两种大型真菌子实体对Cd_2_的生物吸附特性_李维焕
固定香菇菌柄废弃物对二元溶液中Cd(Ⅱ)的竞争性吸附

固定香菇菌柄废弃物对二元溶液中 C I) d(I 的竞争 性吸 附木
马 培・ 张 丹 料 李 伟 何海江1 余 东 , z , z
(中国科 学 院水 利部成 都 山地灾 害与环 境研究 所 , 山地 环境 演变与调 控重 点实 验 室 成都 60 4 ) 10 1 (中国科 学 院研究 生 院 北 京 104 ) 0 0 9
程 , 关 系数R 分 别为0 9 和099 1D.模 型 能较 好地拟合 C C z 相 2 . 8 1 . . R 9 2 d — u 二元溶 液中C 的等温吸 附过 程 , 关 系数R d 相
为 0 6 . 1 7参 1 . 23 图 表 9 1
关键词
香菇 菌柄废 弃 物固定 ; 十扰 吸附 ; d 聚 乙烯 醇 一 C2 ; 海藻 酸钠 ; 等温吸 附
Cd i o u i n n h o c n r to f Cd i o u i n a t r t e r mo i g wa h n t s e y a o c a s r to n s l to .a d t e c n e ta i n o n s l to f e h e v n s t e e t d b t mi b o p i n
Ab ta t I sr c mmo iz dL niu d d s eiu t oy iy ach l —liae(V —A) ss de o e vn bl e e t se o e s ewi p lvn l lo o・ agn t P A S wa t idfr mo ig i n r d h Na u r
whc swie a h t yfe e o e o e p 5 7 . feig fo t esn l— tlslto ,h i sr t nrt ihwa d rt nt a r eL. d d sp wd r( H  ̄ ) Difrn m h igemea ouin tebo o pi ae h b r o
不吸水链霉菌中沉默基因簇的激活和产物结构鉴定

(School of Life Science and Biopl University, Shenyang 110016)
中国抗生素杂志2019年5月第44卷第5期
.545 . 文章编号:1001-8689(2019)05-0545-07
不吸水链霉菌中沉默基因簇的激活和产物结构鉴定
钟磊 孙青枝 李博 尹楚洁 赵寿媛 夏 * 焕章 (沈阳药科大学生命科学与生物制药学院,沈阳110016)
摘要:不吸水链霉菌S.ahygroscopicus S9/(CGMCC4.7082)的次级代谢产物中含有多种抗真菌组分,目前己发现的组分有四 霉素、制霉菌素、丰加霉素、白诺菌素和茴香霉素。通过生物信息学分析,不吸水链霉菌S91基因组中含有云南霉素和谷氏菌 素的生物合成基因簇,但目前在该菌株发酵产物中并没有检测到这两种抗生素的存在。对四霉素、制霉菌素、丰加霉素生物合 成阻断株Streptomyces ahvgroscopicus AttmSlAnysBAtymHT&行发酵培养,发现其发酵液中具有水溶性的抑制黑曲霉的活性组分。 以抑菌活性跟踪目标未知抑菌化合物,发酵液经离心、草酸酸化后,上清液经大孔吸附树脂DM-2脱色,脱色液经732阳离子交 换、中性氧化铝柱柱层析和Sephadex LH-20色谱分离,最终得到两个具有抗真菌的化合物A和B。化合物经紫外、质谱和核磁进 行结构鉴定,化合物A为云南霉素,B为谷氏菌素或宁南霉素。生物信息学分析与分离纯化技术相结合,进一步证实该菌株具有 产生云南霉素和谷氏菌素抗生素的能力。
Key words Streptomyces ahygroscopicus; Separation and purification; Yunnanmycin; Gougerotin; Ningnanmycin
耐镉真菌Paecilomyces lilacinus 6-20p对Cd2+的吸附特性研究

生物技术进展2017年㊀第7卷㊀第3期㊀241~246CurrentBiotechnology㊀ISSN2095 ̄2341研究论文Articles㊀收稿日期:2016 ̄08 ̄01ꎻ接受日期:2016 ̄10 ̄10㊀基金项目:国家自然科学基金项目(3120006)资助ꎮ㊀作者简介:马连营ꎬ高级工程师ꎬ主要从事微生物资源研究ꎮE ̄mail:mly@gdim.cnꎮ∗通信作者:朱红惠ꎬ研究员ꎬ博士ꎬ研究方向为微生物资源挖掘㊁保藏及利用ꎮE ̄mail:zhuhh@gdim.cn耐镉真菌Paecilomyceslilacinus6 ̄20p对Cd2+的吸附特性研究马连营ꎬ㊀隆美容ꎬ㊀冯广达ꎬ㊀朱红惠∗广东省微生物研究所ꎬ省部共建华南应用微生物国家重点实验室ꎻ广东省微生物菌种保藏与应用重点实验室ꎻ广东省微生物应用新技术公共实验室ꎬ广州510070摘㊀要:开展了一株高耐镉真菌Paecilomyceslilacinus6 ̄20p对Cd2+的吸附效果及影响因素的研究ꎮ结果表明获取Paecilomyceslilacinus6 ̄20p最大生长量的培养时间为108hꎮPaecilomyceslilacinus6 ̄20p对培养液中Cd2+的去除率随pH㊁培养温度㊁培养时间呈现先增高后降低的趋势ꎬ对Cd2+吸附的最佳条件为pH3.5ꎬ30ħ培养108hꎮ培养液中Cd2+初始浓度小于35.2mg/L时ꎬPaecilomyceslilacinus6 ̄20p的生长未受到抑制ꎮ当Cd2+浓度大于35.2mg/L时ꎬ其对培养液中Cd2+的去除率随Cd2+初始浓度增加而降低ꎮpH㊁培养温度㊁培养时间以及Cd2+初始浓度等因素均能显著影响Paecilomyceslilacinus6 ̄20p对Cd2+的吸附效果ꎬ在菌株应用过程中应充分考虑这些因素ꎮ关键词:淡紫拟青霉ꎻ孢子悬液ꎻ吸附ꎻ去除率ꎻ镉离子DOI:10.19586/j.2095 ̄2341.2016.0091CadmiumAdsorptionCharacterizationofCadmium ̄resistantFungalStrainPaecilomyceslilacinus6 ̄20pMALianyingꎬLONGMeirongꎬFENGGuangdaꎬZHUHonghui∗StateKeyLaboratoryofAppliedMicrobiologySouthernChinaꎻGuangdongProvincialKeyLaboratoryofMicrobialCultureCollectionandApplicationꎻGuangdongOpenLaboratoryofAppliedMicrobiologyꎬGuangdongInstituteofMicrobiologyꎬGuangzhou510070ꎬChinaAbstract:Thepaperstudiedtheadsorptioneffectofcadmiumandinfluencefactorsbyahighcadmium ̄resistantfungalstrain(Paecilomyceslilacinus6 ̄20p).TheresultsshowedthattheoptimalcultureofPaecilomyceslilacinus6 ̄20pwasobtainedat108hours.TheeliminationratesofCd2+inthemediashowedatrendoffirstincreasingandthendecreasingwiththeincreasingofpHꎬculturetemperatureandculturetime.TheoptimalconditionstoCd2+adsorptionbyPaecilomyceslilacinus6 ̄20pwereatpH3.5and30ħafter108h.GrowthofPaecilomyceslilacinus6 ̄20pwasnotsignificantlyinfluencedbytheCd2+concentrationinthemedia.TheeliminationratesofCd2+decreasedwiththeincreasingofinitialCd2+concentrationswhenCd2+concentrations>35.2mg/L.ThereforeꎬcadmiumadsorptionbyPaecilomyceslilacinus6 ̄20pweresignificantlyinfluencedbypHꎬculturetemperatureꎬculturetimeandinitialCd2+concentration.AllthesefactorsshouldbeconsideredinapplicationofPaecilomyceslilacinus6 ̄20p.Keywords:PaecilomyceslilacinusꎻsporesuspensionꎻadsorptionꎻeliminationrateꎻCd2+㊀㊀随着我国工农业的迅猛发展ꎬ重金属污染问题也日益凸显ꎬ已经成为制约我国社会经济可持续发展的主要问题之一ꎮ因此ꎬ重金属污染治理和修复是目前环境领域研究的热点ꎮ传统的物理化学修复技术存在成本高㊁二次污染等问题ꎬ与之相比ꎬ生物技术具有原位修复㊁成本低㊁效果好等优点ꎮ具有重金属抗性的微生物能够通过细胞壁上的基团或分泌胞外物质等机制吸附环境中的重金属[1~4]ꎻ还能将重金属由有效态转化为难溶态ꎬ降低重金属的毒害[5ꎬ6]ꎮ此外ꎬ微生物与植物联. All Rights Reserved.合修复重金属污染也受到了国内外学者的广泛关注[7~9]ꎮ真菌在自然界中分布广㊁种类多ꎬ由于其菌丝体粗大㊁易于大规模培养㊁吸附后易于分离㊁吸附量大等特点ꎬ是一种较为理想的吸附材料ꎮ真菌的细胞壁主要由大量的几丁质和葡聚糖组成ꎬ它能够通过细胞壁上的活性基团(如巯基㊁羧基㊁羟基等)与重金属离子发生络合反应而达到吸收重金属的目的ꎮ另外ꎬ由于大多数真菌菌体都可从大规模发酵工业中获得ꎬ产生大量的废菌丝体且价格低廉ꎬ可以作为重金属的吸附剂ꎬ能够达到以废治废的目的ꎮ目前ꎬ研究较多的真菌包括酿酒酵母㊁青霉㊁黑曲霉等[10~12]ꎮ本课题前期从矿区分离到1株耐镉真菌6 ̄20pꎬ经鉴定为淡紫拟青霉(Paecilomyceslilacinus)ꎬ其对Cd2+的MIC值高达200mmol/L[13]ꎬ研究发现它对Cd2+具有明显的吸附效果ꎬ本文对其吸附效果及影响因素进行了探讨ꎬ以期为镉污染农田的环境修复研究提供参考ꎮ1㊀材料与方法1.1㊀材料耐镉真菌淡紫拟青霉Paecilomyceslilacinus6 ̄20pꎬ由广东省微生物菌种保藏中心提供ꎬ该菌株分离自广东省梅州市梅县丙村铅锌尾矿废弃地土壤样品[13]ꎮPDA培养基:马铃薯200gꎬ煮沸20minꎬ用8层纱布过滤ꎬ葡萄糖20gꎬ蒸馏水定容至1000mLꎬ121ħ灭菌20minꎬ备用ꎻCdCl2 2.5H2O购自广州化学试剂厂ꎬ配制成浓度为400mmol/L母液ꎬ储存于棕色瓶中ꎬ121ħ灭菌20min备用ꎮ原子吸收光谱仪为日本岛津AA ̄6300Cꎮ1.2㊀方法1.2.1㊀生长曲线测定㊀收集生长在PDA平板上的Paecilomyceslilacinus6 ̄20p孢子ꎬ用无菌双蒸水制备孢子悬液ꎬ采用血球板计数调节孢子悬液浓度为105个孢子/mLꎮ以1%的接种量分别接种到不同的装有100mLPDA液体培养基的灭菌三角瓶中ꎬ28ħ120r/min振荡培养ꎬ间隔取样ꎬ8000r/min离心收集菌体ꎬ用蒸馏水洗涤过滤ꎬ将得到的菌体置于80ħ的烘箱中烘干至恒重ꎬ称重测定不同时间菌体的生长量ꎮ1.2.2㊀pH对Paecilomyceslilacinus6 ̄20p生长及Cd2+吸附效果的影响㊀将100mL含2mmol/LCd2+的PDA培养液的pH分别调至2㊁3㊁3.5㊁4㊁4.5㊁5㊁5.5㊁6㊁6.5㊁7㊁8ꎬ121ħ灭菌15minꎬ对灭菌后的培养液pH进行测定ꎬ并做相应校正ꎮ按1%的接种量分别接种Paecilomyceslilacinus6 ̄20p的孢子悬液(105个孢子/mL)ꎬ28ħ120r/min震荡培养108hꎬ8000r/min离心收集菌体ꎮ采用重量法测定在不同pH条件下的菌体生长量ꎮ菌株对Cd2+的吸附能力用培养液中Cd2+去除率来表征ꎬ采用原子吸收光谱仪(AAS)测定培养前后上清液中Cd2+的浓度变化ꎬ计算Paecilomyceslilacinus6 ̄20p在不同pH条件下对培养液中Cd2+的去除率ꎮ1.2.3㊀培养温度对Paecilomyceslilacinus6 ̄20p生长及Cd2+吸附效果的影响㊀按1%的接种量接种Paecilomyceslilacinus6 ̄20p的孢子悬液到100mL含2.0mmol/LCd2+的PDA液体培养基中(pH3.5)ꎬ分别于20ħ㊁25ħ㊁30ħ㊁35ħ和40ħ的恒温震荡摇床中ꎬ120r/min震荡培养108hꎬ8000r/min离心收集菌体ꎬ菌体生长量及其对Cd2+的去除率测定同1.2.2ꎮ1.2.4㊀培养时间对Paecilomyceslilacinus6 ̄20p生长及Cd2+吸附效果的影响㊀以相同的接种方式接种孢子悬液至100mL含有2mmol/LCd2+的PDA液体培养基中(pH3.5)ꎬ30ħ120r/min震荡培养ꎬ培养时间分别为12h㊁24h㊁36h㊁48h㊁60h㊁72h㊁84h㊁96h㊁108h和120hꎬ测定Paecilomyceslilacinus6 ̄20p不同培养时间的生长量及对Cd2+的去除率ꎬ方法同1.2.2ꎮ1.2.5㊀Cd2+浓度对Paecilomyceslilacinus6 ̄20p的生长及Cd2+吸附效果的影响㊀分别配制100mLCd2+浓度为35.2mg/L㊁91.3mg/L㊁156.7mg/L㊁343.8mg/L㊁586.3mg/L的PDA培养液(pH3.5)ꎬ以1%的接种量分别接种孢子悬液ꎬ120r/minꎬ30ħ震荡培养108hꎮ8000r/min离心收集菌体ꎬ测定不同Cd2+浓度下的生长量及对Cd2+的去除率ꎬ方法同1.2.2ꎮ2㊀结果与分析2.1㊀Paecilomyceslilacinus6 ̄20p的生长曲线Paecilomyceslilacinus6 ̄20p的生长曲线测定242生物技术进展CurrentBiotechnology. All Rights Reserved.结果如图1所示ꎬ其在24~72h生长较快ꎬ在72~108h生长放缓ꎬ培养至108h菌体的生长量达到最大值ꎮ此后随着培养时间的延长菌体生长量未见明显增加ꎬ达到生长稳定期ꎮ因此ꎬ108h为Paecilomyceslilacinus6 ̄20p的最佳培养时间ꎬ可作为后期其他影响因素研究的时间参考ꎮ图1㊀Paecilomyceslilacinus6 ̄20p生长曲线Fig.1㊀ThegrowthcurveofPaecilomyceslilacinus6 ̄20p.2.2㊀pH对Paecilomyceslilacinus6 ̄20p的生长及吸附Cd2+的影响Paecilomyceslilacinus6 ̄20p在不同pH条件下的生长情况如图2A所示ꎬ该菌株在pH2~8情况下均有生长ꎬ菌体的生长量随着pH升高呈现先增大后减少的趋势ꎬpH为3.5时菌体的生长量达到最大(0.568g)ꎮ伴随着菌体的生长ꎬ不同pH条件下对培养液中Cd2+的去除效果如图2B所示ꎬ呈现出与生长量相似的特征ꎬCd2+的去除率也随pH升高呈现先增大后减小的趋势ꎬ当pH为3.5~4.0时ꎬ菌体对Cd2+吸附效果达到最高ꎬ对溶液Cd2+去除率高达56.3%ꎮPaecilomyceslilacinus6 ̄20p的生长量与其对Cd2+的去除率在pH3.5左右均达到最优值ꎮ当pH大于4.0后ꎬPaecilomyceslilacinus6 ̄20p对培养液中Cd2+的去除率有大幅度的降低ꎬ这说明在pH3.5~4.0条件下Paecilomyceslilacinus6 ̄20p对Cd2+的吸附效果最优ꎮ2.3㊀培养温度对Paecilomyceslilacinus6 ̄20p的生长及吸附Cd2+的影响Paecilomyceslilacinus6 ̄20p在含有2mmol/LCd2+PDA液体培养基中生长情况如图3A所示ꎬPaecilomyceslilacinus6 ̄20p在20~30ħ范围内生长较好ꎬ随着温度升高菌体生长量增加ꎬ30ħ时ꎬ菌体生长量达到最高(0.645g)ꎮ当温度高于30ħ后ꎬ菌体的生长量随温度升高而降低ꎬ40ħ时菌体的生长受到明显的抑制ꎮ与此同时ꎬ菌体对培养液中Cd2+的去除率也呈现了相同的趋势ꎬ随着温度升高先升高后降低ꎬ温度为30ħ时ꎬ菌体对培养液中Cd2+的去除率达到最大ꎬ为56.6%ꎮ2.4㊀培养时间对Paecilomyceslilacinus6 ̄20p的生长及吸附Cd2+的影响在含2mmol/LCd2+PDA培养液中ꎬPaecilo ̄myceslilacinus6 ̄20p的生长情况如图4A所示ꎬ菌体生长量随着培养时间的延长而增加ꎬ直至108hꎬ菌体生长量达到了最大值(0.653g)ꎮ与此同步的是Paecilomyceslilacinus6 ̄20p对培养液中Cd2+的去除率也呈现相同的趋势ꎬ随着培养时间的延长而增加ꎬ培养时间达到108h时ꎬ菌体对Cd2+的去除率也达到了最大值ꎬ为56.8%(图4B)ꎬCd2+去除率最大值与菌体的生长量最大值在相同时间出现ꎬ可能菌体对Cd2+的吸附量在此时达到最大值ꎮ图2㊀pH对Paecilomyceslilacinus6 ̄20p生长量(A)及Cd2+去除率(B)的影响Fig.2㊀EffectofdifferentpHonthebiomassofPaceilomyceslilacinus6 ̄20p(A)andCd2+eliminationrateinmedia(B).342马连营ꎬ等:耐镉真菌Paecilomyceslilacinus6 ̄20p对Cd2+的吸附特性研究. All Rights Reserved.图3㊀培养温度对Paecilomyceslilacinus6 ̄20p菌体生长量(A)及Cd2+去除率(B)的影响Fig.3㊀EffectofdifferenttemperatureonthebiomassofPaceilomyceslilacinus6 ̄20p(A)andCd2+eliminationrateinmedia(B).图4㊀培养时间对Paceilomyceslilacinus6 ̄20p生长量(A)及Cd2+去除率(B)的影响Fig.4㊀EffectofincubationtimeonthebiomassofPaceilomyceslilacinus6 ̄20p(A)andCd2+eliminationrateinmedia(B).2.5㊀培养液中Cd2+浓度对Paecilomyceslilacinus6 ̄20p的生长及吸附Cd2+的影响不同浓度Cd2+对Paecilomyceslilacinus6 ̄20p生长的影响如图5A所示ꎬ液体培养基中Cd2+浓度较低时(0~35.2mg/L)ꎬCd2+对Paecilomyceslilacinus6 ̄20p的生长抑制不明显ꎬ随着Cd2+浓度的升高ꎬ抑制作用逐渐增强ꎮ同时ꎬPaecilomyceslilacinus6 ̄20p对培养液中Cd2+的去除率随着Cd2+浓度的升高而逐渐降低ꎮCd2+浓度为35.2mg/L时ꎬPaecilomyceslilacinus6 ̄20p对Cd2+的去除率高达57.1%ꎮ当Cd2+浓度升高为586.3mg/L时ꎬPaecilomyceslilacinus6 ̄20p对Cd2+去除率出现负值ꎬ表明高浓度Cd2+严重影响了Paecilomyceslilacinus6 ̄20p对Cd2+的吸附能力ꎬ可能使菌体出现了裂解ꎮ图5㊀培养液Cd2+浓度对Paecilomyceslilacinus6 ̄20p菌体生长量(A)及Cd2+去除率(B)的影响Fig.5㊀EffectofdifferentcadmiumconcentrationsonthebiomassofPaceilomyceslilacinus6 ̄20p(A)andCd2+eliminationrateinmedia(B)442生物技术进展CurrentBiotechnology. All Rights Reserved.3 讨论利用真菌的吸附作用是治理重金属污染的重要手段之一ꎮ本文对实验室前期分离到的1株高耐镉真菌Paecilomyceslilacinus6 ̄20p对Cd2+的吸附效果及影响因素进行了深入的探讨ꎮ生长曲线的分析结果表明Paecilomyceslilacinus6 ̄20p生长时间为108h时ꎬ生物量达到最大值ꎮ因此ꎬ可以考虑其作为获得最大量菌体的最佳培养时间ꎬ这为进一步研究其对重金属的吸附效果提供了重要的参考ꎮ研究表明pH是影响真菌生长和重金属吸附效果的重要因素ꎬpH不仅能改变微生物的吸附位点(如影响细胞膜的通透性㊁酶促反应速率㊁胞内物质的溶解性和电离性等)ꎬ还能影响金属溶液的化学特性㊁生物吸附剂细胞壁表面的官能团的活性[14~16]ꎮPaecilomyceslilacinus6 ̄20p的菌体生长量及其对Cd2+吸附能力随pH升高都呈现了先增加后减少的趋势ꎬpH3.5时菌体生长量和对Cd2+的吸附量都达到了最大值ꎮ与之相似ꎬ刘云国等[17]研究表明黑曲霉(Aspergillusniger)和简青霉(Penicilliumsimplicissimum)吸附Cd2+的最佳条件为pH3.0ꎮ张峰等[18]利用酱油曲霉(Asper ̄gillussojae)对水中微量Cd2+的吸附最佳条件为pH3.4ꎮ当pH过低时ꎬ真菌细胞壁上的官能团质子化ꎬ与溶液中的水合氢离子紧密结合ꎬ产生排斥力限制结合位点与重金属阳离子结合ꎮ随着pH升高ꎬH+会从官能团上解离下来ꎬ真菌细胞表面暴露出较多的带负电荷基团ꎬ能够与重金属离子络合ꎬ吸附量也随pH升高而增加[19]ꎮ当pH过高时ꎬ溶液中含有大量的OH-ꎬ重金属离子与其结合ꎬ生成氢氧化物沉淀ꎬ不利于吸附的进行ꎮ这些结果说明真菌在pH3.0~3.5条件下有助于其对重金属发挥较好的吸附效果ꎮPaecilomyceslilacinus6 ̄20p最适生长温度为30ħꎬ在该温度条件下其对Cd2+的吸附效果要明显优于其他温度ꎮ温度对Paecilomyceslilacinus6 ̄20p吸附Cd2+能力影响的敏感程度要远大于对菌体生长量的影响ꎮ适宜的温度对于真菌吸附Cd2+极为重要ꎮ培养时间能够通过影响Paecilo ̄myceslilacinus6 ̄20p的菌体生长量进而影响其对Cd2+的吸附效果ꎬ这与生长曲线的测定结果相一致ꎬ108h是Paecilomyceslilacinus6 ̄20p生长的最佳培养时间ꎬ随着时间的延长其对Cd2+的吸附能力未见升高ꎮ培养液中Cd2+的浓度也影响了Paecilomyceslilacinus6 ̄20p吸附重金属Cd2+的效果ꎮ随着Cd2+浓度的不断增加ꎬ菌体对它们的吸附率逐渐降低ꎮ在低浓度下(35.2mg/L)其对Cd2+的吸附效果未见明显降低ꎬ这可能由于在低浓度Cd2+环境下ꎬ菌体的细胞壁表面能够提供大量的吸附活性位点ꎬ所以菌体对金属离子的吸附率较高ꎮ随着Cd2+浓度的不断增大ꎬ细胞壁表面的吸附位点达到饱和ꎬ降低了Cd2+的吸附率ꎮ本研究的结果表明ꎬpH㊁培养时间㊁培养温度及溶液Cd2+浓度均能显著影响Paecilomyceslilacinus6 ̄20p对Cd2+的吸附效果ꎬ在实际应用过程中应充分考虑这些因素ꎬ以确保其发挥出最优的吸附能力ꎮ参㊀考㊀文㊀献[1]㊀AhemadMꎬMalikA.Bioaccumulationofheavymetalsbyzincresistantbacteriaisolatedfromagriculturalsoilsirrigatedwithwastewater[J].Bacteriol.J.ꎬ2012ꎬ2(1):12-21. 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杂多酸季铵盐双活性中心抗菌剂的合成及抑菌性能研究

杂多酸季铵盐双活性中心抗菌剂的合成及抑菌性能研究杨万丽;王丽艳;王清文【摘要】Phosphomolybdic heteropolyacid salt with Keggin structure with transition elements V, Fe, Co and Ni as substituted atom were synthesized by the stereoselective synthesis method. Four new Keggin type complexes with polyoxoanions and quaternary ammonium cation were obtained from phosphormolybdic heteropolyacid salt and dodecyltrimethylammonium bromide under hydrothermal condition. The structures of all the polyoxoanions and organic composite were characterized by the infrared (FT-IR) spectra, the ultraviolet visible (UV-Visible) spectra, thermogravimetry (TG), X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM). The antibacterial activities of composite were tested for staphylococcus aureus, bacillus subtilis and escherichia coli by the inhibition zone method. The results indicated that the complexes have higher decomposition temperature than quaternary ammonium salt with 200℃ increment. The antibacterial activities of complexes is 2~3 times of quaternary ammonium salt.%本文采取立体选择法合成以过渡元素V、Fe、Co和Ni为取代原子的Keggin结构的取代型磷钼杂多酸盐,在水热条件下与十二烷基三甲基溴化铵进行化合,得到了4种新的基于Keggin型多酸阴离子和季铵阳离子的复合物.通过红外(FT-IR)、紫外(UV-Visible)、热重(TG)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等手段进行了结构表征,并采用抑菌圈法对金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌、大肠杆菌进行了抑菌活性研究.结果表明,所合成的复合物的分解温度较季铵盐提高了200℃;复合物的抑菌效果是季铵盐的2~3倍.【期刊名称】《无机化学学报》【年(卷),期】2013(029)002【总页数】8页(P295-302)【关键词】杂多酸;季铵盐;双活性中心;抑菌性能【作者】杨万丽;王丽艳;王清文【作者单位】东北林业大学生物质材料科学与技术教育部重点实验室,哈尔滨150040;齐齐哈尔大学化学与化学工程学院,齐齐哈尔 161006;齐齐哈尔大学化学与化学工程学院,齐齐哈尔 161006;东北林业大学生物质材料科学与技术教育部重点实验室,哈尔滨 150040【正文语种】中文【中图分类】O614.51+1;O614.81+1;O614.81+2;O614.81+3有机-无机杂化材料是一个新的研究开发领域,这种材料兼有有机材料与无机材料的特性,并能通过改变材料功能的负荷以实现性能的互补与优化[1-2]。
不同热解温度生物炭对Cd^(2+)的吸附影响

不同热解温度生物炭对Cd 2+的吸附影响康彩艳1,2,李秋燕1,2,刘金玉1,2,张舒云1,2,胡乐宁1,2,邓华1,2(1.广西师范大学珍稀濒危动植物生态与环境保护教育部重点实验室,广西桂林541004;2.广西师范大学环境与资源学院,广西桂林541004)[摘要]分别以香蕉秸秆(BS )、木薯秸秆(CS )为原料,采用限氧热解法在不同热解温度下制备生物炭,采用元素分析、Boehm 滴定、BET 、FTIR 、XRD 等方法分析了生物炭的基本特性,研究了生物炭对Cd 2+的吸附特性和作用机制。
结果表明,热解温度能显著影响生物炭的产率、灰分、pH 、孔径结构以及元素分布等性质;生物炭吸附过程符合准二级动力学;生物炭对Cd 2+的吸附作用机制主要表现为络合作用和沉淀作用,K +、Na +、Mg 2+、Ca 2+共存会影响Cd 2+的吸附,且热解温度越低,影响作用越大。
[关键词]生物炭;吸附;镉[中图分类号]X703.1[文献标识码]A[文章编号]1005-829X (2021)05-0068-05Effect of biochar at different pyrolysis temperatures on the adsorption of Cd 2+Kang Caiyan 1,2,Li Qiuyan 1,2,Liu Jinyu 1,2,Zhang Shuyun 1,2,Hu Lening 1,2,Deng Hua 1,2(1.Key Laboratory of Ecology of Rare and Endangered Species and Environmental Protection ,Guangxi Normal University ,Guilin 541004,China ;2.College of Environment and Resources ,Guangxi Normal University ,Guilin 541004,China )Abstract :The biochars with different pyrolysis temperatures were prepared by oxygen ⁃limited pyrolysis method ,us ⁃ing banana straw (BS )and cassava straw (CS )as raw materials respectively.The basic characteristics of biochar wereanalyzed by elemental analysis ,Boehm titration ,BET ,FTIR ,XRD and et al.,and the adsorption characteristics and mechanism of biochar for Cd 2+were studied.The results showed that the pyrolysis temperature could affect the yield ,ash content ,pH ,pore structure and element distribution of the biochar significantly.The adsorption process con ⁃formed to quasi ⁃second ⁃order kinetics.The adsorption mechanism of Cd 2+by biochar was mainly complexation and precipitation.The coexistence of K +,Na +,Mg 2+and Ca 2+could affect the adsorption of Cd 2+,and the lower the pyrolysistemperature was ,the greater it influenced.Key words :biochar ;adsorption ;cadmium[基金项目]国家自然科学基金项目(41301343)镉(Cd )是废水中毒性最大的重金属之一,可通过工业废水排放到水生生态系统中,并在食物链中积累,对水生生物和人类健康构成严重威胁。
海藻生物吸附金属离子技术的特点和功能_王宪

第22卷 第1期台 湾 海 峡 Vol.22, N o.1 2003年2月JO URNA L OF OCEANOGRAPHY IN TAIWAN STRAI T Feb.,2003海藻生物吸附金属离子技术的特点和功能王 宪,徐鲁荣,陈丽丹,李文权(厦门大学海洋与环境学院,福建厦门 361005)摘要:生物吸附技术是环境领域近年来迅速发展起来的处理工业污染废水的新技术.它以各种生物(菌类或藻类)吸附废水中的重金属离子,具有吸附容量大、选择性强、效率高、消耗少,并能有效地处理含低浓度重金属离子废水等优点.本文对国内外当前生物吸附金属离子技术的研究与应用进展作了综述,包括生物吸附技术的优越性,生物吸附剂的分类与来源,生物吸附的机理,影响生物吸附的因子,生物吸附剂的洗脱及固定化等问题.通过对这些工作的了解,使我们对方兴未艾的海藻生物吸附技术理论基础和实际应用研究有更确切的认识.这些理论基础研究工作为该项技术进一步研究发展打下了实际应用基础.关键词:生物吸附技术;海藻中图分类号:Q647.3 文献标识码:A文章编号:1000-8160(2003)01-0120-05环境问题已成为21世纪人们关注的焦点.为了保护人类生存的绿色环境,各国的政府、科学家及老百姓都在做着力所能及的努力.解决环境问题的核心在于以日益发展的科学技术为前提,减少人类生存活动对自然环境的污染,以及发展处理污染物的高新技术,形成资源的再利用,实现社会的可持续发展.环境污染是多方面的,其中重金属污染是其中的重要方面.重金属污染主要是通过含有大量污染金属的工业农业废水、城市生活废水,以及各种采矿废水向自然环境中释放,并进一步通过食物链的传递对动植物和人类造成日益严重的影响.金属离子在自然环境中不能被破坏,它们的毒性取决于其分子结构,它们在自然界中并不能被矿化为完全无毒的形式,它们的氧化态、溶解性因与其他不同无机元素或有机物的结合而不同[1].由于重金属的毒害性、环境移动性以及它们复杂的化学形式,使得重金属污染成为工业革命以来困扰人们多年的公害.为了最大限度地减少重金属污染对生态系统造成的严重影响,人们一直在不断地努力寻求处理重金属污染废水的新技术,虽然已取得了一定的成绩,但仍被一些难题所困扰.到目前为止,人们已经发展了一系列技术,如:化学沉淀法、化学氧化还原法、过滤、离子交换、电解、膜处理技术及蒸发回收技术,用于含重金属离子废水的处理.但是这些方法一般只适用于重金属离子含量较高的情况,当重金属离子的含量在100mg dm3以下较低的范围内时,传统的处理废水的物理化学方法或是显得无能为力,或者费用昂贵,让人们难以承受.研究和开发利用廉价且来源丰富的分离和回收重金属的处理系统,更有效地除去废水中的金属离子,收稿日期:2002-07-01基金项目:厦门市高新技术基金资助项目作者简介:王宪(1954~),男,教授.将具有科学与实际应用的意义.近来,离子吸附技术在废水处理中的应用乃引起了人们广泛的兴趣,并因而有了一定程度的发展,如人们研究了各种类型的树脂对重金属离子的吸附性能等.其设备简单,选择性提取金属有很好的效果,但由于树脂的交换容量有限以及树脂成本昂贵等原因,人们仍在寻找其他的途径[2].自从Adams 和Homes [2]首次利用树脂作为生物吸附剂特异性吸附Ca 2+和M g 2+以来,人们发现许多生物物质具有优越的吸附金属能力.生物吸附技术也因此在近10a 来日益蓬勃地发展起来.生物吸附法是一种新兴起的处理含重金属离子废水的方法.它利用各种微生物如真菌、酵母、藻类等处理含毒性金属离子的污染废水,并已得到广泛的研究.已有的研究表明生物吸附技术主要的优点在于能有效地将废水中的重金属离子含量降到非常低.Trujillo 等(1991)用生物吸附剂处理的锌矿废水中的Zn 、Cd 的浓度比美国的饮用水的标准还低[3].一般而言,作为生物吸附剂的生物材料易得且价格便宜,潜在的巨大的经济利益更加引起了人们对生物吸附技术的研究兴趣.1 生物吸附剂的来源和性能1.1 生物吸附的概念生物吸附这一概念一般用来描述微生物或藻类从溶液环境中富集回收重金属离子的性质[4].现在,随着人们对生物吸附技术研究的日益深入,这一概念已经不仅仅局限于微生物,科学家们对一些大型生物体如大型海藻及其他高等植物的研究也逐渐增多起来.我们通常将利用生物(活的、死的或它们的衍生物)分离水体系中金属离子、非金属化合物和固体颗粒的过程定义为“生物吸附”.这是一个吸附-解吸的可逆过程,被吸附的离子可被其他离子、螯合剂解吸下来.生物吸附是对于经过一系列生物化学作用使重金属离子被生物细胞吸附的概括,这些作用包括络合、螯合、离子交换、吸附等.活的微生物与死的微生物对重金属离子都有较强的吸附能力.1.2 生物吸附剂的来源凡具有从溶液中富集重金属能力的生物及其衍生物均称为生物吸附剂[5].自然环境中的生物吸附剂主要来源于菌体和藻类,如一些细菌、真菌、酵母、藻类、高等植物及从这些有机体得到的衍生物产品.人们已发现这些生物吸附剂对一些重金属离子具有良好的选择吸附性[6].工业发酵过程中的大量废弃菌丝体已引起人们的注意;另外,丰富的海洋生物资源,也为发展藻类生物吸附剂提供了基础.正是从经济的角度考虑,现在人们的注意力也主要放在发酵工业的各种废菌体副产品以及海洋中可以大量生产的藻类上[7].1.2.1 菌类生物吸附剂 多种菌体对重金属的吸附性能已有报道,人们主要感兴趣的是价格低廉并具有广泛来源的来自于发酵工业中废弃的菌丝体.这些废弃菌丝体,以前都是用焚烧或掩埋的方法处理的,现在人们发现有的菌丝体有着良好的生物吸附性能,利用这些廉价的生物体发展为生物吸附剂显然具有经济上的意义.该类生物吸附剂的研制有利于实现资源的综合利用,节约国民经济消耗.1.2.2 藻类生物吸附剂 海洋中有着丰富的藻类资源,包括多种大型海藻及海洋微藻.随着对生物吸附技术研究的深入,人们将目光转向了海洋藻类,并取得了一系列研究成果.远在30·121· 1期 王 宪等:海藻生物吸附金属离子技术的特点和功能 多年前,人们就注意到了藻类具有富集重金属的作用,但是直到20世纪80年代,人们才展开了藻类在环境领域中的应用研究,近年来有了较大程度的发展.但这些研究更多的集中在理论方面,往往侧重于机理的研究,实际的应用研究较少.这些研究更多的集中在国外,国内的研究只是近几年才刚刚开始.人们曾选择多种生物来进行生物吸附重金属离子的研究,相比较而言,藻类具有更强的吸附性能,常被用来指示水体、生态系统及营养条件的变化.不管是海洋微藻还是大型海藻都可以吸附多种金属离子,如:Co 、Cd 、Ag 、Cu 、Zn 、M n 、Pb 、Au 等,而且吸附量往往很高.它们可用于水质的净化及贵重稀有和放射性金属的回收,具有较大的潜力发展为生物吸附剂.对于海洋资源丰富的国家和地区,发展海藻生物吸附技术并应用于环境领域,具有十分广阔的前景,开展这一技术的研究必将为人类对环境的治理和保护提供新的思路.我国具有很长的海岸线,藻类资源尤其丰富,充分地开展藻类生物吸附剂的研究,实现环境污染治理方面的生物新技术突破势在必行.1.2.3 生物吸附剂的吸附能力 已有的研究结果表明,不同生物物种对金属离子的吸附能力有着很大的差别.各种生物体对重金属离子的吸附容量是显著不同的,如部分真菌的吸附容量如下:少根根霉(Rhizopus arrhizas )对水环境中Cd 、Pb 、Cu 和Zn 的吸附容量分别为0.56、0.61、0.60、0.53mmol g ;米曲霉(Aspergillus orgzae )对Cd 的吸附容量为0.38mmol g ;产黄青霉(Penicillum chrysogerum )对Pb 的吸附容量为0.116(m m ).一些海洋微藻的吸附容量如下:小球藻(Chlorella v ulgaris )对Cu 的吸附容量为48.2×10-3(m m ),对Ni 的为59.7×10-3(m m ),对Cr 的为79.3×10-3(m m );集胞藻(Synechocystis sp .)对Cu 、Ni 、Cr 的吸附容量分别为38.1×10-3、189.8×10-3、153.6×10-3(m m ).在这些生物体中,一些大型海藻如褐藻,它们的吸附容量比其他生物种类高得多.尹平河等(2000)对9种大型海藻研究的结果表明,它们对Cu 、Pb 、Cd 的吸附容量在0.8~1.6mmol g 之间[8].Sar 等(1999)对铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa )的研究表明,它对Ni 、Cd 的吸附容量分别为0.265和0.1376(m m ),高于I RA400离子交换器对Ni 、Cu 的吸附容量[Ni 为98×10-3,Cu 为26.6×10-3(m m )][9].许多研究表明生物吸附剂能高选择性快速、有效地分离废水中的特殊亲缘性金属.尤其当废水中金属含量在10~1000mg dm 3时,传统的物理化学方法相当耗资,而廉价的生物则有从稀溶液中分离出它们的能力,通常能将它们浓缩几千倍或更多[10,11].随着一些金属价值的增加及环境污染的日趋严重,开发利用生物对金属的回收和分离技术是不可避免的.1.2.4 藻类生物吸附剂的特性 藻类的细胞壁主要是由多糖、蛋白质和脂肪组成的网状结构,带一定的负电荷,且有较大的表面积与粘性,如小球藻(Chlorella )的细胞壁含24%~74%(m m )的多糖、2%~16%(m m )的蛋白质、1%~24%(m m )的糖醛酸.它们可提供氨基、酰胺基、羰基、醛基、羟基、硫醇、硫醚等官能团与金属离子结合.此外细胞膜是具有高度选择性的半透膜,这些结构特点决定了藻类可富集金属离子.细胞壁组成及金属种类的不同,决定了富集的效率与选择性,这可能与静电引力及离子或水合离子的半径有关.藻类对一些离子的亲合性一般有下列顺序:Pb >Fe >Cu >Zn >Mn >Mo >Sr >Ni >V >Se >As >Co .金属离子与藻类的结合倾向也不同:碱性和碱土金属倾向于和氧结合,生成不太稳定的络合物,离子间的交换速度快;过渡金属倾向于和氧、硫、氮结合,生成稳定的络合物,具有中等的交换速度;贵金属对硫、氮具有强烈的亲合性,但交换速度慢,可能会出现氧化还原反应.·122· 台 湾 海 峡 22卷2 非活体生物吸附剂的优越性已有的研究表明,具有生物活性的生物体及非活体生物体均具有较强的生物吸附性能.但较非活体生物而言,活体生物具有更大的应用局限性.重金属固有的具有危害生物体生长的性质,生物体中的蛋白质等高分子生物有机化合物可以络合重金属离子,导致生物体生长受阻以致死亡.废水环境中有害金属及其他生物毒性物质含量偏高,超出了生物体生长承受的能力,且pH 值波动较大,显然限制了生物体的生长,不利于生物体活性的维持.一般而言,生物吸附剂类似树脂可以洗脱并重复利用,该过程所用试剂一般为酸碱溶液,对生物体有杀伤力.从以上看来,采用活的生物体分离和去除金属离子困难较大.人们将目光转向了对非活性生物体的研究与应用,并取得了令人满意的结果.已有研究表明,非活性的生物体对重金属的富集能力并不比活性生物体差,甚至要高于活体生物[3,9,10].这主要是因为细胞干死之后细胞壁的结构所发生的变化有利于吸附.早在20世纪50年代Rice 等对比了死亡藻细胞和活藻细胞对金属的吸附能力,发现死亡的细胞对金属有更强的吸附能力,而且也更适应用;Sezos 等(1981)也证实了死亡细胞具有和活细胞相同甚至更佳的吸附性能[5].这归因于细胞干死之后,细胞壁往往破碎较多,有更多的功能团裸露在表面,而这些功能团在生物吸附的过程中意义重大,可通过络合作用或者离子交换作用来吸附重金属离子.Yakup Arica 对真菌T .versicolor 吸附Cd 的研究表明:活菌体的吸附容量为(102.3±3.2)10-3(m m ),干菌体的吸附容量为(120.6±3.8)×10-3(m m ),而非活体生物的明显要高于活体生物[11].Zakaria 等(2001)对蓝细菌(Gloeothece magna )的研究发现,死体比活体对Cd 2+和M n 2+的吸附容量更高.Ulku Yetis 对白腐真菌(White -rol fungi )的研究结果表明,死、活藻体对Pb 2+的吸附容量分别为9×10-3、20×10-3(m m ).而极大螺旋藻(Spirulina maxima )死、活藻体对Co 2+、Ni 2+、Cu 2+、Zn 2+具有相似的高吸附能力;多糖是蓝藻细胞外壁的主要成分,也是藻体与水体直接相接触的部分,因此,极大螺旋藻细胞外壁多糖可与金属离子直接发生作用,并不依赖于其新陈代谢活动[12].参考文献:[1] Mohamed Zakar ia A .R emoval of cadmium and ma nganese by a non -toxic str ain of the fr eshwater cya -noba cterium Gloeothece magna [J ].W at Re s ,2001,35(18):4405~4409.[2] 张剑波,冯金敏.离子吸附技术在废水处理中的应用与发展[J ].环境污染治理技术与设备,2000,1(1):46~50.[3] Tr ujillo E M .Ma thematically m odeling the rem oval of heavy metals fr om a waste water u sing immobi -lized biomass [J ].Envi ron Sc i Te chnol ,1991,25:1559~1565.[4] Sezos M T ,Volesky B .The mechanism of ur anium biosoption by Rhizopus arrhizus [J ].B i ot ec h Bi o -eng ,1982,24:385~403.[5] Sezos M T ,Volesky B .Biosor ption of ur anium and thorium [J ].B iot e c hol Bi oe ng ,1981,23:583~604.[6] Benguella B ,Benaissa H .Eff ects of competing cations on cadmium biosorption by ch itin [J ].Phy si co -c he mic a l and Engi ne er ing A spec t s ,2002,201:143~150.[7] Volesky B ,May -Philips H A .Biosor ption of he avy me tals by Saccharomyces cerevisiae 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:Biosorption is a new technique which utilizes inexpensive living dead organisms (fungi o r algae )to adsorb heavy metals and is particularly useful fo r the removal of contaminants from industrial effluents .Compared w ith conventio nal methods such as ion exchange and precipitation w ith lime ,the biosorption technique offers the advantages of low operating cost ,minimization of the less disposed volume of chemical and biological sludge and hig h efficiency in detoxifying very dilute effluents .These advantages have served as the incentives for developing full biosorption technique to clean up heavy metal pollution .Bioso rptio n technology is just developing rapidly ,and is attractting more and more attention from scientists over the w orld ,and we hope this technology w ill be extensively applied in our country .Ke y w or ds :biosorption technology ;macroalag ae ·124· 台 湾 海 峡 22卷。
农药多抗性哈茨木霉的常压室温等离子体诱变

农药多抗性哈茨木霉的常压室温等离子体诱变周文臣;詹晓北;朱莉;郑志永;吴剑荣【摘要】This study aimed to improve the adaptability of biocontrol Trichoderma in the complicated agricultural environment in where herbicides, insecticides, and fungicides co-exist.Trichoderma harzianum was used as initial strain and induced by atmospheric and room temperature plasma(ARTP). The Trichoderma harzianummutants resistant to both fungicides mancozeb and insecticide dinotefuran were obtained and one with the most double-resistance was named as Th-36. The mutant was subject to further mutation by ARTP and screened on the medium with mancozeb, dinotefuran and herbicide oxyfluorfen. Two mutants with triple-resistance were obtained and named as Th-3-36 and Th-4-B. The toxicity resistance test showed that EC50s of mancozeb for Th-3-36 and Th-4-B were up to 5089.2μg a.i.·mL-1 and 5498.2μg a.i.·mL-1;for dinotefuran up to 758.5μg a.i.·mL-1 and 785.9μg a.i.·mL-1;for oxyfluorfen up to 198.2μg a.i.·mL-1 and 200.3μg a.i.·mL-1respectively. The above values were all higher than the average commercially recommended doses of these pesticides. The screened mutants showed the significant increasing resistance to pesticide, inherited parental broad-spectrum antibacterial property, and presented genetic stability. Furthermore growth capacity and enzyme characteristics of the mutants were better than those of the parental strains.%旨在为提高生防木霉菌对田间除草剂、杀虫剂以及杀菌剂共存的复杂环境的适应性,以生防菌哈茨木霉(Trichoderma harzianum,GIM3.442)为出发菌株,采用常压室温等离子体的方法对出发菌株进行诱变.结果显示,以杀菌剂代森锰锌和杀虫剂呋虫胺为筛子,选育出对复合农药有良好抗性的诱变菌株.从中挑选双抗性最好的菌株Th-36,以含有杀菌剂代森锰锌、杀虫剂呋虫胺和除草剂乙氧氟草醚的PDA为诱变筛选培养基,再次进行诱变筛选,获得两株具有三抗特性菌株(Th-3-36和Th-4-B).毒力测试表明,抗性菌株Th-3-36和Th-4-B对代森锰锌、呋虫胺和乙氧氟草醚的EC50分别达到5 089.2μg a.i.·mL-1和5 498.2μg a.i.·mL-1、758.5μg a.i.·mL-1和785.9μg a.i.·mL-1、198.2μg a.i.·mL-1和200.3μg a.i.·mL-1,均高于各农药的市售平均推荐使用浓度.筛选到的突变株对农药抗性明显增强、遗传了亲本的广谱抗菌性并具有良好的遗传稳定性,生长繁殖能力和酶学性质优于亲本菌株.【期刊名称】《生物技术通报》【年(卷),期】2015(031)005【总页数】10页(P214-223)【关键词】常压室温等离子体诱变(ARTP);哈茨木霉;农药抗性;驯化选育【作者】周文臣;詹晓北;朱莉;郑志永;吴剑荣【作者单位】江南大学生物工程学院糖化学与生物技术教育部重点实验室,无锡214122;江南大学生物工程学院糖化学与生物技术教育部重点实验室,无锡214122;江苏瑞光生物科技有限公司,无锡 214125;江苏瑞光生物科技有限公司,无锡 214125;江南大学生物工程学院糖化学与生物技术教育部重点实验室,无锡214122;江南大学生物工程学院糖化学与生物技术教育部重点实验室,无锡214122【正文语种】中文传统化学农药由于操作简单、见效迅速、能快速大规模生产而在农业生产中广泛使用,但其泛滥使用会导致“3R”(抗性Resistance、残留Residue、再猖獗Resurgence)问题和生态环境恶化[1,2]。
生物科技-生物吸附剂及其吸附性能研究进展 精品

生物吸附剂及其吸附性能研究进展黄娜(华南师范大学化学与环境学院环境科学专业,广州 510006)摘要:用微生物体来吸附水中的重金属是一项新兴的废水生物处理技术。
藻类、细菌、真菌等是生物吸附剂的来源,它们对多种重金属都有较好的吸附去除效果。
文章从细胞壁的结构特性概述了藻类、细菌、真菌等对重金属吸附的机理,介绍了它们的吸附性能。
关键词:微生物生物吸附剂重金属废水处理现代工业的发展会产生大量含重金属废水,重金属进入生态环境后,不像有机物那样能被降解,而是通过食物链进一步富集,对环境和人体健康造成危害,如震惊世界的水俣病、骨痛病事件。
人们处理废水中的重金属一般采用物理化学方法(沉淀、离子交换、吸附、电解、膜分离、氧化还原等),当水中的重金属浓度较低时,不仅去除率不高,还存在运行费用高的问题[1]。
目前新兴的去除技术———生物吸附技术,愈来愈受到人们的关注。
生物吸附是利用生物体及其衍生物来吸附水中重金属的过程。
重金属离子对生物体有很强的毒害作用,超过一定的浓度就会抑制生物生长或使生物体死亡,有的微生物如某些藻类、细菌、真菌,本身或是经过驯化以后对重金属有一定的耐受性,能够除去水中的重金属离子。
与传统的处理方法相比,生物吸附具有以下优点[2]:(1)在低浓度下,金属可以被选择性的去除;(2)节能、处理效率高;(3)操作时的pH值和温度条件范围宽;(4)易于分离回收重金属;(5)吸附剂易再生利用。
1 藻类生物吸附剂1.1来源。
全球已知的藻类约4万种,在自然界中分布甚广,绝大多数为水生或生长在阴暗的岩石、墙角、树杆和土壤等表面,是最容易观察到的一种微生物,常常用来指示水体、生态系统及营养条件的变化。
研究发现,藻类细胞具有吸附重金属的能力。
因此,可选择吸附性能良好的藻类作为吸附剂的生产原料,如海藻,其数量大,容易收集,有一些地方还可人工培养,尤其在沿海地区,来源十分丰富。
1.2细胞壁结构特性。
当微生物体暴露在金属溶液中时,金属离子直接接触的是细胞壁,微生物细胞壁的化学组成和结构决定着金属与它的相互作用特性。
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槐栓菌和木蹄层孔菌生物吸附低浓度 Cd 的化学反应机理可能为离子交换 。
2+ 关键词: 大型真菌; Cd ; 生物吸附; 动力学模型; 等温吸附平衡模型; 离子交换模型
2+
Biosorption of Cd2+ using the fruiting bodies of two macrofungi
LI Weihuan,MENG Kai,LI Junfei,CHENG Xianhao,BAU Tolgor *
第 31 卷第 20 期 2011 年 10 月
生 态 学 报 AΒιβλιοθήκη TA ECOLOGICA SINICA
Vol. 31 , No. 20 Oct. , 2011
2011 , 31 ( 20 ) : 6157-6166. 李维焕, 孟凯, 李俊飞, 程显好, 图力古尔. 两种大型真菌子实体对 Cd2+ 的生物吸附特性. 生态学报, 2011 , 31 ( 20 ) : Li W H,Meng K,Li J F,Cheng X H,Bau Tolgor. Biosorption of Cd2+ using the fruiting bodies of two macrofungi. Acta Ecologica Sinica, 6157-6166.
http: / / www. ecologica. cn
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Langmuir and Freundlich models are the most widely used models in the case of the adsorption of metal ions with biosorbents. Langmuir and Freundlich models were applied to describe the biosorption isotherm of Cd2+ by T. robiniophila and F. fomentarius. Langmuir model fitted the equilibrium data all better than the Freundlich isotherm for two macrofungi. The maximum biosorption capacities of T. robiniophila and F. fomentarius were found to be 17. 40 and 8. 91 mg / g, respectively,at optimum conditions of pH 6. 0 ,contact time of 60 min and biosorbent dosage of 2 g / L. The prediction of biosorption rate gives important information for designing batch biosorption systems. Information on the kinetics of pollutant uptake is required for selecting optimum operating conditions for fullscale batch process. In order to clarify the biosorption two kinetic models, pseudofirstorder and pseudokinetics of Cd2+ onto T. robiniophila and F. fomentarius fruiting bodies, secondorder models were applied to the experimental data. The results showed that the biosorption processes of Cd2+ by two macrofungi followed well pseudosecondorder kinetics. Chemical ionexchange may be the main mechanism for the biosorption of Cd2+ by two macrofungi. Based on all results,it can also be concluded that T. robiniophila and F. fomentarius can be used as alternative biosorbent to treatment wastewater containing Cd2+ since they are lowcost biomass and have a considerable high biosorption capacity. Key Words: macrofungi ; Cd2+ ; biosorption; kinetic model ; adsoption isotherm; ionexchange model
Cd2+ ( 10 mg / L) 吸附的最适 pH 为 6 ; Cd2+ 的去除率随吸附剂用量和吸附时间的增加而增大, 槐栓菌和木蹄层孔菌均在吸附剂用 槐栓菌在吸附时间为 30 min 时达到吸附平衡, 而木蹄层孔菌在吸附时间为 60 min 时达到吸附平 量为 2g / L 时达到吸附平衡,
2+ 衡; 槐栓菌和木蹄层孔菌对 10 mg / L Cd 的最大去除率分别为 98% 和 94% 。Langmuir 等温吸附平衡模型比 Freundlich 等温吸 2+ 2+ 附平衡模型能更好的拟合两种大型真菌对 Cd 的吸附过程; 槐栓菌和木蹄层孔菌对 10 mg / L Cd 的最大吸附量分别为 17. 40 2+ mg / g 和 8. 91 mg / g。 对实验数据进行动力学模型拟合可知, 两种大型真菌对 Cd 的生物吸附过程均符合准二阶动力学模型 。
“泰山学者” 2003] 20 号) ; 山东省优秀中青年科学家科研奖励基金计划( BS2010NY005 ) 基金项目: 山东省 建设工程专项经费( 鲁发[ 收稿日期: 2011-06-19 ; 修订日期: 2011-08-01 * 通讯作者 Corresponding author. Email: mycologist@ 126. com
Institute of Mycological Science and Technology / Shandong Key Laboratory of Edible Mushroom Technology,Ludong University,Yantai 264025 ,China
Abstract: Discharge of heavy metals containing effluents into the water bodies contaminates the aqueous environment. This is one of the most serious environmental issues of the century. The conventional methods used for metal removal become less effective and more expensive when the volumes of wastewater are high,and the metal concentrations are low. Biosorption technology has gained important credibility during recent years because of its ecofriendly nature,excellent performance, and costeffectiveness. Fruiting bodies of macrofungi are considered ideal for the biosorption of heavy metals,because it has been demonstrated that many fungal species exhibit high biosorptive potentials. Macrofungi grow prolifically and are found in many parts of the world. They are macro in size,tough in texture and have other physical characteristics conducive for their development as biosorbents without the need for immobilization or deployment of sophisticated reactor configuration as in the case of microorganisms. The aim of the present work was to evaluate the biosorption capacity of two different macrofungi ,Trametes robiniophila and Fomes fomentarius in respect of heavy metals,viz. cadmium from aqueous solutions. The biosorption characteristics of Cd2+ from aqueous solution using the fruiting bodies of two macrofungi belonging to Polyporaceae ( T. robiniophila and F . fomentarius) was investigated as a function of initial pH,biosorbent dosage,contact time ,and initial Cd2+ concentration. The optimum initial pH of the aqueous solution was found to be 6. 0 for the removal of low concentrations Cd2+ ( 10 mg / L ) . The percent removal of Cd2+ was found to increase with the increase in biosorbent dosage and contact time,and the biosorption of Cd2+ by two macrofungi all achieved equilibrium with biosorbent dosage of 2 g / L. The contact time achieved the biosorption equilibrium was 30 min for T. robiniophila and 60 min for F . fomentarius.