鼠尾藻对水体重金属铅、铜、锌、镉的生物吸附效应研究

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在我国,废水的排放量随着工业化水平的快速提高而日益增加,由此产生了严重的环境污染问题。重金属是造成环境污染问题的重要原因之一,当重金属进入到环境中,是不能被生物降解为无害物质的,同时水中的悬浮颗粒通过对重金属离子的吸附和沉淀作用,使得水体重金属长期污染就此产生。更有甚者,存在于生物体内的重金属经过累积、富集,还参与生物圈循环,危害人体健康,是对生态环境危害极大的一类污染物。水体重金属污染已经成为了全社会关注的一个世界性的的环境问题。现阶段,解决水体重金属污染的方法主要有离子交换法、电解法和化学沉淀法等,这些方法多为传统方法,无法对低浓度重金属废水进行有效的处理,且有成本高的弊端,更容易再次形成污染。因此,我们需要一种高效、廉价的重金属处理方法。生物吸附技术是处理工业污染废水的新技术,它以各种生物吸附废水中的重金属离子,效果较好,价格相对便宜,而且针对低浓度水体重金属污染有着良好的处理效果,这已经成为人们日益关注其发展的缘由。我们对浙江舟山群岛东极岛的鼠尾藻(Sargassum thunbergii)吸附铅、铜、锌、镉四种离子进行了试验研究,并分析了鼠尾藻对金属离子的吸附动力学性能,最后通过红外光谱法对金属离子的官能团进行分析研究,主要研究成果如下:(1)在低pH值的条件下,鼠尾藻对重金属Pb2+、Cu2+、Zn2+、Cd2+有较低的吸附效率,过高的pH值吸附率反而下降。随着pH值的增加,吸附率也会提高,鼠尾藻吸附重金属铅离子时,当pH=6时,吸附效率达到90%的最大值;鼠尾藻吸附重金属铜离子时,在pH=6时,吸附效率达到91%的最大值;鼠尾藻吸附重金属锌离子时,pH=5时达到最大吸附率98%;鼠尾藻吸附重金属镉离子时,pH=6时的最大吸附率为91%。之后再增加pH值,吸附率则会逐渐降低。(2)在不同温度的条件下,鼠尾藻对重金属Pb2+、Cu2+、Zn2+、Cd2+的吸附效率有着明显的变化规律。随着温度的升高,吸附率也会逐渐提高,鼠尾藻吸附重金属铅离子时,当温度达到30℃左右时,吸附率达到63%的最大值;鼠尾藻吸附重金属铜离子时,温度在30℃时,吸附率达到72%的最大值;温度为20℃时,鼠尾藻对重金属锌离子的吸附率达到96%的最大状态;鼠尾藻吸附重金属镉离子的影响与铅、铜、锌离子相比,影响是最小的,且在温度为20℃时,吸附效率达到93%最大状态,之后再提高温度,吸附率则会逐渐降低。(3)鼠尾藻对重金属Pb2+、Cu2+、Zn2+、Cd2+的吸附效率随着鼠尾藻投入量的增加而增加。为了降低成本支出,我们需要在尽可能高的吸附效率的前提下确定出藻粉的最佳投入量。鼠尾藻吸附重金属铅离子时,投入量为20g/L时,吸附率为93%的最大值;吸附铜离子时,投入量为13g/L时,吸附率达到91的%最大值;鼠尾藻吸附重金属锌离子的最佳吸附剂投入量为10g/L,吸附率为99%的最大值;吸附重金属镉离子的最佳吸附剂投入量应为10g/L,这时的吸附率已达到93%,吸附效果不会再因投入量的增加而提高。(4)在鼠尾藻浓度确定的前提下,吸附效率会随着重金属离子Pb2+、Cu2+、Zn2+、Cd2+浓度的增加而明显降低。鼠尾藻对铅、锌离子有着较好的吸附性能,在10-200mg/L的范围内,吸附率虽然也呈下降趋势,但鼠尾藻的吸附效果一直保持良好,吸附率一直在90%以上。因此,作为新兴的生物吸附剂,用鼠尾藻来处理低浓度的重金属污染的水体是非常适合的。(5)通过鼠尾藻吸附重金属的动力学研究结果可以看出,其吸附重金属的速度在起步阶段是很快的,在30min左右时将达到吸附平衡状态,这种现象是由鼠尾藻吸附的作用机理特征决定的。(6)鼠尾藻吸附重金属的红外光谱分析研究可以明显看出,未经金属离子处理的鼠尾藻粉末与经金属离子处理的鼠尾藻粉末分为两类,鼠尾藻上的羟基在吸附铅、铜、锌、镉离子过程中发挥着主要作用。
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