固定化酵母菌_纳米TiO_2复合_省略_Cr_3_Pb_2_吸附性能研究_赵妍

随着现代工业特别是采矿、冶炼、电镀等行业的发展，大量重金属离子随工业废水排放到环境中，土壤和水体中重金属累积加剧，污染日益严重。由于重金属易通过食物链产生生物富集，严重威胁生物生存和人体健康。目前，处理重金属废水的传统方法主要有化学法、物理化学法等，当水中的重金属离子质量浓度<100mg·L-1时，不仅去除率不高，而且存在运行费用高的问题[1]。而生物修复法中微生物被高分子材料包埋，可增强吸附剂的强度、耐环境冲击、可操作性强，降低二次污染等，因而受到越来越多的关注。酵母菌由于具有较佳的去除水中微量重金属离子的能力，且廉价易得、安全可靠，被大量应用于生物吸附材料的研究[2-4]。纳米TiO2具有优越的吸附能力和光催化作用，在处理电镀、染料、高浓度有机废水等方面得到广泛应用[5-7]。本文采用溶胶凝胶法制备纳米TiO2，复合酵母菌制成吸附剂，酵母菌体由于吸附了纳米TiO2导致形态结构发生较大变化，再以一定比例的海藻酸钠、明胶和聚乙烯醇（PVA）做为包埋剂制成固定化复合材料，进一步改善了其对重金属的吸附性能。初步探讨了复合吸附剂在不同温度、pH及吸附时间等条件下对Ni2+、Cr3+、Pb2+吸附率的影响，为利用纳米生物材料治理重金属污染提供依据。1试验部分1.1试验试剂硝酸铅、硝酸铬、硝酸镍、氢氧化钠、盐酸、硝酸、海藻酸钠、聚乙烯醇（PVA）、无水氯化钙、硼酸、二苯碳酰二肼、丁二酮肟、尿素、乙酸钠、亚硝酸钠、二甲酚橙、酵母菌、钛酸四丁酯和无水乙醇。1.2试验仪器高速离心机（LD4-2），振荡培养箱（BS-1E），净化工作台（SW-CJ-2F），电热鼓风干燥箱（DF-204），精密pH计（PHS-3B），磁力加热搅拌器（CJJ78-1），10mL注射器，电子分析天平（YB202），可见分光光度计（SP-721(E)），台式离心机（TGL-16G），电动吸引器，0.22μm微孔滤膜。1.3纳米TiO2的制备取适量钛酸四丁酯和无水乙醇，充分搅拌30min得A液，另取去离子水、乙酸、无水乙醇混合后充分搅拌，得B液，将A以10s左右每滴的速度加入B液，之后搅拌30min，将凝胶放于空气中静置自然干燥，然后在烘箱中于100℃干燥4h，得到淡黄色晶固定化酵母菌、纳米TiO2复合吸附剂对Ni2+，Cr3+，Pb2+吸附性能研究赵妍，张晓霞，谢贤仙，孟阳，高伟（长春理工大学化学与环境工程学院，吉林长春130022）摘要：采用溶胶凝胶法制备纳米TiO2，通过XRD、TEM和红外光谱对样品的粒径、晶型及功能团进行测定表征分析，与酵母菌制成复合吸附剂，用于Ni2+、Cr3+、Pb2+的吸附研究。结果表明，酵母菌体由于吸附了纳米TiO2导致形态结构发生较大变化，且以1%海藻酸钠、1%明胶和2%的聚乙烯醇作为包埋剂进行固定化可以对Pb2+、Ni2+、Cr3+的吸附产生协同作用，最佳吸附率分别达90.25%、80.73%和79.33%；对Pb2+、Ni2+、Cr3+的最佳吸附条件：pH分别为5.0、6.0、5.0，吸附温度分别为35、35、30℃，反应时间分别为60、50、40min。酸性解吸剂的洗脱效果较好，1mol·L-1盐酸最佳解吸率可达92.1%。关键词：纳米TiO2；酵母菌；重金属；协同作用中图分类号：TQ424文献标识码：A文章编号：1000-3770(2011)11-0038-004收稿日期：2011-06-07基金项目：吉林省科技发展计划项目（201101095）作者简介：赵妍（1979－），女，博士，研究方向为环境友好材料及其应用；E-mail：zhaoyan_xx@163.com第37卷第11期2011年11月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.37No.11Nov.,201138DOI:10.16796/j.cnki.1000-3770.2011.11.009体，将该晶体用玛瑙研钵研细后，放在马弗炉500℃焙烧2h，即可得到纯白色的纳米TiO2粉体。1.4复合吸附剂的制备用马铃薯培养基将酵母菌在培养箱中28℃条件下振荡培养18h，超纯水洗涤至中性，在转速6000r·min-1下反复离心后于60℃下干燥、研磨。在pH=5.5条件下，将制备的100mg纳米TiO2加入到酵母菌样溶液中，室温下磁力搅拌吸附40min，0.22μm微孔滤膜过滤、去离子水洗去未负载的纳米TiO2粒子，所得复合吸附剂称量湿重。从中称取部分于60℃烘干至恒重，用于换算复合吸附剂的干重。1.5复合吸附剂的固定化包埋法是将细胞载留在水不溶性的凝胶聚合物孔隙的网络空间中，主要是物理作用，个别也存在化学键，强度较高，并且对细胞活性影响较小，固定化后细胞能增殖。以一定比例的海藻酸钠、明胶和PVA作为包埋剂，在水中加热溶解冷却后，与定量的纳米TiO2