废啤酒酵母对水中铅、锌、镉的生物吸附研究

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本文利用廉价的啤酒工业副产物废啤酒酵母作为生物吸附剂处理水中铅、锌、镉多金属废水。首先对废啤酒酵母的表面形态和结构特征进行了表征;考察了各影响因素对去除效果的影响,进而对吸附动力学进行了研究,并对吸附机理进行了探讨。具体研究内容和结论如下:利用扫描电镜-SEM、比表面积孔径测定仪-BET、红外光谱-FTIR、惰性电解质滴定法对废啤酒酵母的表面形态、比表面积及孔径、表面官能团类型和电荷特性等进行表征,结果表明:废啤酒酵母表面比较粗糙且凹凸不平,具有一定的沟槽与凹坑,但孔结构较少,孔径主要分布在010nm之间,比表面积约为1.976m2·g-1;其成分主要为蛋白质和碳水化合物如纤维素、半纤维素、木质素等,存在羧基、胺基、羟基等可参与吸附的活性官能团。废啤酒酵母的表面零电荷点pHZPC,pH≈6.8,其表面电性呈偏中性。当pH值小于pHZPC时,废啤酒酵母表面带正电,而当pH值大于6.8时,表面电性转变为带负电。实验考察了pH值,吸附时间,吸附剂投加量,重金属离子的初始浓度,共存离子等因素对铅、锌、镉去除效果的影响,结果显示:初始pH、废啤酒酵母的投加量和吸附时间是吸附铅、锌、镉重金属离子的重要影响因素。在pH37范围内,废啤酒酵母对铅、锌、镉均可以达到较高吸附效率;吸附速率在开始15min内非常快,铅、锌、镉去除率即分别达到最大去除率的98%、86%和90%,吸附在90min达到平衡。三种金属离子的共存使其在吸附过程中产生了相互影响。水中铅、锌、镉的去除率与废啤酒酵母投加量呈正比关系;锌、镉的去除率与初始浓度呈反比关系,而铅的去除率在初始浓度变化范围内一直呈现较高水平。铅、锌、镉金属离子在优化条件下去除率分别可达96.4%、68.1%和78.9%。废啤酒酵母对三种金属离子的吸附过程符合拟二级动力学方程,吸附过程由内扩散和液膜扩散联合控制。对废啤酒酵母的吸附机理研究表明:废啤酒酵母在吸附前后结构保持相对完整。甲基化和酯化后的废啤酒酵母对锌和镉的吸附量降低,说明胺基和羧基在吸附过程中起重要作用。吸附过程中,溶液pH升高带来的无机沉淀也是废啤酒酵母生物吸附去除部分或大部分重金属的原因。
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