试菌化学修饰前后,吸附铀(VI)前后的红外光谱图可知,这五种吸附剂 FB、MB、AB、CTAB以及PMDA在吸附铀(VI)前后,细胞壁表面的-OH、C=O、P-O、N-H、C-N等活性基团的吸收峰强度及位置发生了较大变化,证明了在真菌吸附铀(VI)的过程中,这些活性基团起着重要的作用,其中-OH、C=O、N-H等基团对真菌吸附铀(VI)贡献较大,其红外光谱图有较明显的变化。
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