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海洋科学年第卷第期研究报告ΡΕΠΟΡΤΣ热致死小球藻生物富集Χρ3+的研究陈小霞梁世中吴振强吴海珍华南理工大学食品与生物工程学院广州提要研究了热致死小球藻对微量≤的生物吸附富集和机理∀结果表明培养左右的热致死小球藻吸附富集≤的能力最强当为∗藻浓度为∗时死体藻对≤有较好的生物吸附作用随着≤浓度增加单位质量藻的≤吸附量呈上升趋势但其≤吸附率却急剧下降∀热致死小球藻对≤的吸附可以用ƒ∏模型描述拟合方程为θΧΡ在生物吸附的起始阶段藻体对≤的吸附较快左右时藻体达到最大吸附量∀关键词小球藻≤生物富集热致死中图分类号±文献标识码文章编号222工业废水中往往含有低浓度的≤级如何将微量的≤除去以达到净化的目的具有十分重要的意义∀利用生物吸附剂处理含有微量金属元素的污水比传统处理方法如沉淀法!离子交换法等具有更多的优点投资少操作费用低对微量元素的处理更为高效并且需要处理的最终残渣可以尽可能减少等∀而利用经过处理的致死微生物吸附微量元素比利用活体微生物更为经济!高效∀活体微生物易受污水中有毒元素的影响生长受到抑制因而生长缓慢处理周期长∀死体微生物则没有上述缺陷而且死体微生物不需在污水中添加营养源可以反复使用∀因此人们对于藻类!苔藓!真菌以及细菌等价廉易得的生物吸附剂进行了大量研究≈∀本文以热致死小球藻为生物吸附剂对微量≤的吸附富集过程和机理进行了研究∀材料与方法材料小球藻藻种Χηλορελλαϖυλγαρισ2由香港大学陈峰博士提供经驯化采用二级放大制成实验藻种∀培养基小球藻基本异养培养基以培养基为基础添加葡萄糖制成∀实验培养基以此为基础按具体需要调整∀试剂≤采用≤≤#所有试剂均为分析纯试剂∀方法≤的测定方法采用原子吸收分光光度法≈∀文中≤的测定数据均为次测定的平均值最大相对标准偏差ΡΣ∆为∀藻的培养在ε!初始值的条件下按接种密度个接种后摇瓶振摇速度培养∀藻体的处理将培养一定时间后的小球藻藻液离心分离蒸馏水洗涤次后采用ε热致死然后冷却至室温∀藻体吸附≤试验每次称取定量的死藻体加入含≤的定量水溶液中采用振荡器振荡吸附一定时间后移至离心管中以的转速离心然后用移液管小心吸取上层清液藻体经多次洗涤!离心后将洗涤液与前述上层清液合并测定其≤浓度∀≤吸附率的计算≤吸附率ρΘΩχς≅式中,ρ为≤吸附率Θ为藻体中≤的浓度Ω为小球藻的干质量χ为≤溶液的浓度ς为≤溶液的体积∀第一作者陈小霞出生于年现为华南理工大学级发酵工程博士研究生主要研究方向为生物制药∀∞2¬¬2电话2∀收稿日期22修回日期22≥∂结果与讨论小球藻生长曲线的测定按照和进行小球藻的培养测定不同培养时间的小球藻的干质量制作生长曲线图∀不同培养时期藻体≤吸附能力的比较金属铬能与细胞内的配体相结合∀生物体内的配体主要是蛋白质!多肽!核酸!糖蛋白!脂蛋白等生物大分子此外也包括氨基酸!核苷酸!有机酸根!磷酸根以及其它有机或无机离子等小分子配体∀由图可见培养早期的小球藻由于细胞中的多糖!蛋白质!脂类等有机大分子含量低因而能参与吸附的作用基团相对较少因此对≤的吸附能力差∀而在左右时藻细胞内的多糖!蛋白质!脂类等有机大分子含量达到最高值此时显微镜下观察藻细胞大而饱满内含物多有利于吸附∀藻体培养后吸附能力下降原因是此时细胞已衰老容易裂解产生碎片虽然这时有些作用基团外露有利于增加藻细胞与≤的接触面积但同时由于大量的有机分子释放造成作用基团减少吸附量下降∀对≤吸附率的影响由图可见低条件下藻体对≤几乎没有吸附作用而随着的升高在∗范围内≤吸附率急剧上升在时≤吸附率可达到∀而在∴时≤易出现沉淀故≤的吸附只能在酸性范围内进行∀这一点与大多数重金属的生物吸附相同∀最初人们认为在较高条件下重金属可能在细胞内或细胞壁上通过一种结合吸附的机理被吸附≈而在实验中出现的随着重金属离子的吸附溶液显著下降的现象说明在≤的吸附过程中可能还有另一种重要的吸附机理离子交换机制即在质子和≤之间存在着一种离子交换机制∀藻体细胞壁上含有的2≤基团可能是离子交换的重要场所此外还有一些有关的酸性基团如2≥!2!2等都可能参与此交换反应∀因此藻体可看作一种天然的离子交换材料∀它可能含有一些弱酸和弱碱基团符合酸碱平衡机理∀在∗范围内对≤的吸附主要由弱酸基团的离解状况决定∀所以在较低的条件下不利于≤的吸附∀藻浓度对≤吸附率的影响由图可见在藻体浓度∗范围内藻体有较高的利用率∀随着藻浓度的继续升高吸附率并图小球藻的生长曲线ƒ∏√Χηλορελλαϖυλγαρισ图不同培养时期藻体≤吸附能力的比较ƒ≤Χηλορελλαϖυλγαρισ√图对死体藻吸附≤的影响ƒ∞≤研究报告ΡΕΠΟΡΤΣ海洋科学年第卷第期没有升高反而略有下降这可能是因为随着单位体积藻含量的升高藻体易聚集在一起减少了与藻液中≤的接触表面积不利于吸附因而≤的吸附率没有出现预期的上升现象∀≤浓度对≤吸附率的影响配制不同≤含量的溶液吸附后测其≤的残余量以及吸附率∀由图可见随着≤浓度增加单位重量藻的≤吸附量呈上升趋势但其≤吸附率却急剧下降∀≤浓度为时其吸附率仅达到左右∀若想增大其吸附率则必须增加藻的使用量∀造成这种现象的主要原因是由于在≤的生物吸附过程中存在一种平衡机制∀在吸附的过程中存在两相固相热致死小球藻藻体!液相≤的水溶液∀由于吸附剂对所吸附的离子的亲和性离子首先到达吸附剂的表面然后再根据各种物理的或化学的机制进一步吸附∀结果在游离的离子溶液中的离子与被吸附的离子之间逐渐达到一种动态平衡存在一平衡浓度Χ∀同样在以热致死小球藻作为生物吸附剂对≤的吸附中也存在这种平衡机制∀小球藻对≤的吸附量θ和Χ之间存在一函数关系而ƒ∏模型≈可以用来描述这种关系∀因此从某种意义上说生物吸附剂具有合成吸附剂的某些特性∀ƒ∏模型θ=ΚΧ/ν∀式中θ为吸附量Χ为平衡浓度Κ和ν为常数∀Κ和ν可通过藻体对≤的吸附量θ与溶液中≤的平衡浓度Χ之间的实验数据以吸附量θ为纵坐标,平衡浓度Χ为横坐标作曲线图然后通过线性回归的方法加以求出∀从图可得Κ=ν=,Ρ可见具有较高的拟合度∀则ƒ∏模型方程为θ=Χ∀热致死小球藻吸附≤的动力学由图可见在生物吸附的起始阶段藻体对≤的吸附较快≤的去除率与吸附时间几乎成正比关系∀在前内藻对≤的吸附速率较大在左右时达到最大吸附量∀此时藻体的吸附容量基本达到饱和其后随着吸附时间的延长≤的吸附量不再增加∀图溶液中≤浓度对≤吸附率的影响ƒ∞≤图ƒ∏模型拟合曲线ƒ≤∏√ƒ∏图藻浓度对≤吸附率的影响ƒ∞Χηλορελλαϖυλγαρισ≤研究报告ΡΕΠΟΡΤΣ≥∂ΑΣΤΥ∆ΨΟΝΒΙΟΑΧΧΥΜΥΛΑΤΙΟΝΟΦΧΗΡΟΜΙΥΜ()ΩΙΤΗΤΗΕΡΜΑΛ2ΚΙΛΛΕ∆Χηλορελλαϖυλγαρισ≤∞÷2÷≥2•2±•2ΤηεΧολλεγεοφΦοοδΕνγινεερινγανδΒιοτεχηνολογψ,ΣουτηΧηιναΥνιϖερσιτψοφΤεχηνολογψ,Γυανγζηου,Ρεχειϖεδ:ΚεψΩορδσ:Χηλορελλαϖυλγαρισ,≤∏∏∏×2Αβσταχτ×∏∏∏2Χηλορελλαϖυλγαρισ∏×∏2Χηλορελλαϖυλγαρισ2∏∏∏∏∏∏√2∏∏∏∏∏ƒ∏∏∏2∏2∏∏θ=ΧΡ2∏∏2∏本文编辑张培新图热致死小球藻吸附≤过程曲线ƒ≤∏√≤Χηλορελλαϖυλγαρισ结论上述研究表明热致死小球藻可以有效吸附污水中的≤有望应用于回收处理工业污水中的微量铬和其他重金属元素∀但热致死小球藻吸附≤的机理和工业化应用尚待进一步研究∀参考文献×≠∏±∏∏∏2∏∏×2∏∂√≤≤∏°2∏≤×2张剑荣戚苓方惠群编仪器分析实验北京科学出版社2≤¬°∞√≥×2姜志新谌竟清宋正孝编著离子交换分离工程天津天津大学出版社2研究报告ΡΕΠΟΡΤΣ