Bioadsorbentsbased系统
当前评论相关吸附重金属一般approaches90 - 93等不同类型的生物质微生物生物量、植物废物,agro-based废料,或者一个特定的金属。494 - 98年然而,回顾金属吸附使用大型植物生物量是不可用的。在这一章,回顾当前的知识优先吸附使用无生命的从水生植物生物量。
生物吸附是一个属性的活的和死的生物体,可以简单地定义为物质的去除生物材料解决方案。这样可以有机和无机物质,在气体,可溶性或不溶性形式。93年生物吸附表明是一个非常有前途的生物技术从废水金属切削。90年,它的主要优点是它的低成本、高metal-binding能力,高效迅速减少污染物浓度以环境友好的方式,简单起见,99100年biomass.93和可用性
阿卢瓦利亚和Goyal94指出一些缺点吸附等生物量的早期饱和,这可能是个问题,因为金属解吸是必要的进一步使用之前,无论金属的价值。此外,生物过程改进的潜力是有限的,因为细胞不执行一个活跃的新陈代谢。
生物吸附是一个相当复杂的过程受多种因素影响,包括不同的绑定机制(图10.4)。大部分的功能组负责金属绑定在细胞壁和包括羧基、羟基、硫酸、巯基、磷酸盐、氨基、酰胺、亚胺、imidazol根。90植物的细胞壁蛋白质,脂肪,碳水化合物的聚合物(纤维素,木糖胶、甘露聚糖等),Ca (II)和无机离子,Mg (II),等等。细胞壁中的羧基和磷酸组是主要的酸性官能团直接biomass.101吸附容量的影响
此外,研究生物表面的化学改性来提高吸附重金属被广泛报道。102103 Equilibrium91 kinetics104生物吸附使用不同的模型被描述。
最近报告biosorbents基于不同类型的大型植物在文献中广泛存在。免费的,漂浮水生植物属Salvinia,红萍、Eichhornia浮萍属,水浮莲被描述。s•生物量是能够吸收(V)在低初始浓度从0.25到2 mg / L(分别为74.8%和54%)。实验数据拟合朗缪尔和弗伦德里希等温线。pH值和生物质量对吸附率的影响也被研究以及一些代谢parameters.105
最近,美国的非生物的生物量cucullata被描述为铬(VI)的低成本吸附剂。106年最佳条件的铬(VI)吸附酸洗s cucullata被发现使用全因子设计。铬(VI)的去除效率adsorbent被发现增加随着时间的增加,温度、吸附物浓度、搅拌速度、降低pH值的增加和吸附剂剂量。傅里叶变换红外光谱(ir)分析显示,除了静电力,吸附可能是由于
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- 图10.4绑定机制参与金属吸附。
形成复杂的配体(刘易斯基地)吸附剂中可用。螯合所发挥的重要作用也显示。作者表明,螯合物的形成可能是喜欢较低的小灵通,因此吸附效率较高。列研究进行了最优操作条件和获得的最大吸收为98.75毫克/克。吸附的数据列Bohart-Adams模型研究安装好。此外,除铬(VI)的研究进行了利用活性炭从美国cucullata获得。结果表明,初始吸附过程的一部分只局限于表面吸附和动力学可能是因为intraparticle扩散越慢。红外光谱表明,阴离子结合形成螯合吸附剂的一部分。列研究也进行了评估的适用性吸附剂处理铬(VI)被污染的水和最大吸收铬(VI)观察到的是156毫克/克的初始浓度为100毫克/ L.107
a . filiculoides生物质已经评估了Pb (II)、Cd (II)、镍(II)和锌(II)吸附在不同的阶段。非生物的生物量的filiculoides被氢氧化钠,然后激活氯化钙/ MgCl2 /生理盐水。这个过程可能发生由于增加了离子交换剂等(首席运营官)2 ca和(首席运营官)2毫克绑定和/或-COONa2OOC——组。这些绑定网站可以从脱甲基作用形成的细胞壁果胶碱溶液,然后用三元氯盐溶液接触。这样一个激活导致更高的qmax获得碱处理生物量、尤其是对Pb (II)和Cd (II)在最高温度(313°K)(1.272和0.977和1.35和0.931 Pb (II)和Cd (II),分别)。这种生物也快吸附动力学相比未激活的红萍biomass.108
移除汞(二)从水的解决方案也可能使用a filiculoides无生命的生物量。多样化的技术,如扫描电子显微镜(SEM),测定氮和氨基酸含量、打赌(Brunauer、艾美特、出纳)表面积N2吸附在77 K,酸/碱滴定法,离子交换容量,电泳测量用于试图阐明机制参与汞封存。样品也具有能量色散光谱和x射线衍射与汞接触和平衡后的解决方案。Hg的减少(2)Hg (I),也就是说,可溶性汞对不溶性氯化亚汞(Hg2Cl2)吸附剂表面,被发现是一个控制反应机理。虽然汞吸附研究中遇到类似的浓度升高工业废水结果,建议也适用于最后阶段水处理.109
不那么复杂的技术已报告是有用的学习biosorbents的酸性和碱性治疗过程和羧基和羧酸盐集团金属吸附的作用。Rakhshaee coworkers101使用电位滴定曲线来评估这些组织的内容l .小调生物量与氢氧化钠和盐酸处理。结果显示增加(25%)的吸附汞(二)、铬(III)、铬(VI)、铜(II)与NaOH-treated生物质由于增加首席运营官——组(0.92 - -2.42更易/ g)。相反,羧基组增加观察(1.50 - -2.41更易/ g)由于酸性治疗导致减少金属离子吸收(33%)尽管激活的氯盐。
最近的报告指出,水葫芦(e .凤眼莲)非生物的生物量是适合发展的一个有效biosorbent铬的去除废水的化学和盟军加工工业。古德Das110发现铬(VI)的吸附率从水溶液快速一阶动力学模型和平衡后表现出朗谬尔的行为。最大吸附铬(VI)被发现7.5毫克/克的干重,而计算活化能大约是54.6焦每摩尔。基于这些结果,作者提到,大约500毫克的干生物量可以去除铬(VI)铬铁矿成功地从100毫升的水含有2.8 mg / L铬(VI)。相反,reported111,尽管Largreen雷竞技csgo一阶模型适用于一些数据的水葫芦吸附铬(VI)的生物量、pseudo-second-order反应模型适用于所有数据。此外,弗伦德里希等温线表示测量吸附数据被发现。红外光谱表明,羟基chromium-binding在网站内的pH值范围从1到5,在铬没有沉淀。
Spirodela媒介物、l .轻微和p . stratiotes能够去除Pb (II), Cd (II)、镍(II)、铜(II)、锌(II),虽然这两个前离子被更有效率。数据拟合朗缪尔模型只对倪和Cd,但所有金属的弗伦德里希等温线测试。吸附容量值(KF)表明,Pb金属更有效地从水溶液(166.49和447.95毫克/克美国媒介物和l .小,分别)。三个物种的吸附过程遵循一阶动力学研究。参与生物吸附机理导致离子-交换过程单价金属之间的抗衡离子存在于mac-rophytes生物量和重金属离子和质子从water.112
激活疗法的效果也已经评估multimetal(铜(II)、Cd (II)、镍(II))使用未经处理的系统,酸(硫酸),预处理和碱(氢氧化钠)生物质预处理l .较小。结果显示,吸附能力的生物质multimetal系统低于单一金属系统中获得的,也就是说,Cd (II)吸附在未经处理的生物量下降了近60%。离子电荷、离子半径和电极电位影响金属离子吸附在multimetal系统。另一方面,最大吸附能力高与碱预处理生物质(83、69和59毫克/克的Cd (II)、铜(II)、镍(II)离子,分别)。红外光谱结果表明,干生物量对重金属离子有不同的官能团绑定,如羧基、磷酸、酰胺、硫醇和氢氧根groups.113
无生命的生物量的大肠凤眼莲、Valisneria spiralis, p . stratiotes检测的重金属(Cd (II)、镍(II)、锌(II)、铜(II)、铬(II)和Pb (II))吸附能力,从individual-metal multimetal水解决方案。令人惊讶的是,诉spiralis最有效的植物和e .凤眼莲是最有效的一个用于去除所有的金属。Cd (II)被诉spiralis移除高达98%。吸附数据Cr (II)、镍(II)和Cd (II)安装更好的朗缪尔等温线方程,而铅的吸附数据(II)、锌(II)、铜(II)安装更好的弗伦德里希等温线方程。一般来说,其他金属离子的存在没有显著影响目标金属吸附能力测试的植物生物量。离子交换吸附重金属离子被证明是主要的机制参与有很强的离子平衡吸附(H +和M2 +)和释放离子(Na +和K +)和biomass.114
关于水下植物,吸附的铜(II) Myriophyllum spicatum l .(欧亚水耆草属植物)已被证明是快,适合如朗缪尔等温线模型,Temkin, Redlich-Peterson。的最大吸附容量(qmax)铜到m . spicatum l . 10.80毫克/克,而整个吸附过程pseudo-second-order方程所描述的是最好的。115年同样,软水草verticillata被描述为一个优秀的biosorbent乳糜泻(II)。在批处理情况下,qmax计算为15.0毫克/克。此外,h . verticillata生物量能够降低Cd (II)浓度从10的价值低于检出限0.02 mg / L在连续流动的研究(固定床列)。同时也发现,Cd (2) biosorption.116锌离子的影响
Hg的吸附机制的非生物的生物量(II) Potamogeton•也阐明使用化学和仪器分析包括原子吸收、电子显微镜、x射线能量色散分析。结果显示高最大吸附的汞(二)(180毫克/克),发生在整个生物质表面。然而,表面有斑点,明显的Hg (II)发生多层吸附。Hg的最小浓度(II)解决方案,可以删除似乎是大约4 - 5毫克/ L.117
其他水生杂草如芦苇垫、红树林(叶子),睡莲(Nymphaceae家庭植物)被发现是有前途的biosorbents铬去除。最高铬(III)吸附能力也体现在芦苇垫(7.18毫克/克),而对于铬(VI),红树林叶子显示最大清除能力(8.87毫克/克)其次是睡莲(8.44毫克/克)。更有趣的是,铬(VI)是减少到铬(III),与单宁的帮助下,酚类化合物,和其他官能团biosorbent,随后吸附。与前面讨论的结果使用酸性的治疗,在这种情况下,这种治疗方法显著提高了铬(VI) biosorbents的去除能力,而碱处理it.118减少
从Parmelina Cladonia属地衣生物量有了好的biosorbents Pb (II)、铬(III)和镍(II)离子。朗缪尔,弗伦德里希,Dubinin-Radushkevich (dr)模型应用于描述Pb (II)的吸附等温线和铬(III)离子Parmelina椴树科生物量。地衣的单层吸附重金属能力发现Pb (II)和铬(III)离子是75.8和52.1毫克/克,分别。dr等温线模型表明,生物吸附是由化学离子交换机制,自的意思ios版雷竞技官网入口 计算是12.7和10.5焦每摩尔Pb (II)和铬(III)吸附,分别。等热力学参数计算自由能的变化(AG0)、焓(AH0)和熵(计数)表明,Pb (II)的吸附重金属离子和铬(III)到p椴树科生物量是可行的、自发的放热检查条件下。119年平衡、热力学和动力学模型之前提到也用于描述生物吸附的Pb (II)和镍(II)离子从溶液使用Cladonia furcata生物量。生物量的单层吸附能力被发现12.3和7.9毫克/克Pb (II)和镍(II)离子,分别。在dr模型中,计算自由能的平均值为9.1焦每摩尔吸附重金属离子铅(II)和9.8焦每摩尔吸附重金属离子镍(II),表明金属离子的吸附是由化学离子交换机制。热力学参数与吸附容量表示一个可行的的发生,自发的放热过程。实验数据也被测试的动力学特征和发现生物吸附过程的金属离子后好pseudo-second-order kinetics.120
最后,Chojnacka121调查的吸附特征Riccia fluitans及其潜在的吸附铬(III)水的解决方案。结果表明,生物质是富含蛋白质(27 - 31%)和具有较高的阳离子交换容量(14.5 mequiv / g)。羧基组中发现了一个更高的量(6.08 mequiv / g)。此外,发现在multi-ion系统(铜、锰和锌)、铬(III)吸附能力显著影响(3.91和6.10 mequiv / g)因为金属离子metal-binding网站竞争。结果还表明,结合金属离子交换与碱土金属,确认金属绑定的主导机制r . fluitans离子交换。
就像前面提到的在这一章,大部分的生物吸附评论处理非生物的生物量。然而,也是相关理解各种吸附机制的存在当代谢活跃,使用生物质生活。美国最小值已经被证明是一个优秀的Pb biosor-bent。发现生物吸附过程遵循pseudo-second-order动力学和被依赖于初始金属浓度(从0.8到28.40毫克Pb / L)。数据拟合朗缪尔和弗伦德里希模型。qmax既获得了很高,人工合成废水和去离子水(分别为58和44个毫克/克)。如此高的吸附铅的能力很可能由于其特殊的物理化学特性,如一个非常高的表面积(264 m2 / g)和羧基组的好的内容(0.95更易与H + / g干重).77点
在自然条件下,Ceratophyllum demersum和Potamogeton pectinatus l .被发现是有效的吸附剂的Cd (II)、铜(II)、Pb (II)。金属在植物表面的吸附百分比后模式:Pb (II) >铜(II) > Cd (II)。p . pectinatus生物质吸附重金属含量高于demersum。结果显示,两个物种的兴趣waters.122污染的植物修复和生物监测的研究
在控制条件下,勒和collaborators123评估Co的吸附/解吸特性,铜,镍,锌生活Myriophyllum spicatum生物量。吸附过程的朗缪尔模型很好地描述有限公司镍、铜和锌,而吸附是由弗伦德里希等温线更好的描述。生物质显示最高的亲和力为铜的最大吸附容量(113毫克/ g), 49岁,38 - 17倍和Co,镍,锌(2.3,3.0,和6.8毫克/克,分别)。在初始浓度最高的100 mg / L,最多29毫克/克铜的表面上,这些生物质。潜在的再生生物量和重金属的恢复也评估使用盐酸(0.1 M)。然而,酸洗液不完全恢复的金属,这些在表面和证据在观察生物浸出。因此,这个过程并不建议作为一个可行的策略。另一方面,Keskinkan和collaborators124发现低qmax铜(II)(10.37毫克/克)和锌(II)(15.59毫克/克)使用的生活生物质m . spicatum移除。相反,m . spicatum和c . demersum显示是优秀的Pb (II)吸附剂(分别qmax = 46.49和44.8毫克/克)。热力学参数,具体地说,吉布斯自由能的负值,表明金属之间的吸附过程的自发性和植物。价值最低的是获得铜和c . demersum系统(-0.45),而这个参数的最高价值是实现领导和m . spicatum系统(-10.83)。
10.5结论
Phytofiltration,定义为利用植物去除废水中的污染物,已经被证明是一种高效、环保的生物技术。所有phytofiltration系统,如rhizo-filtration、水煤浆和泻湖,和biosorbents-based系统,在金属切削非常有效。然而,选择合适的植物物种和/或一个特定系统的phytofiltration现场成功应用范围的关键。水生植物,尤其是自由浮动和水下植物,显示巨大的潜力。最后,尽管大多数这类污染物的去除机制研究,更好地理解他们在一个特定的系统将增加phytofiltration的情况下成功的应用程序所必需的。
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