论文部分内容阅读
锑(Sb)位于元素周期表第五周期第VA主族,原子序数为51,是一种天然存在的类金属元素。与铅和汞一样,类金属锑(Sb)是一个可长距离迁移的全球性污染物,是目前国际上最为关注的有毒金属元素之一。目前,人们对金属-藻类相互作用机理的认识仍处在初级阶段,针对淡水湖泊的非活体藻类与类金属间相互作用的报道相对较少。本文以我国富营养化湖泊水华暴发的主要藻类-蓝藻(Microcystis)为研究对象,以目前国际上十分关注的金属元素Sb为代表,研究非活性蓝藻对Sb(V、Ⅲ)的生物吸附特征及机理。本项研究可以为非活性蓝藻作为吸附剂去除废水中Sb污染、保护水资源、实现富营养化水体藻类的资源化利用等提供理论依据。藻类经0.1M盐酸处理后,对Sb(Ⅴ)的生物吸附率提高至81.4%。原藻和盐酸处理后的藻类在1h左右对Sb(Ⅴ)的吸附量达到平衡；Sb(Ⅴ)在原藻和经盐酸处理的藻类表面的吸附能力均随着pH值的升高而逐渐减弱；原藻与经盐酸处理的藻类对Sb(Ⅴ)的吸附等温线符合Freundlich方程；不同强度的C-、NO3-、SO42-PO43-对Sb(Ⅴ)在原藻表面的吸附影响较弱,而对Sb(V)在经盐酸处理的蓝藻表面的吸附影响显著。阴离子型的Sb(OH)-6主要通过静电吸引和表面络合作用与藻类表面的功能团结合。ATR-IR光谱结果显示氨基、羧基和羟基为Sb(OH)-6在蓝藻细胞壁表面的主要吸附位点,其中羧基和羟基能与Sb(OH)-6形成内源络合物。SEM-EDXA光谱结果表明Sb(OH)-6在蓝藻细胞壁表面的分布是极其不均匀的。藻类对Sb(Ⅲ)的生物吸附速率非常快,在60min达到平衡,其动力学过程遵循pseudo second-order rate equation。在pH4.0、60min和室温条件下,Sb(Ⅲ)具有最大吸附量为4.88mg/g。藻类对Sb(Ⅲ)的吸附等温线符合Langmuir方程。离子强度抑制了藻类对Sb(Ⅲ)的生物吸附效率。ATR-IR spectra分析表明：羧基、羟基和氨基为中性Sb(OH)3在蓝藻细胞壁表面的主要吸附位点,其中羧基为主要的吸附位点；羧基和羟基能与Sb(OH)3形成内源络合物。经过比较后发现：蓝藻对Sb(Ⅴ)的最大吸附效率(38%)显著低于Sb(Ⅲ)(接近90%),这可能是由于阴离子型的Sb(Ⅴ)和中性化合物的Sb(Ⅲ)的溶液化学特性不同。二者在蓝藻表面的吸附机理大致相同：藻类表面的羧基与羟基均与Sb(Ⅴ)和Sb(Ⅲ)形成内源络合物。4mol/L盐酸对Sb(Ⅴ)和Sb(Ⅲ)的解吸效果最好,而6mol/L对酸处理藻类表面Sb(Ⅴ)的解吸效果最好。再生实验结果表明：原藻以及酸处理藻类在处理含Sb(Ⅴ)和Sb(Ⅲ)废水中,至少可以使用五次,具有很好的再生效果。因此,蓝藻在处理含Sb(Ⅴ)和Sb(Ⅲ)废水中表现出很好的应用前景。本研究非常重大的发现是证实了Sb(Ⅲ)在生物吸附过程中,发生氧化作用,并且这种氧化作用与pH和时间有关,关于氧化机理的研究将在今后的研究中开展。