新型深海中温菌Wangia profunda(SM-A87)胞外多糖对重金属和有机物的吸附性能研究

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随着我国工业化进程的加速,环境污染日趋严重,污水处理和污染土壤的修复已成为环境科学与工程领域的重要课题。固液吸附法是污水处理的常用方法之一,研究污染物的固液吸附行为,开发高效、廉价吸附剂是环境科学与工程领域的重要研究内容。近期从日本冲绳槽海域,深度为1245米的深海底泥样中采集到一株中温菌Wangia profunda(SM-A87),发现可分泌丰富的胞外多糖(ExoPolysaccharide,EPS),其表面有丰富的羟基和羧酸基等,预期与重金属离子和有机污染物有较强的相互作用,有望成为一种新型的污水处理吸附剂。为此,本文采用生物发酵技术制备了SM-A87 EPS,并进行了表征;选取Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)为模型重金属污染物,对硝基苯酚和对硝基苯胺为模型有机污染物,研究了SM-A87 EPS对重金属和有机污染物的吸附行为,考察了固液比、pH、温度、离子强度等因素的影响,研究了吸附热力学和动力学,探讨了吸附机理等。以期加深对污染物固液吸附的认识,为高效、廉价吸附剂的研发提供基础信息。主要结论如下:1、所合成的SM-A87 EPS呈多层微纤维形态,热分解温度为275℃,在水中分散成无规则颗粒,平均粒径约为100 nm,比表面积为673 m2/g;主要组成元素为C、H、O和N,表面主要官能团为羟基和羧基,其密度为40 mmol/g;在pH大于3的范围内,随着pH的增加,SM-A87 EPS表面的负电性增强。2.SM-A87 EPS对重金属离子Pb(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)有很强的吸附能力,特别是在海水介质中对重金属的吸附能力明显高于常用吸附剂(膨润土、甲壳素和壳聚糖);吸附量或去除率的大小顺序为:Pb(Ⅱ)>Cu(Ⅱ)>Cd(Ⅱ);吸附动力学符合准二级速率方程,Pb(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)的吸附等温线符合Langmuir方程,而Cd(Ⅱ)的吸附等温线符合Freundlich方程;无机电解质添加剂(NaCl、KCl、MgCl2和CaCl2)可明显抑制其吸附;随pH增加吸附量增大。在所研究的温度范围内,随温度增大吸附量先增加后降低,最大值出现在30℃左右。Pb(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)的吸附同时存在化学键合吸附和静电键合吸附,而Cd(Ⅱ)以静电键合吸附为主。3.SM-A87 EPS对对硝基苯酚和对硝基苯胺有很强的吸附能力,吸附量或去除率的大小顺序为:对硝基苯胺>对硝基苯酚;其吸附动力学符合准二级速率方程,吸附等温线符合Langmuir方程;pH和温度可明显影响其吸附量,在pH微酸性和30℃左右吸附量最大。4.SM-A87 EPS具有较大的比表面积、丰富的表面羟基/羧基和强的负电性,对重金属和有机污染物均有很强的吸附能力,表明是一种很有发展潜力的新型污水处理剂。
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