藻类作为重金属生物吸附剂的研究进展
生物吸附法处理重金属废水研究进展
研究成果和不足：吸附法在重金属废水处理方面取得了显著的研究成果。首 先，针对不同种类的重金属废水，研究者们发现了多种高效、稳定的吸附剂，如 活性炭、树脂和生物质材料等。其次，通过改性技术，这些吸附剂的性能得到了 显著提升，为实际应用提供了良好的基础。此外，研究者们还研究了吸附剂的再 生和循环使用问题，为降低处理成本提供了有效途径。
生物吸附法处理重金属废水研 究进展
01 摘要
目录
02 引言
03 一、生物吸附法原理
04 二、影响因素
05
三、应用现状及未来 发展趋势
06 参考内容
摘要
本次演示综述了近年来生物吸附法在处理重金属废水领域的研究进展。生物 吸附法利用微生物、植物、藻类等生物体对重金属的吸附作用，实现对废水中重 金属的有效去除。本次演示介绍了生物吸附法的原理、影响因素、应用现状及未 来发展趋势，旨在为相关领域的研究和实践提供参考。
研究现状：在吸附法处理重金属废水的研究中，主要涉及吸附剂的选取和改 性两个方面。目前，常见的吸附剂包括活性炭、树脂、生物质材料等。活性炭具 有高比表面积、发达孔结构和良好的吸附性能，是重金属废水处理中最常用的吸 附剂之一。树脂作为一种高分子聚合物材料，对重金属离子具有较强的吸附能力。 生物质材料则具有来源广泛、可再生等优点，成为研究的新方向。
二、影响因素
1、生物体种类：不同种类的生物体对重金属的吸附能力存在差异。例如， 某些微生物具有较强的吸附能力，而某些植物则对某些重金属具有较高的选择性。 因此，选择合适的生物体是提高生物吸附效果的关键。
2、重金属种类和浓度：不同种类的重金属离子对生物体的吸附能力不同。 一般来说，高浓度的重金属离子对生物体的毒性较大，可能导致生物体死亡或降 低吸附效果。因此，在实际应用中，需要根据废水中重金属的种类和浓度选择合 适的生物体和处理条件。
海藻酸对重金属离子的吸附能力
高分子材料进展------海藻酸钠吸附重金属离子的文献综述高材071 郑剑 200738575113(嘉兴学院生化学院, 浙江嘉兴)2009年12月26日摘要：概述了海藻酸钠在重金属污染治理方面的应用及国内外研究现状和发展前景．分别从海藻酸钠作为吸附剂直接吸附和作为固定化细胞的载体以及与其他物质联合使用，分析了对重金属的去除效果及对固定化细胞的影响。
分析表明，海藻酸钠以其特有的结构和性质在重金属污染治理方面有较好的应用，具有广闻的发展前景。
关键词：海藻酸钠；重金属；固定化；甲壳胺；凝胶球前言由于人类社会的发展，使得越来越多的污染物质排放到环境中，其中重金属污染问题尤为严重。
由于重金属一般具有较大的毒性、高的移动性和低的中毒浓度，在水体中不能被生物降解，某种重金属还可在微生物作用下转化为毒性更强的重金属化合物。
人通过饮水及食物链的作用，使重金属在体内富集而中毒，甚至导致死亡。
如何科学有效地解决重金属对水体的污染已经成为世界各国政府以及广大环保工作者研究的热点之一。
目前，重金属废水处理最常用的方法：化学沉淀法、活性炭吸附法、离子交换法、气浮法等。
【1】但这些传统的方法由于存在沉淀物二次污染及操作费用和原材料成本过高等原因，不适宜处理低浓度的重金属废水。
因此，人们都在寻求适于处理低浓度重金属废水的新方法。
目前，固定化细胞技术在废水处理中受到重视，特别是处理重金属废水时效果良好，且表现出巨大的潜力，成为今年来国内外学者研究的热点。
不同的固定化方法对固定化载物有不同的要求，为了增强固定化效果，保证生物的活性，提高固定化细胞对重金属离子的去除性，科学工作者纷纷在寻求和研究理想的固定化载体。
【2】海藻酸钠是褐藻类的天然高分子，是一种无毒，亲水性的天然多糖类化合物，它是由β—l，4结构的D型甘露糖醛酸钠盐和α-l，4结构的L型古罗糖醛酸钠盐共聚而成，其结构见图l【3】。
海藻酸钠具有良好的溶解特性(可溶于水，不溶于有机溶剂)，良好的粘性、生物相容性、成膜性等特点，近些年来在国内外引起人们的关注。
藻类在含重金属废水处理中的应用
生长影响的强弱顺序是 ： ｃ ｄ ２ ＋ 、 ｃ ｒ ６ ＋ 和Ｈ ｇ ２ ＋ ；对叶绿素含量影响的强弱顺序是 ： Ｈ ｇ ２ 、 Ｃ ｄ 和Ｃ ｒ ６ ； 对 蛋 白质含 量 影响 强 弱顺序 是 ： ｃ ｄ 、 ｃ ｒ “ 和Ｈ 。 吴 海锁 等 以 学 沉淀 法 、 离子 交换 法等 ， 这些 处 理方 法成 本 高 ， 对 大 型工 厂 的 污水 处 理不 适 小球藻为生物吸附剂 ， 研究 了小球藻对ｃ ｕ “、 Ｃ ｄ 和ｚ ｎ 。 坝 附性能， 结果发现小 用， 因 此迫 切需 要一 种 经 济适 用 的处理 方 法来 解决 。藻 类 吸附 法作 为 一 种新 球 藻 吸附 １ ０～１ ０ ０ ｍ ｇ ／ Ｌ 重金 属 离 子 的速 度 快 ， 吸附 容 量 大 ， 适 宜 的ｐ Ｈ在 ３ ． ０～ 型廉价 的 理方 法正 日益受 到关 注 ， 对 藻 类吸 附法 进 行研 究 有 重要 的应用 和 ５ ． ０ ， 影 响吸 附 性 能的 关键 指 标是 ｐ Ｈ和吸 附 时间 ， 小球 对 ｃ ｄ ２ 的 吸 附性 能 明显 经 济价 值 。 高 于其 它离 子 。提 高 体 系 中小 球藻 质 量 浓度 有 利 于 提高 重 金 属离 子 的 吸附
子 等工 业 生产 排水 ， 对 环境 和人 类 健康 有严 重 的危 害 。废 水 中 的重 金 属离 子 大 多不 能 被分 解 ， 容 易 在植 物 和水 生动 物体 内大量 富 集 ， 进 而 转 化到 人 体 内 ， 所 以针 对 重金 属 废水 的处 理 进行 研究 十 分重 要 。目前 常用 的处 理 方法 包括 化
３ ． ２蓝 藻 门藻 类
２ ． 藻类对 重 金属 废水 的 吸附机 理
藻类是一种光合 自养型生物， 其结构简单 ， 其细胞壁主要 由多糖 、 脂肪及 蛋 白质 等组 成 ， 表面 带有 一定 的负 电荷 ， 因此 能够 吸 附废 水 中 的重 金属 离 子 ， 而且其表面的氨基 、 羟基等官能 团等也能与金属离子结合 ， 从而达 到对金属 离子的吸附和富集。另外藻类还有一定的生物吸收作用 ， 当金属阳离子与细 胞表 面 的 水解 酶 等 催化 剂 结 合后 ， 会 被 细胞 吸 收 转移 到 其 体 内 ， 然 后 通 过 一 系列 的 反应 ， 最终 实 现金 属离 子 的 吸收转 化 。藻 类 的 吸附 作 用受 外 界 因素 影 响 时变 化 较大 ， 具体 的像 温度 、 Ｐ Ｈ值 、 培养时间、 金 属离 子 浓 度等 因 素都 会 对 其产 生 一定 的影 响 。 目前对 于 藻类 的 吸附 机理 研 究 尚处 于初 级 阶段 ， 其 过 程 不是 简 单 的吸 附 、 富 集 和离 子交 换过 程 ， 而 是 长 时间 的新 陈 代谢 作 用 、 化 学 及 物理作用的共同效果。
海藻对重金属的富集
海藻对重金属的富集
海藻是一种常见的海洋植物，由于其在生长过程中对环境中的溶解物质具有吸附能力，因此被广泛应用于海洋环境保护和重金属污染治理等领域。
近年来，海藻对重金属的富集作用备受关注。
重金属是指密度大于5克/立方厘米的金属元素，其具有毒性、生物蓄积性和生物放大性等特点，对环境和生态系统造成严重危害。
海洋中重金属主要来源于工业废水、农业、养殖等人类活动，如果不加控制，将对海洋生态造成极大威胁。
海藻对重金属的富集能力是其受到广泛关注的原因之一。
研究发现，海藻在其生长过程中能吸收和富集水中的重金属离子，这些重金属离子主要通过与海藻细胞表面的胶体物质、细胞膜和胞内蛋白质等结合而被吸附和富集。
同时，海藻的生长状态、物种和环境因素等也会影响其对重金属的富集能力。
利用海藻对重金属的富集作用，可以实现对海洋重金属污染的治理。
其中，最常用的方法是利用海藻对重金属的吸附能力，制备海藻纤维吸附剂和海藻多孔材料等，用于处理重金属污染水体和土壤。
此外，还可以利用富集的海藻制备生物质燃料、肥料等，实现可持续发展。
总之，海藻对重金属的富集作用在环境保护和海洋生态治理等领域具有广泛的应用前景。
未来，需要深入研究海藻对重金属的富集机制和影响因素，以进一步完善相关治理技术。
- 1 -。
藻类在环境保护中的作用及其资源化利用研究进展
第一作者:左魁昌,男,1988年生,本科,研究方向为藻类的资源化利用。
#通讯作者。
*国家水体污染控制与治理科技重大专项(No.2008ZX07012 005);淡水生态与生物技术国家重点实验室开放课题(No.2008FB006);中华环境保护基金会T OT O 水环境基金资助项目;华中科技大学自主创新研究基金资助项目(No.M 2009034)。
藻类在环境保护中的作用及其资源化利用研究进展*左魁昌 左椒兰# 胡智泉 朱菁萍(华中科技大学环境科学与工程学院,湖北 武汉430074)摘要 作为地球上最庞大的生物群体,藻类在环境保护中具有重要意义。
主要述评了藻类在固定二氧化碳、去除有毒有害物质、去除难降解有机物、吸附重金属等方面的作用,并从制油,提取色素、藻胆蛋白、生理活性物质等方面评价了藻类的资源化用途,最后对其资源化利用的未来研究方向进行了展望。
关键词 藻类 环境保护 资源化利用The role of algae in environment protection and its resource utilization ZUO K uichang ,ZUO J iaolan ,H U Zhiquan,ZH U J ingp ing.(College of Envir onmental Science and E ngineer ing ,H uaz ho ng Univer sity of S cience and T echnol ogy ,W uhan H ubei 430074)Abstract: A s the mo st eno rmous living or ganisms on t he planet,algae pla yed an import ant ro le in global env i r onment pr otectio n.In t his paper,the pathw ay of alg ae in environment pro tect ion w as intr oduced,including the fix a t ion of carbon dio x ide,remov al of poiso ns or to x ins components,and adsor pt ion of heav y metals.T he methods o f a lg ae resource utilization wer e also summarized,such as the producing o il,the ex tr act ion useful substance and so on.F ina lly,the ho tspot s and future dir ect ion of algae r eso ur ce utilizatio n w ere pr ospected.Keywords: alg ae;envir onmental prot ection;utilization藻类种类繁多,形态各异,目前已知的有30000多种。
黑藻对铅离子的生物吸附
黑藻对铅离子的生物吸附
黑藻是一种藻类，它可以通过生物吸附的方式去除水中的铅离子。
生物吸附是一种生物学过程，其中生物体（例如藻类）吸附到物质表面，从而去除水中的有害物质。
这种方法在净化水中的有毒金属离子方面非常有效，因为藻类能够通过生物吸附的方式将有毒金属离子从水中分离出来。
在使用黑藻进行水处理时，通常会在水中添加少量的黑藻，然后让它们生长。
随着黑藻的生长，它们会吸附水中的有害物质，使水变得更加干净。
目前，有许多研究表明，黑藻是一种有效的生物吸附剂，可以有效去除水中的铅离子。
在研究中，科学家们通常使用模拟的水体系统来研究黑藻的生物吸附能力，并且已经取得了很多有意义的研究成果。
例如，在一项研究中，科学家们使用了不同浓度的铅溶液来模拟污染水，并将黑藻添加到水中。
他们发现，随着铅浓度的增加，黑藻对铅的生物吸附能力也随之增强。
此外，研究人员还发现，黑藻在生物吸附铅离子时具有很高的去除率，可以达到90%以上。
此外，有研究表明，黑藻还具有很好的再生能力，可以在多次使用后仍然保持较高的吸附能力。
这意味着，黑藻可以被多次使用，而无需更换新的黑藻。
这使得黑藻成为了一种经济高效的生物吸附剂，广泛应用于水处理领域。
藻类吸附法去除废水中的重金属
２２２吸 附时 间 的影 响 。 吸 附 时 间是 影 响 吸 附 量 的又 一 重 要 因 ．． 藻类 大 致 可 以 分为 褐 藻 门 、 藻 门 、 藻 门 、 藻 门 四个 门类 及 素。藻类吸附重金属离子一般 分为两个阶段： 蓝 红 绿 第一阶段 为物理吸附， 墨角藻属 、 囊叶藻属、 颤藻属、 鞘 马尾藻属 、 松藻属 、 乳节藻属、 巨藻 速度较快 ； 第二 阶段 的吸附是一个能量驱动 的新陈代谢过程 ， 受到 属、 昆布属 、 带属 、 海 小球藻属、 角叉菜属、 螺旋藻属、 红皮藻属、 刚毛 能量 多少（ 如糖份 ） 阻止新陈代谢过程 的物质 （ 和 如毒性物质 Ｋ Ｎ Ｃ 藻属等属类。藻类的细胞壁由多糖、 白质和脂类组成 ， 蛋 具有粘性 ， 等 ） 的影响 ， 速度较慢。用 马尾藻吸附 Ａ 前 ６ ｓ的吸附速率最快。 ｌ， ０ 带一定 的负 电荷 ， 可提供氨基 、 酰氨基 、 基、 羰 醛基、 羟基 、 硫醇 、 硫 用赤潮藻吸附重金属离子 ， ３ ｍｉ 在 ０ ｎ内即可达到吸附平衡。用水棉 醚、 咪唑、 磷酸根和硫酸根等 官能团与金属离子结合。此外 ， 其细胞 绿藻吸附 ｃ 在 ２ 一， ｈ后 Ｃ ６ ｒ的去除率达到 ９ ％。Ｋｉｍｅ ＋ ６ ｌ ｍ ｋ等【 。 ｌ 用鞘颤 膜是具有高度选择性的半透性膜 ， 因此 ， 类可以富集许多金属离 藻吸附 Ｐ ｚ ｃ “ 在前 ５ ｉ 藻 ｂ ｄ ， 和 ｍ ｎ内对 Ｐ ｚ Ｃ ｂ ｄ 的吸附量就达到饱和 子。 吸 附量 的 ９ ％， ３ｍｉ 达 到 吸 附平 衡 。 ０ 在 ０ ｎ后 １ 藻 类 的预 处 理 ２２３共存离子的影响。溶液中的共存离子是影响吸附量 的第 ＿． 在用藻类吸附重金属离子之前 ，通常要对藻类进行预 处理 ， 主 三个重要因素。在 系统中欲被 分离 出的金属离子称 为目标离子， 在 要有物理加工 、 简单化学处理和化学 改性等三种。 溶液中 ，其 它金属离子和 目标离子都 有可能结合到吸附位点上 ， 这 １１物 理加 工 物理 加工 主 要 为 干燥 、 碎 。干燥 会 不 同程 度地 些其它金属离子称为竞争性 阳离子。 ． 粉 竞争性阳离子对吸附位点的占 改变 藻 类 的组 成 ， 坏 藻 类 的结 构 。 破 干燥 温度 不宜 太 高 ， 般 应低 于 据会使 目标离子的吸附量 下降。 一 各竞争性阳离子 与吸附位点之间亲 １０ 尤 以 日晒 和 冷 冻 干 燥 为 好 。 粉碎 增 加 了海 藻 的 比表 面 积 ， ０ ℃， 从 和力的不同， 它们对 目标离子影 响的能力也不一样 。同一种竞争性 而能够增加其对重金属 的吸附量 ， 加快吸附速率。Ｇ ｐａ ｌ ｕ ｔ 等Ｉ ＿ 先将水 阳 离 子对 具 体 目标 重金 属 离 子 的 影 响是 不 同 的 。ｗｉｉ ８ 的试 验 ｌａ 等 １ｍ 棉绿藻用蒸馏水清洗干净 ， 然后 在太阳下 干燥 ６ ， ｈ 再将其粉碎并筛 表明 ， 当溶液中同时存在 Ｃ “ Ｃ ２ Ｎ“ ， ｕ ， ｄ － ｉ时 巨大昆布对 ｃ ＊ ￣ ， ｕ 的吸附 选出尺寸在 ２ ３ ｍ之 间的作为吸 附剂 ，发现其对 ｃ －ｍ 一的吸附量较 量 比溶 液 中只 有 Ｃ 的小 。 ｕ时 大 。Ｗｉｉｍ 等 ｌａ ｓ 先将 巨 大 昆布 晒 干 ， 除其 中 的砂 粒 和 石 头 ， 后 ｌ 去 然 ２２４重金属离子的初始浓度的影Ⅱ。 ．． 向 另外 ， 由于藻类吸附重金 用钉 锤 碾 碎 ， 选 出尺 寸在 ０５ １ ｍ 之 间 的作 为 吸 附 剂 ， 验 结 属 离 子 为 非 均相 的 固 液 反 应 ， 应 主 要在 固液 界 面 进 行 ， 吸 附 还 筛 ．～ ． ｍ ０ 实 反 故 果表 明其 对 Ｃ Ｎ Ｃ 吸 附效 果 都 较 好 。 ｕ 、ｊ 和 ｄ的 受到参与反应 的重金属离子的初始浓度的影响。 １２简 单 化 学 处 理 简 单 化 学 处理 主 要 是 用 Ｈ １ 有 机 物 浸 ． Ｃ或 ３ 藻 类 吸 附重 金 属 的机 理 与 规 律 泡。Ｈ １ Ｃ 或一些有机溶剂可以洗掉 海藻上吸附的 ｃ “ Ｍｇ ， ａ， ａ ， ２ Ｎ 从 ＋ 藻类吸附机理主要包括离子交换、 表面络合反应和特殊基团的 而增加藻类的吸附点 ， 有利于吸附。 ａｇ等… Ｙｎ 将马尾藻粉碎 ， 选取尺 静 电吸附等。赵玲等证实重金属离子不仅 与原 甲藻发生离子交换 ， 寸在 １ ～ ． ． １ ｍｍ 之 间 的 作 为 吸 附 剂 ，并 用 ０１ ｏ・ 的 ＨＣ 浸 泡 而 且 与原 甲藻 细 胞 壁上 的酰 氨 基 和羟 基 进 行 共价 结 合 。Ｇ ｐａ等用 ０ ４ ．ｍ ｌＬ １ ｕｔ ３， ｈ 然后用去离子水洗涤 ， 最后在 ４ ～ ０Ｃ ０ ６ ￣的烤箱 中烘干。实验结果 水 棉 绿 藻吸 附 Ｃ６ 在 ｐ 值 小 于 ３时 离子 交换 起 到 了主 要作 用 ， ｒ， Ｈ ＋ 而 表 明 ，用预 处理 后 的 马 尾 藻 处 理 含 铀 酰 离 子 （ Ｏ ）废 水 ，在 前 当 ｐ Ｕ， Ｈ值 大于 ３时 则 主 要是 靠 吸 附 剂 表 面基 团的 物理 吸附 。 １ｍｉ Ｕ ｄ的去 除 率 就 达 到 ７ ％～０ ５ ｎ内 ０ ￣ ０ ８ ％。 ４ 结 语 １３化学改性 化学 改性 的 目的在于改善藻类的机械 性能和化 ． 藻类吸附法处理重金属废水具有高效、 经济 、 简便 、 选择性好 的 学稳定性 ， 因为天然藻 类非常柔软 ， 易破碎 、 较 降解 、 腐烂。Ｌｅ等【 优点 ， ｅ ｌ 】 特别是对于一些传统 方法不能有效处理 的低浓度重金属废水 将 马尾藻加入 甲醛和 Ｈ １ Ｃ 的混合溶液中，在室温下轻微搅拌 ４ 后 有着独特的应 用价值。 ｈ 此外， 通过 改性 处理 ， 可进一步提高藻类的吸 将 其过滤 出来 ， 先后用蒸馏 水、 ％的碳酸钠 、 并 ３ 蒸馏水 冲洗 ， 再在 附效率和选择性 ， 因此它是一种极有发展前途 的处理含重金属废水 ６ ℃的条件 下烘干。实验结果表 明，改性后 的马尾藻 对 Ａ ３ ｃ “ 的技术。 Ｏ ｌ，ａ ， ＋ 值得一提的是 ， 除了一些个别 的应用以外 ， 大多数利 用藻类 Ｍ ， ａ的吸 附量 远 大 于 未经 改性 的马 尾 藻 。 Ｎ 吸 附 剂 的 处理 方法 均 处 于 实验 阶 段 ， 实用 化 或 工 业 化应 用 上 还 有 在 ２ 藻 类 对重 金 属 的 吸 附效 果与 影 响 因 素 许多 问题 有待研 究 ， 处理量 少 、 如 周期较长 、 水往往需要预 处理 废 ２１吸附 效 果 藻 类 对 各种 重�
海藻在处理含重金属废水中的应用研究
理 含 重 金 属 废 水 的 具 体 应 用 情 况 ， 生 物吸 附提 出 了未 来发 展 的 方 向和 趋 势 。 对
关键词 ： 海藻 ； 重金属 ； 生物吸 附
中图 分 类 号 ： ７ ３ １ Ｘ０． 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０７—０７ （０ ３ ０ ０ ｌ Ｏ １０ ３ ０ ２ １ ） ｌ一 ｌ８一 ２
１ 研 究 背 景
在经 济 和科技 迅猛 发 展 的今 天 ， 境 问 题 己成 为 环 人 们关 注 的焦点 。我 国所 面 临 的环 境 问题 主要 有 ： 大 气 环境 污染 ， 环 境 污染 和水 资 源 短 缺 ， 水 固体 废 弃 物
在众 多理化 方法 中 ， 附法 一 直是 颇 受研 究 者 青 睐 的 吸 处 理方 法 。
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 ， 国内外众 多 学 者都 在 广 泛研 究 利 用 各种
污 染等 。其 中重 金 属 污 染 是 水 环 境 污 染 的一 个 重 要 问题 。重金 属 污 染 主 要 是 通 过 含 有 大 量 污 染 重 金 属 的工农业 废 水 ， 城市 生活 废水 以及 各种 采 矿 业 废水 向 自然环境 中 释 放 。重 金 属 一 旦 被 吸收 进 入 食 物 链 将 最 终在 生物 体 内积累 ， 最终将 危 害人体 的健康 。 随着金 属矿 业 的 发 展 ， 量 的铅 、 、 、 等 重 大 锌 镉 铜 金 属被 排放 入水 中¨ 。锌 为人 体 必需 微 量 元 素 ， 可 以维持 身体 的发 育 和运 动 的协 调 ， 并且 还 存 在 于 多种 酶 中。但 是 锌对 鱼类 和其 他 水 生生 物 的影 响极 大 ， 锌 对 鱼类 的致 死 浓 度 为 ０ Ｏ ｍ ／ ， 鱼 卵 的致 死 浓 度 ． １ ｇＬ 对 为 ０ ４ ｇ Ｌ４。铅 在浓 度 为 ０ １ ／ ． ｍ ／ Ｊ ． ｍｇ Ｌ时 就 可 导致 鱼 类 的死 亡 ， 且 还 可 以扰 乱 人 的造血 系统 、 经 组 织 并 神 和 肾脏 ， 而引起 一 系 列 的疾 病 ¨ 。镉 进人 人 体 后 可 从 Ｊ 蓄积 于肝 、 肾组 织 中 ， 造成 各 个 脏 器 的损 害 ， 以肾 可 而 脏 损 害 最 为 明显 ， 导 致 骨 质 疏 松 和 骨质 软化 ， 日 并 在 本 曾发生的骨疼病 即由镉 中毒引起 。由此可见 ， ｊ 很 多重金 属浓 度 过 量 都 会 给 生 物 体 带来 不 可 抗 拒 的 毁 坏 。因此 ， 有效 地减 少废 水 中的 重金 属 含 量是 当前 环 境 保 护 的一 大重 要课 题 。 目前 常用 的处理 重 金 属废 水 理 化方 法 有 吸附 法 、 中 和沉淀法 、 氧体 共 沉 淀法 、 化 物沉 淀 法 、 子 交 铁 硫 离 换法 、 化学 还 原 法 、 电 化学 还 原法 、 剂萃 取 法 等 。 溶
藻类去除水体中重金属的机理及应用
第8期
支田田等
藻类去除水体中重金属的机理及应用
·1783·
1
引言
水资 源 是 人 类 生 存 不 可 或 缺 的 自 然 资 源， 但是
量低浓度的废水 时， 费 用 昂 贵， 不 适 合 大 规 模 应 用。 尽管活性炭吸附法 是 一 种 较 有 效 的 吸 附 法， 但是一 般使用的粉末状活 性 炭 价 格 便 宜 但 再 生 困 难， 无法 重复利用， 而颗粒状 活 性 炭 可 再 生 利 用 但 价 格 较 昂 贵
收稿： 2010 年 10 月，收修改稿： 2010 年 12 月
* 国家自然科学基金项目（ No． 21076177 ） 、 教育部博士 点 基 金 项 目 （ No． 200803350077 ） 、 中央高校基本科研业务费专项资 金项目（ No． 2009QNA6007 ，KYJD09011 ） 和浙江省自然科学基金项目（ No． Y4100222 ） 资助 ＊＊ Corresponding author e-mail ： chenglihua@ zju． edu． cn
［3 ，4］
的水平应低于
0. 05mg / L 。 国家已把“重 金 属 污 染 防 治 ” 摆在更加
。 藻类来源广泛， 在水体中很容易观 察 到， 常
用于水体污染的 监 测 。 最 早 在 研 究 毒 理 学 时， 发现 藻类对重金属有富集作用 。 人们通过研究藻类对重 提出将藻类用于生物修复重金属 金属的耐性机制， 污染的水体 。 同 时 ， 更 多 研 究 发 现， 死亡藻体也能 并且具有 够通过多 种 物 理 化 学 机 制 吸 附 重 金 属， 较高的吸附 能 力， 如 Sargassum sp． 对 实 际 废 水 中 Cu 的 吸 附 容 量 是 商 品 化 活 性 炭 的 6 倍［4］ 。 活 藻 体
天然海藻对Pb~2+的吸附作用的研究
。
从上 面的比值可 以看出吸附 的金 属离子和里换 下来的质子电荷并 不守衡 而 置换下 来的质子也 只是 吸附 的金 属离 子的一
部分 所 以 可 以 看出 离子交换是存在并起主要 作用 但它并非唯 一 的 吸 附作用 有 时甚至 不 存 在或起次要作 用 合 反应机 制一样 值也是一 个影 响离子 交换 的重要 因素 , 可 以通 过适 当控制 值 实现 富集 的选择 性
, , 、 、 ,
。
。
由于 重金 属 的毒害性
,
。
到 目前为止 人们 已经 发 现了一 系 列技术 如 化学沉 淀 化学氧化还 原法 离子 交换 电 解及燕 发 回 收技术 用 于 含重 金属 离子 的废水 的处理 但是这些 方法一 般只适用于 重金 属离子 浓度较高的情况 当重金属 离子 的浓度较低时 传统 的处
,
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 活性 非活性 及其衍生 物 分离水体系 中金属 离子 非金属
” 。
,
,
化合物 和 固体顺粒 的过程 定义 为 生 物吸 附 解 吸下来
,
这是一个 吸附 解 吸附的过 程
,
一
。
被吸 附的离子可 被其它 的离子或整合剂
。
。
生 物吸附机理
。
生 物吸 附金 属的 机理 十分复 杂 活细胞和死 细胞 的 吸 附机理 并不 相同
,
搞 清楚 生 物吸附 的机
。
理 也 即金属 怎样结合在 吸 附剂上 这对于生 物吸 附事业 的发展 显而 易见 是很重 要 的 目前认 为其中两 个是最主要 的 ’
,
。
已 经 提出 的机 理有很多
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第21期宋凯，等:藻类作为重金属生物吸附剂的研究进展• 199•藻类作为重金属生物吸附剂的研究进展宋凯，陈星洁，李子孟(浙江省海洋水产研究所，浙江舟山316100)摘要:本文介绍了藻类作为新兴生物吸附剂具有成本低、选择性好、吸附量大、无二次污染等优点，综述和分析了活性藻类与非活性藻类 对重金属离子的吸附机理和吸附影响因素，简要阐述了如今国内对藻类吸附剂的研究状况，并对藻类处理重金属废水的应用前景进行 了展望。
关键词:海藻;生物吸附剂;重金属中图分类号：X172 文献标识码：A文章编号：1008 -021X(2017)21 -0199 -03Research Progress of Algae as Heavy Metal BiosorbentSong K a i，Chen Xingjie，Li Zimeng(Marine Fishery Research Institute of Zhejiang Province,Zhoushan 316100,China)Abstract ：This paper introduces the advantages of algae as a new biological adsorbents agent with cheap,metal selective，high efficiency and no secondary pollution.The adsorption mechanism and the influencing factors of heavy metal ions in active algae and non - active algae were reviewed and analyzed.Described the status of algae as adsorbents in China,and discussed the prospect of application that algae to manage heavy metal wastewater.Key words ：sea weed；biosorbent；heavy metal近年来，由于矿山开采冶炼、化学农药与燃料的使用、电子 工业的开发等一系列人为原因，我国重金属污染事故频发。
初 步统计从2009年至2013年就有30多起重大事故，其中影响严 重的有2012年广西龙江镉污染事故，高峰时镉超标80多倍，影 响范围超100 km[1]。
在被重金属污染的水体中往往含有大量的镉、铅、铜、锌、砷等离子，它们经食物链的生物放大作用，不断在生物体内富 集,最终进人人体造成急、慢性疾病。
如水中的铅不仅能导致 鱼类的死亡，还可扰乱人的神经组织和肾脏，从而引起一系列 的疾病[2];当人体摄人海水中过量的铜时，会出现贫血、肠胃疼 痛等症状[3]。
重金属离子无法被自然降解,且很多重金属本身又具有较 高的经济价值，因此对重金属废水的处理和回收显得十分重要。
传统的重金属废水处理技术主要以物理和化学方法居多，包括沉淀法、鳌合树脂法、膜技术、活性炭吸附工艺、离子交换 法等[44]。
这些方法主要针对的是高浓度重金属废水的处理,存在花费时间长、耗能高、导致生物活性下降等诸多问题。
生 物吸附技术弥补了传统重金属废水处理技术的不足，在治理重 金属污染方面有着效率高、成本低及无二次污染等优点，因此 成为了当今全球范围内的热门课题。
其中因天然海藻来源广 泛、成本低廉，作为生物吸附剂具有吸附量大、操作条件范围 宽、选择性好、金属可回收再利用等优点，在处理重金属废水方 面存在更多优势和前景。
1吸附机理1-1活性藻类生物吸附是将重金属被动地结合到一些生物的表面，从而 将其从水中去除的过程[6]。
对于活性海藻，重金属离子经新陈 代谢作用穿透细胞膜进人到细胞内富集,再以各种形式与胞内 有机物结合储藏在细胞质或细胞器内[7]。
一些如Cu2+和Zn2+是藻类生长的必需元素，但当环境中Cu2+和Zn2+浓度过高时，就会对藻类造成毒害，甚至杀死藻类。
Stromgrcm [8]在用不同 浓度Cu2+处理藻类时发现,Cu2+在5 ~10 mg/L浓度下就使五 种墨角藻生长量减少了 50%。
面对重金属的致毒效应，一些活性藻类经长期进化形成了 特殊的调节机制以适应环境，它们不仅将自身危害降到了最低，而且具有修复高浓度重金属废水的能力。
目前，学者认为 藻类对进人胞内金属离子的抗性主要与海藻细胞内的植物络 合素（PCs)、谷胱甘肽（GSH)、金属硫蛋白（MT S)等大分子物质 有关[9]。
植物络合素是由于重金属离子诱导而在植物体内合 成的一类小分子多肽，它能够螯合重金属，从而起到对重金属 解毒的作用™。
T suji等™使用Z n预处理绿藻（Dunaliella tertiolecta),使得其对重金属（如Cd、Pb、Cu、Hg)的耐受性增强。
谷胱甘肽是能催化合成P&的底物，Moreffi E等人[12]在用重 金属处理桂藻（Phaeodactylum tricomutum)后发现，其藻细胞中 约50%的GSH用于合成了 PCs。
金属硫蛋白是一种与金属结 合的蛋白质,它在保留某些金属的同时又能调节重金属离子含 量以防止重金属过高发生毒害。
另外，细胞内的多磷酸体(PPB)也被认为是重金属结合位点之一 [13]。
1.2非活性藻类由于活性藻细胞受环境影响较大，且高浓度的金属离子对 藻细胞生长不利，甚至对其产生毒害，因此国内外针对非活性 藻类的研究更为广泛。
非活性藻类相比起活性藻类有着更多 的优点:它无需生长的能源、不受环境条件的限制，不仅在化学 和物理处理后能增强吸附容量，而且吸附结束后还可利用适宜 的试剂进行洗脱、再生,最终达到重复利用的效果。
多数研究证明,非活性藻类对重金属仍具有较好的富集能 力，部分甚至高于活性藻类。
Hassen等[14]将藻类活细胞与预 先用热水杀死的藻类细胞进行Cu2+吸附对比，实验结果发现，收稿日期=2017 -08 -15基金项目：浙江省科技厅公益技术研究项目（2017C32089)作者简介:宋凯（1983—），男，山东德州人，硕士,工程师，研究方向：环境科学;通讯作者：陈星洁（1995—），女,本科生，研究 方向:水域环境监测和食品分析。
• 200 •山东化工SHANDONG CHEMICAL INDUSTRY2017年第46卷即使两者最终吸附量相同，但过程中活细胞对Cu2+的吸附速率 小于死细胞的吸附速率;Kalyani等[15]在对Sargassum sp.进行 酸处理后,观察到该藻对N:i2+的富集量由天然状态下181 X1CT3上升到了 250 x 1CT3。
这些可能是因为细胞死亡后，藻细 胞壁出现大部分破碎，更多的内部功能团被暴露在细胞表面，从而更有利于重金属吸附进行的结果[16]。
区别于活性藻类细胞来看，非活性藻类对重金属离子吸附 的过程是一个复杂的物理化学过程，胡厚堂等[17]认为,这种不 依赖新陈代谢的生物吸附现象，有类似于离子交换树脂或活性 炭的化学特性，相对速度比较快，并能可逆进行,在工业应用中 具有优势，以后很有可能得到大范围的推广。
目前，普遍认为 非活性藻类细胞主要通过表面络合、离子交换、物理吸附、氧化 还原及微沉淀等作用对重金属离子进行生物吸附。
1.2. 1表面络合藻类细胞壁上存在着蛋白质、多糖、磷脂等多聚复合体，这 些多聚复合体携带着大量含有N、0、P、S等原子的官能团，它们 在吸附过程中提供了孤对电子与金属离子形成配位键而络合。
Sheng 等[18]在 Sargassum sp.和 Padina sp.吸附 Pb2+、Cu2+、Cd2+、Zn2+和m2+的研究中发现重金属离子和羧基的结合表现 出螯合特征，且对吸附金属离子有贡献的基团是羧基、醚、羟基 和胺基;Yun[19]等通过X光衍射以及核磁共振光谱分析，观察 到金属离子与藻酸盐上的配位基结合，由此发现了马尾藻细胞 壁上的羧基和磷酸基团是影响Cd2+高吸附能力的主要因素;U 等[2°]对藻类进行一系列预处理，在将细胞壁上的多糖、脂类破 坏后，发现Spmilma platen—对&3+的吸附量大大下降，这证明 在&3+吸附过程中确实与海藻细胞上的多糖、蛋白质、脂类发 生了化学络合;李建宏等[21]也证明了表面络合的存在。
1.2.2离子交换在藻类吸附过程中，金属离子被吸附的同时经常伴随着其 他离子的释放，这是由于溶液中的重金属离子置换出了藻类细 胞酸性官能团上K+、Na+、Ca2+和Mg2+等来自海水的轻金属离 子。
Rmze等[22]用褐海藻吸附溶液中的m2+时发现，经吸附后 细胞壁中的Ca2+、Mg2+浓度大幅降低，说明N:i2+与细胞壁上的 Ca2+、Mg2+进行了离子交换;DAVIS T A等人[23]将褐藻细胞分 别放人存在Co2+的溶液与不存在Co2+的溶液中，发现原含有3. 8%钙离子的褐藻细胞在有Co2+存在时，吸附后的钙离子仅 剩0.4%，经电镜、红外光谱和X射线能谱仪分析后，证明了该 过程是离子交换的结果；Chojnacka等[24]在Spiralina sp.吸附 Cr3+、Cd2+和Cu2+的实验中观察到吸附后的溶液p H值下降 了，经元素分析该溶液后显示有K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Fe3+等 阳离子出现，这说明当重金属离子出现在溶液中时，细胞壁上 的部分质子和轻金属阳离子被其从吸附位点置换下来。
1.2.3 氧化还原变价金属离子生物体上吸附，还有可能发生氧化还原反应。
根据X射线光电子能谱对海藻（Sargassum fluitans)吸附 Fe3+和Fe2+的过程进行分析，发现在吸附过程中，部分Fe2+被 氧化成Fe3+ [25] ;H0Sea和Greene用光谱实验证实了小球藻(Chlorella vulgaris)可将吸附的Au3+依次还原为Au +和Au[9]; Sargassum vulgaris吸附Pb2+的机理也包含氧化还原作用[22]。
1.2.4微沉淀和物理吸附无机微沉淀是金属离子在细胞壁上或是细胞内形成无机 沉淀物的过程，是易水解金属常见的吸附机理之一。
Rw e 等[22]通过X PS分析发现Pb2+在大型褐藻的细胞表面发生了微 沉淀作用;刘瑞霞等[26]观察到I I在细胞Saccharangces cerevisia 的表面形成了 〇.2p m的针状纤维层，这种沉积层可采用化学方 法洗脱，从而使细胞吸附剂重复使用。
物理吸附即重金属离子依靠分子间的范德华力直接附着在藻类的细胞壁上，或者夹杂在细胞裂隙之间，但以这种形式 吸附的离子占离子吸附总量的极少比例。