塔宾曲霉F12胞外聚合物的提取及其对水体中Pb2+的吸附特性研究

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铅对环境的污染十分严重,胞外聚合物(EPS)作为一种新型生物吸附剂,对水体中的铅离子具有较好的去除能力,低成本、高吸附容量、环境友好的优点使其具备十分广阔的应用前景。但目前对EPS的研究多集中于细菌,而且对不同类型的EPS的研究也很少。本课题组发现自行保藏的一株塔宾曲霉F12(保藏号CGMCC.NO.7174)的EPS对铅离子具有良好的吸附能力,为了更加深入的研究EPS与Pb2+之间的相互作用,使用该菌株生产并提取三种不同类型的EPS,并对其吸附铅离子的行为和特性进行探究。首先考察了培养时间、培养基浓度、碳氮源比例、Pb2+胁迫和硫化钠诱导等因素对塔宾曲霉F12产EPS的影响。发现在72 h时,塔宾曲霉F12的总EPS产量达到最大值,培养基浓度和碳氮源比例对塔宾曲霉F12产EPS均有影响,0.8 mg·L-1的Pb2+可以使总EPS的产量提高31.57%,其中S-EPS的产量增加最为明显,达到46.55%;10 mg·L-1的硫化钠可以使总EPS的产量提高9.90%。其次使用CER(阳离子交换树脂)、CER-加热、EDTA(乙二胺四乙酸)-加热、离心、超声5种提取方法提取塔宾曲霉F12的紧密结合型胞外聚合物(TB-EPS),通过对提取效率和细胞破损程度的考察,确定EDTA-加热提取法为最适合塔宾曲霉F12的TB-EPS的提取方法。最佳提取条件为:EDTA·2Na浓度为0.02 mol·L-1,温度为70℃,提取时间为30 min。以纯化后的EPS为吸附剂,考察了吸附时间、p H值、温度、EPS浓度、Pb2+初始浓度、共存金属离子和盐浓度对三种EPS吸附Pb2+能力的影响规律。结果显示,吸附时间、p H值、温度、EPS浓度、Pb2+初始浓度、共存金属离子和盐浓度对三种EPS吸附Pb2+能力均有影响。三种EPS的吸附平衡时间为90、150、90 min;p H=5是EPS对Pb2+的最佳p H值;25-45℃范围内,温度越高,三种EPS的吸附能力越强;三种EPS的最适投加量为0.20、0.15和0.30 g·L-1;Pb2+初始浓度越高,EPS对Pb2+的吸附容量越高,去除率越低;共存金属离子和盐浓度均会降低EPS对Pb2+的吸附效果。最后使用动力学、热力学、等温吸附模型和傅里叶红外光谱(FTIR)描述三种EPS吸附Pb2+的过程。结果表明,三种EPS对Pb2+的吸附过程均符合拟二级反应动力学和Langmuir吸附等温模型,说明EPS吸附Pb2+以化学吸附为主,且为单层吸附,最大吸附容量分别为271.94 mg·g-1、219.78 mg·g-1和242.72 mg·g-1。热力学结果表明对Pb2+的吸附是一个自发的吸热过程。FTIR谱图表明EPS中多糖和蛋白质中的羟基、氨基、羧基和磷酸基团是主要的吸附位点,且不同EPS中主要吸附官能团有所差异。
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