生物吸附法以其材料易得、 吸附效果好、 易解析、 环境友好等优点而被广泛的应用于水溶液中低浓度重金属离子的吸附去除。 光谱学显示苦荞茶含有多种基团且表面结构疏松, 对水溶液中金属离子具有一定吸附潜力。 探讨苦荞茶对水溶液中铅、 铜、 镉、 锌、 铬离子吸附作用光谱分析。 采用扫描电镜(SEM)、 能谱分析(EDS)、 傅里叶红外光谱(FTIR)对苦荞茶吸附铅、 铜、 镉、 锌、 铬前后进行表征, 初步解析苦荞茶对水溶液中铅、 铜、 镉、 锌、 铬离子吸附作用。 使用等温吸附方程(Langmuir, Freundlich, Temkin和Dubinin-Radushkevich) 与动力学方程(准一级、 准二级和颗粒内扩散)来评价苦荞茶对水溶液中铅、 铜、 镉、 锌、 铬离子吸附方式及行为。 响应面法是一种数学建模的优化方法, 能回归拟合各因素与实验结果之间的函数关系, 从而确定实验因素及其交互作用对目标值的影响程度。 采用响应面法考察目标离子初始浓度(A)、 吸附剂颗粒大小(B)、 吸附剂投加量(C)和吸附时间(D)四个因素对苦荞茶吸附水溶液中铅、 铜、 镉、 锌、 铬离子能力的影响作用及程度。 等温吸附方程显示, 苦荞茶对水溶液中铅、 铜、 镉、 锌、 铬离子吸附方式以多层吸附方式为主, 伴有其他吸附类型, 苦荞茶对目标重金属吸附量排序为: 铅＞镉＞铜＞锌＞铬, 即为: 30.67＞16.18＞13.85＞10.81＞8.43 mg·g-1。 动力学方程与苦荞茶扫描电镜(SEM)提示, 苦荞茶对水溶液中铅、 铜、 镉、 锌、 铬离子吸附过程符合准二级动力学, 其吸附速率由液膜扩散和颗粒内扩散作用共同控制, 而且苦荞茶表面疏松的结构出现表面趋于平滑, 孔洞出现融合的现象。 能谱分析(EDS)与傅里叶红外光谱(FTIR)证实了水溶液中铅、 铜、 镉、 锌、 铬离子被苦荞茶所吸附, 苦荞茶中-OH, -CH2, -CH3, CO, -NH, -C-O, CH基团参与水溶液中铅、 铜、 镉、 锌、 镉离子结合吸附作用并存在同一类型的基团吸附结合不同目标离子的现象。 响应面法构建考察因素影响苦荞茶对水溶液中铅、 铜、 镉、 锌、 铬离子去除能力模型, 其调整回归决定系数分别为Adj R2Pb=97.10, Adj R2Cu=98.44, Adj R2Cd=94.55, Adj R2Zn=92.71, Adj R2Cr=97.02, 说明非线性模型可用来评价考察因素对苦荞茶吸附水溶液中铅、 铜、 镉、 锌、 铬离子影响作用。 响应面法分析表明, 考察因素［离子初始浓度(A)、 吸附剂颗粒大小(B)、 吸附剂投加量(C)和吸附时间(D)］对铅、 铜、 镉、 锌、 铬离子去除率影响作用大小排序为: 铅离子(A＞D＞B＞C)、 铜离子(A＞C＞D＞B)、 镉离子(A＞B＞C＞D)、 锌离子(B＞C＞A＞D)、 铬离子(C＞B＞D＞A)。 研究结果说明, 苦荞茶对水溶液中铅、 铜、 镉、 锌、 铬离子具有良好的吸附作用, 为苦荞茶拓展新的应用途径提供了参考依据。

探究油菜秸秆髓芯、 外壳、 籽荚对水溶液中Pb(Ⅱ)的吸附能力及其吸附机理。 以水溶液中Pb(Ⅱ)最大去除率为评价指标, 采用响应面法Box-Behnken Design实验来分析溶液pH、 Pb(Ⅱ)初始浓度、 粒径大小、 油菜秸秆各部位投加量和时间因素对油菜秸秆吸附Pb(Ⅱ)的影响程度并建立多元回归模型, 优化出最佳吸附条件参数组合; 应用吸附动力学、 等温吸附线模型来拟合油菜秸秆各部位对Pb(Ⅱ)吸附过程, 评价其吸附行为; 用红外光谱对吸附水溶液中Pb(Ⅱ)前后的油菜秸秆髓芯、 外壳、 籽荚进行表征, 探讨其基团变化情况。 结果表明: 水溶液pH与油菜秸秆髓芯、 外壳、 籽荚的投加量两个因素是影响油菜秸秆对水溶液中Pb(Ⅱ)去除的关键因素。 模型回归决定系数分别是R2髓芯=0.9664, R2外壳=0.970 1, R2籽荚=0.964 9, 方程拟合较好, 模型可用。 油菜秸秆髓芯、 外壳、 籽荚对Pb(Ⅱ)的吸附行为符合二阶动力学方程与Langmuir等温线模型, 对水溶液中Pb(Ⅱ)最大吸附量分别为135.14, 78.74和90.09 mg·g-1。 通过比较油菜秸秆髓芯、 外壳、 籽荚吸附水溶液中Pb(Ⅱ)前后红外光谱图发现, 油菜秸秆各部位基团(羟基、 羧基、 酰胺等基团)发生了峰波数位移、 强度降低的变化, 提示这些基团在吸附水溶液Pb(Ⅱ)过程中发挥重要作用。

采用耐辐射奇球菌活体为生物吸附剂,进行了对水溶液中放射性核素铀的批量吸附实验.主要研究了溶液pH、初始铀浓度对吸附放射性核素铀效果的影响,并通过红外光谱(FTIR)和扫描电镜/能谱仪(SEM/EDS)等手段分析了其吸附机理.结果表明:在pH　5,c0=100 mg·L-1时其吸附效果最佳,而最大饱和吸附量qmax为240 mgU·g-1.结合扫描电镜与能谱分析结果认为,耐辐射奇球菌表面附着了大量的含铀片状结晶物,并且其吸附过程主要以离子交换或表面络合的方式吸附铀.比较吸附铀前后菌体红外光谱图和红外分峰图发现,耐辐射奇球菌吸附铀后的整体谱形有了一定的变化,特别是蛋白质中酰胺基团、羟基、羧基以及磷酸基团等活性基团可能参与了吸附过程,并且在906 cm-1处出现了一个新的峰,此峰为UO2+2的伸缩振动峰.可见,利用具有抗辐射特性的耐辐射奇球菌为生物吸附剂,以期在放射性环境中对放射性核素铀的吸附具有一定的潜在途径。

采用室内水培和静态吸附实验, 研究了水生植物少根紫萍(Landoltia punctata)活体和干粉对水体中U(Ⅵ)的吸附能力, 并对作用过程和机理进行了初步分析。 结果表明: 常温下少根紫萍2.5 g·L-1(FW)活体和1.25 g·L-1(DW)干粉在pH 5下对5 mg·L-1U(Ⅵ)溶液的去除率分别可达78.70%和95.55%。 活体和干粉对U(Ⅵ)的吸附率随pH升高先增大后减小, 在pH 4～5时达到最大, 并随投加量的增加而增大; 随U(Ⅵ)初始浓度增加先增大后减小; 在作用5 min时, 活体和干粉对水体中U(Ⅵ)的吸附率分别为13.90%和79.97%, 在24 h时吸附率均达90%以上, 吸附逐渐趋于平衡。 当U(Ⅵ)初始浓度增加至250 mg·L-1, 活体和干粉对U(Ⅵ)的吸附量分别达到4.05 mg·g-1(FW)和131.76 mg·g-1(DW), 相比Langmuir模型, Freundlich吸附等温方程能较好地描述少根紫萍对U(Ⅵ)的吸附行为, 吸附过程符合准二级吸附动力学方程, r均在0.99以上。 FTIR分析结果表明: 少根紫萍表面含有羟基、 羧基、 氨基、 磷酸基等多种活性基团; SEM-EDS表明少根紫萍活体与水体中U(Ⅵ)作用48 h后, 大量片状无机磷酸铀晶体在其根系表面生成, 结晶主要由P, O, U元素组成, 不含C, 其中P和U的质量百分比分别为8.76%和82.53%, 原子百分比分别为25.19%和30.89%, 而对照组P的质量百分比和原子百分比仅为0.24%和0.11%, 干粉未观察到类似晶体存在。 XPS分析结果表明: 活体吸附后, 部分U(Ⅵ)被还原为U(Ⅳ), 而干粉吸附的铀主要以U(Ⅵ)形式存在。 由此推断, 少根紫萍干粉对U(Ⅵ)的吸附主要通过静电吸引, 离子交换, 络合配位等方式实现; 活体对U(Ⅵ)吸附的同时还存在还原和矿化的过程, 在U(Ⅵ)胁迫下活体根系表面会分解释放出无机磷酸根, 与吸附的U(Ⅵ)及部分被还原的U(Ⅳ)结合矿化为难溶的氢铀云母。

以梧桐树叶粉末为吸附剂, 通过静态吸附实验, 利用FTIR, SEM, XRD, XRF等手段, 研究了梧桐树叶对铀的吸附行为及其可能存在的机制。 结果表明: 梧桐树叶对铀有较强的吸附能力, 吸附率和吸附容量分别可达96%和19.68 mg·g-1。 吸附行为符合准二级动力学方程和Freundlich等温线方程。 吸附过程中, 铀通过静电作用被快速吸引到梧桐树叶表面, 干粉中的羟基、 羧基和酰胺Ⅱ带等官能团可能与铀发生络合或配位反应; 吸附后, 梧桐树叶干粉表面由疏散多孔的不规则分布状态变成致密平整的结构, 以SiO2为主的纤维素特征峰减少, Ca和Na的元素含量增加, Mg的元素含量相对减少, 并在吸附后的干粉中检测到铀的存在。 推测在梧桐树叶对铀的吸附行为中既有物理吸附又有化学吸附, 表现为静电吸引, 络合配位及离子交换共同作用的机制。

从四川盆地紫色土中分离获得一株革兰氏阳性细菌, 对该菌株形态学及16S序列分析, 初步鉴定属于芽孢杆菌属。 本文主要分析了一定剂量γ辐照前后该菌株对Sr2+的吸附效果。 结果显示: 实验辐照条件对该菌株吸附Sr2+有一定抑制作用, 主要表现为其对Sr2+吸附效率达到90%以上的平衡点出现时间比无辐照情况下延迟了1.5 d出现, 生长速率最大值出现延迟了0.5 d。 SEM分析发现辐照后菌体出现不规则变形, 说明一定剂量γ辐照会对所选细菌产生明显损伤作用。 FTIR分析显示, Sr2+与辐照对Strain No.4菌体有一定协同损伤作用, 且处于对数生长期的菌体比迟滞生长期更易受辐射损伤。 这种损伤主要表现为菌体蛋白质酰胺基团和多糖中糖环、 蛋白质分子中甲基等基团对应谱峰变化。

利用微生物治理重金属污染已经成为一个研究的热点, 并被视为将最终替代传统的物理、化学等处理方式的一种方法。但由于一些微生物存在安全性、繁殖速度慢等问题而造成了处理效果不佳。因此, 以安全性高、繁殖速度快的苏云金芽胞杆菌(Bacillus thuringiensis, 简称Bt)为研究载体, 寻找最适Bt的镍污染处理方法对于提高治理效果具有重要意义。研究结果表明, 与直接吸附法相比, 利用菌体重悬法治理Ni(Ⅱ)污染的方法更具应用前景, 其最大平衡富集量达到32.29 mg/g。此外, 研究还发现不同时期的(营养期、孢子囊期和晶体-孢子混合期)Bt富集Ni(Ⅱ)的能力不同, 营养期Bt的Ni(Ⅱ)富集量显著高于其他两个时期。

为探讨硫酸盐还原菌胞外多聚物(EPS)吸附Cu2+的特性, 采用热力学平衡实验研究了EPS对Cu2+的吸附行为, 并通过红外光谱(FTIR)和带能谱仪的扫描电镜(SEM-EDS)分析EPS吸附Cu2+前后官能团以及元素组成的变化来研究EPS吸附Cu2+的机理。 结果表明, 硫酸盐还原菌EPS对Cu2+的吸附平衡能较好地用Freundlich方程描述。 FTIR和SEM-EDS分析证明, EPS对Cu2+有较强的吸附能力, EPS多聚糖和蛋白质中的—OH, C—O—C和CO等基团在Cu2+的络合中发挥了重要作用。

利用木霉(Trichoderma lhd)菌体作为吸附剂, 对水体中的六价铬进行生物吸附, 借助傅立叶红外变换光谱和拉曼光谱对六价铬的生物吸附机理进行了探讨。实验条件优化结果表明, 温度28 ℃以及酸性环境条件(pH 1) 有利于Cr (VI) 的生物吸附, 12 h内, Cr (VI) 的生物吸附去除效率达99 %。吸附机理实验结果分析表明, 相比于对照实验, 2 350 cm-1吸收峰的出现为吸附剂表面质子化的氨基如＞NH2+, NH+, ＞C=NH+―等基团吸附Cr (VI)所致。拉曼光谱中吸收峰2 097 cm-1强度显著增强进一步表明, Cr (VI)的生物吸附是吸附剂表面氨基基团在起作用。

以低成本稻壳灰作为吸附剂, 使用FTIR, SEM, XPS, XRD, XRF等分析手段, 研究稻壳灰对Cr(Ⅵ)的去除机制。 FTIR研究表明酰胺Ⅱ带, Si—O—Si, O—Si—O等在Cr(Ⅵ)去除过程中有一定贡献。 由SEM图片清晰可见： 吸附Cr(Ⅵ)后, 稻壳灰表面分布有众多的光亮沉积物。 XPS图谱证明： 稻壳灰的主要组成元素为C, N, O, P和Si； C元素的存在状态以醛酮类为主, 含C官能团与Cr(Ⅵ)发生了配位反应； N元素以—NH2形态为主, Cr(Ⅵ)可能以静电作用与含N基团结合, 并以物理吸附为主； Si的存在以Si—O为主, 含Si官能团可能与Cr(Ⅵ)发生了配位反应。 XRD分析结果表明： 谱图中出现的峰是典型的SiO2特征峰； 稻壳灰的结晶度增加, 表明稻壳灰与Cr(Ⅵ)形成了具有晶体结构的金属化合物。 XRF研究发现, K, Na, Mg和Ca的元素含量在吸附前后有所变化, 另有两种新元素出现, 这说明吸附过程存在离子交换机制。 所有这些皆表明： 各种官能团在Cr(Ⅵ)去除过程中的角色各不相同, 无机微沉淀机制、 氧化还原机制、 表面络合机制、 离子交换机制等是稻壳灰去除Cr(Ⅵ)的主要途径。 这可以为吸附技术的实际应用提供理论支持。