两种酵母菌吸附铀的对比研究.pdf

1、 收 稿 日 期 :2003 - 09 - 10作 者 简 介 :刘 文 娟 (1966 - ) ,女 ,南 华 大 学 化 学 化 工 学 院 讲 师 ,硕 士 ,研 究 方 向 :分 析 化 学 和 环 境 化 学 . 3 通 讯 作 者 .第 17 卷 第 4 期 南 华 大 学 学 报 (理 工 版 ) Vol. 17 No. 42003 年 12 月 Journal of Nanhua University(Science 生 物 吸 附 ;铀 ;预 处 理 ;解 吸中 图 分 类 号 :X132 文 献 标 识 码 :BBiosorption of Uranium by Two K

2、inds of YeastsLIU Wen2juan , XU Wei2chang 3 ,WANG Bao2e(School of Chemistry and Chemical Engineering , Nanhua University ,Hengyang ,Hunan ,China 421001)Abstract : The biosorption of Uranium on two kinds of yeasts from aqueous solution and the ef2fects of the experimental conditions on the biosorptio

3、n and the effects of various pretreatmentprocedures are investigated. The experimental results show that the yeasts are an efficient bio2sorbent , by which 99 % U in aqueous solution can be adsorbed. The adsorption capacity of theyeasts is more than 162. 5mgUPg. The relationship between concentratio

4、n of U in aqueous solut2ions and adsorption capacity of U can be described by the Langmuir and Freundlich adsorptionequation. The uranium adsorbed by the yeasts can be desorbed easily by 0. 1molPLNaHCO3 .Key words : yeast ; biosorption ; U ; desorption0 前 言用 微 生 物 细 胞 作 为 生 物 吸 附 剂 ,富 集 回 收 存在 于 水 溶

5、 液 中 的 铀 等 放 射 性 核 素 ,效 率 高 ,成 本低 ,耗 能 少 ,而 且 没 有 二 次 污 染 物 ,具 有 较 好 的 实际 应 用 前 景 . 因 此 ,这 一 研 究 工 作 已 引 起 世 界 各 国的 重 视 ,自 90 年 代 以 来 世 界 各 国 的 研 究 论 文 逐 年增 多 ,现 在 正 处 于 研 究 的 高 峰 期 . Chiu , Y. ; Asce ,M. ; Zajic ,J . E. 、 Tsezos 和 Volesky (1981 ,1982) 、Ashley ,N. V 等 (1990) 、 Pons ,M. P. (1993) 1 ,

6、Micha2el Z. C. Hu ,John M. 等 人 (1996) 2 、 Hafez ,M. B. ;AbdelRazek ,A. S(2002) 3 . 等 研 究 了 多 种 微 生 物 对溶 液 中 铀 的 吸 附 作 用 ,研 究 结 果 表 明 ,这 些 微 生 物吸 附 铀 的 能 力 比 活 性 淤 泥 、 活 性 炭 、 离 子 交 换 树 脂吸 附 能 力 强 .在 二 十 世 纪 八 十 年 代 末 我 国 国 内 开 始 有 学 者进 行 微 生 物 吸 附 铀 的 研 究 4 .文 章 研 究 了 丹 宝 利 和 安 琪 两 种 商 标 的 酒 精 酵母 菌

7、对 溶 液 中 铀 的 吸 附 行 为 ,研 究 了 溶 液 温 度 、pH值 、 铀 的 初 始 浓 度 、 菌 液 量 等 各 种 因 素 及 对 吸附 量 的 影 响 ,研 究 了 用 酸 、 碱 和 有 机 物 对 酵 母 菌 预处 理 后 对 铀 吸 附 的 影 响 . 结 果 显 示 两 种 酵 母 菌 是溶 液 中 铀 的 良 好 生 物 吸 附 剂 ,可 吸 附 溶 液 中 99 %的 铀 ,对 铀 的 最 大 吸 附 量 162. 5mgPg. pH 值是 影 响 两 种 酵 母 菌 吸 附 铀 的 重 要 因 素 ,但 对 两 者的 影 响 不 同 . 两 种 酵 母 菌

8、的 吸 附 等 温 线 都 符 合Langmuir 和 Freundlich 吸 附 模 型 . 用 0. 1molPLNaHCO3 可 解 吸 出 92 %的 吸 附 铀 .1 实 验 方 法 .1. 1 实 验 原 材 料 及 试 剂1)失 活 的 酒 精 酵 母 :准 确 称 取 一 定 质 量 丹 宝利 和 安 琪 酿 酒 高 活 性 干 酵 母 ,加 去 离 子 水 煮 沸5min ,冷 却 定 容 ,得 到 25gPL 含 菌 悬 浮 溶 液 ,4 冰箱 保 存 备 用 .2)铀 标 准 溶 液 :称 取 一 定 质 量 的 基 准 铀 试 剂U3O8 ,用 酸 溶 解 后 定 容

9、 于 一 定 体 积 ,得 到 含 1mgUPml 的 标 准 储 备 液 ,使 用 时 以 去 离 子 水 按 比 例 稀释 ,得 到 不 同 浓 度 的 铀 标 准 溶 液 .3)钒 酸 铵 标 准 溶 液 :称 取 一 定 量 的 钒 酸 铵 于100ml 烧 杯 中 ,加 酸 溶 解 后 ,定 容 ,用 铀 标 准 溶 液对 其 标 定 ,得 到 对 铀 滴 定 度 一 定 的 钒 酸 铵 标 准 溶液 .1. 2 分 析 方 法在 一 定 的 环 境 条 件 下 ,取 一 定 体 积 的 含 菌 悬浮 液 于 离 心 管 中 ,以 4000rPmin 离 心 分 离 5min ,弃去

10、 上 清 液 ,加 入 5ml 一 定 浓 度 的 铀 标 准 溶 液 ,手 动振 摇 ,使 酵 母 菌 液 呈 悬 浮 状 态 ,根 据 实 验 要 求 ,于振 荡 机 上 振 动 一 定 时 间 ,取 下 试 管 于 离 心 机 上 离心 ,取 2ml 上 清 液 ,用 偶 氮 胂 分 光 光 度 法 或EJ267. 2 - 84 容 量 法 测 定 铀 含 量 .1. 3 仪 器LDZ4 - 08 医 用 离 心 机 ,北 京 医 用 离 心 机 厂HY- 4 调 速 多 用 振 荡 器 ,江 苏 中 大 仪 器 厂721 - A 分 光 光 度 计 ,厦 门 分 析 仪 器 厂2 结

11、果 与 讨 论2. 1 pH值 对 吸 附 率 的 影 响用 丹 宝 利 酵 母 菌 吸 附 铀 时 ,当 溶 液 的 pH = 5时 ,铀 的 吸 附 率 达 到 最 大 值 (93. 6 %) ,而 pH 5或 pH 5 时 ,铀 的 吸 附 率 逐 渐 降 低 . 而 用 安 琪 酵母 菌 吸 附 铀 时 ,当 pH在 3 5 的 范 围 内 ,即 使 溶 液中 初 始 铀 浓 度 发 生 变 化 ,而 铀 的 吸 附 率 基 本 不 发生 变 化 (90 93 %) ,而 pH = 6 时 ,铀 的 吸 附 率 下 降到 76 %. 其 结 果 如 图 1.实 验 结 果 显 示 ,p

12、H值 是 影 响 两 种 酵 母 菌 吸 附铀 的 重 要 因 素 ,但 对 两 者 的 影 响 不 同 . 因 此 选 择 不同 的 菌 种 吸 附 铀 时 ,必 须 研 究 合 适 的 pH值 范 围 .吸 附 时 间 :3h ,温 度 :29 ,菌 浓 度 :2gPL图 1 pH值 与 吸 附 率 的 关 系Fig. 1 The relationship between pH and adsorbing rate2. 2 吸 附 时 间 对 吸 附 的 影 响研 究 了 吸 附 时 间 对 两 种 酵 母 菌 吸 附 铀 的 影响 ,结 果 表 明 ,吸 附 时 间 对 两 种 酵 母

13、菌 的 影 响 不同 . 丹 宝 利 酵 母 菌 在 吸 附 30min 时 ,吸 附 率 就 高 达88 % ,在 120min 时 ,吸 附 达 到 平 衡 ,其 吸 附 率 为92. 8 %. 而 安 琪 酵 母 菌 在 吸 附 30min 时 ,吸 附 率 只有 72. 2 % ,到 180min 时 ,吸 附 才 达 到 平 衡 ,其 吸 附率 为 93. 1 %. 结 果 见 图 2.pH = 5 ,温 度 :25 , U = 100mgPL ,菌 浓 度 :2gPL图 2 吸 附 时 间 与 吸 附 关 系 图Fig. 2 The relationship between ads

14、orption time and ad2sorbing rate96第 17 卷 第 4 期 刘 文 娟 等 :两 种 酵 母 菌 吸 附 铀 的 对 比 研 究上 述 结 果 表 明 ,两 种 酵 母 菌 的 吸 附 率 基 本 相同 (92. 8 % ,93. 1 %) ,但 丹 宝 利 酵 母 菌 吸 附 铀 的 速率 和 达 到 饱 和 吸 附 的 时 间 明 显 比 安 琪 酵 母 菌 快 .在 实 际 应 用 时 应 选 择 丹 宝 利 酵 母 菌 作 进 一 步 研究 .2. 3 细 菌 浓 度 对 吸 附 的 影 响研 究 了 溶 液 中 酵 母 菌 浓 度 对 吸 附 铀 的

15、 影 响 ,结 果 显 示 ,当 细 菌 的 浓 度 从 0. 5gPL 增 加 到 5gPL时 ,丹 宝 利 酵 母 菌 对 溶 液 中 铀 的 吸 附 率 从 28. 4 %逐 渐 上 升 到 99. 2 % ,安 琪 酵 母 菌 对 溶 液 中 铀 的 吸附 率 从 39. 5 %逐 渐 上 升 到 99. 1 % ,两 者 没 有 明 显的 区 别 (结 果 见 图 3) . 这 一 研 究 结 果 表 明 ,当 溶 液中 的 菌 浓 度 达 到 5gPL 时 ,几 乎 可 将 溶 液 中 的 铀 全部 吸 附 富 集 .时 间 :2h 温 度 :25 pH = 5 U = 200mg

16、PL图 3 菌 浓 度 与 吸 附 率 关 系 图Fig. 3 The relationship between the concentration of theyeast and adsorbing rate2. 4 溶 液 中 铀 浓 度 对 吸 附 的 影 响研 究 了 溶 液 中 铀 浓 度 与 吸 附 量 及 吸 附 率 的 关系 ,研 究 结 果 表 明 ,当 溶 液 中 铀 浓 度 增 加 时 ,酵 母菌 对 铀 的 吸 附 量 也 随 着 增 加 , 当 铀 浓 度 达 到800mgPL 时 ,丹 宝 利 酵 母 菌 吸 附 量 达 到 162. 5mgPg ,而 安 琪 酵

17、母 菌 的 吸 附 量 为 178. 8mgPg ,安 琪 酵 母菌 的 吸 附 量 比 丹 宝 利 酵 母 菌 的 吸 附 量 大 10 %左右 .2. 5 吸 附 等 温 线根 据 酵 母 菌 对 不 同 浓 度 铀 的 吸 附 试 验 ,作 出吸 附 等 温 线 ,结 果 如 图 4.两 种 酵 母 菌 的 等 温 线 符 合 Langmuir 吸 附 等 温式 (图 5) ,丹 宝 利 酒 精 酵 母 菌 的 线 性 相 关 系 数 r =0. 9982 ,其 吸 附 等 温 式 为 :qe = 8. 1355CeP(1 + 0. 0482Ce) ,q0 = 169. 49 ;常 数

18、b = 0. 0482.安 琪 酒 精 酵 母 菌 的 线 性 相 关 系 数 r = 0. 9923 ,其 吸 附 等 温 式 为 :qe = 6. 3677CeP(1 + 0. 0309Ce) ,q0 = 172. 1 ;常 数 b = 0. 037时 间 :3h ,温 度 :29 ,pH = 5 ,菌 浓 度 :2gPL图 4 吸 附 等 温 线Fig. 4 The isothermal line of adsorption图 5 Langmuir 吸 附 等 温 线Fig. 5 Langmuir isothermal line of adsorption两 种 酵 母 菌 的 吸 附

19、等 温 线 也 符 合 Freundlich 吸 附等 温 式 9 ,丹 宝 利 酵 母 菌 的 线 性 相 关 系 数 r = 0.9759 ,其 吸 附 等 温 式 为 :qe = 18. 99C0. 3855常 数 k = 18. 99 ;1Pn = 0. 3855安 琪 酵 母 菌 的 线 性 相 关 系 数 r = 0. 9775 ,其吸 附 等 温 式 为 :qe = 17. 21C0. 4104常 数 k = 17. 21 ;1Pn = 0. 41042. 6 解 吸 结 果对 吸 附 铀 的 两 种 酒 精 酵 母 菌 用 0. 1molPLNaHCO3 、 0. 1molPL

20、 HCl、 0. 1molPLNaOH 和 0. 1molPLEDTA 四 种 试 剂 进 行 了 解 吸 试 验 ,试 验 结 果 见 表 1.07 南 华 大 学 学 报 (理 工 版 ) 2003 年 12 月表 1 解 吸 试 验 结 果 表Table 1 The results of desorption 温 度 :25 试 剂 丹 宝 利 酵 母 菌 解 吸 率 ( %) 安 琪 酵 母 菌 解 吸 率 ( %) 解 吸 时 间 (min)0. 1molPL NaHCO3 92. 3 96. 5 100. 1molPL HCl 68. 2 92. 9 100. 1molPL NaO

21、H 10. 0 100. 1molPL EDTA 56. 0 30. 8 10表 1 中 的 结 果 显 示 ,用 不 同 的 试 剂 解 吸 的 结 果 是 不 同的 ,其 中 用 0. 1molPL NaHCO3 试 剂 解 吸 10min 即 可 解 吸 出92. 3 % 96. 5 %的 吸 附 铀 ,解 吸 效 果 很 好 ,而 0. 1molPL HCl对 安 琪 酵 母 菌 的 解 吸 效 果 较 好 ,能 解 吸 出 92. 9 %的 吸 附铀 ,而 对 丹 宝 利 酵 母 的 解 吸 效 果 差 ,0. 1molPLEDTA 对 两 种酵 母 菌 的 解 吸 效 果 都 差

22、,0. 1molPLNaOH 对 丹 宝 利 酵 母 的解 吸 效 果 最 差 .2. 7 预 处 理 对 吸 附 的 影 响为 了 确 定 预 处 理 方 法 对 酵 母 菌 吸 附 铀 能 力 的影 响 ,分 别 用 物 理 和 多 种 化 学 方 法 对 两 种 酵 母 菌进 行 预 处 理 ,然 后 进 行 吸 附 铀 的 试 验 ,试 验 结 果 如表 2.表 2 各 种 预 处 理 方 法 对 酵 母 菌 吸 附 铀 的 影 响Table 2 Effect of various pretreatments on uranium biosorption by yeasts处 理 试

23、剂 丹 宝 利 酵 母 菌 吸 附 率 ( %) 安 琪 酵 母 菌 吸 附 率 ( %)去 离 子 水 90. 0 90. 20. 1molPL HCl 64. 8 60. 82. 0molPL HCl 60. 4 38. 00. 1molPL NaOH 98. 0 96. 82. 0molPL NaOH 96. 0 92. 4甲 醇 96. 8 91. 0乙 醇 96. 0 93. 0丙 酮 78. 0 72. 0微 波 加 热 3min 88. 0 89. 2pH = 5 ,时 间 :3h ,温 度 :29 表 2 的 结 果 显 示 ,用 NaOH 和 甲 醇 、 乙 醇 预 处理 后

24、 ,能 提 高 酵 母 菌 对 铀 的 吸 附 能 力 ,而 用 HCl 和丙 酮 预 处 理 后 ,导 致 酵 母 菌 的 吸 附 能 力 降 低 ,而 用微 波 加 热 后 ,对 铀 的 吸 附 能 力 基 本 没 有 影 响 .3 结 论1) pH值 是 影 响 两 种 酵 母 菌 吸 附 铀 的 重 要 因素 ,但 对 两 者 的 影 响 不 同 .2)吸 附 时 间 对 两 种 酵 母 菌 的 影 响 不 同 . 虽 然两 种 酵 母 菌 的 吸 附 率 基 本 相 同 (92. 8 % ,93. 1 %) ,但 丹 宝 利 酵 母 菌 吸 附 铀 的 速 率 和 达 到 饱 和 吸

25、 附 的时 间 明 显 比 安 琪 酵 母 菌 快 .3)当 溶 液 中 两 种 酵 母 菌 的 菌 浓 度 达 到 5gPL时 ,几 乎 可 将 溶 液 中 的 铀 全 部 吸 附 富 集 .4)安 琪 酵 母 菌 的 吸 附 量 比 丹 宝 利 酵 母 菌 的 吸附 量 高 约 10 %.5)两 种 酵 母 菌 的 吸 附 等 温 线 既 符 合 Langmuir吸 附 方 程 ,也 符 合 Freundlich 吸 附 方 程 .6) 用 0. 1molPL NaHCO3 可 解 吸 出 92. 3 %和96. 5 %的 吸 附 铀 .7)不 同 预 处 理 方 法 对 酵 母 菌 吸 附 铀 的 影 响 不同 .上 述 结 果 说 明 干 酵 母 作 为 溶 液 中 铀 的 生 物 吸附 剂 有 进 一 步 研 究 的 价 值 .参 考 文 献 :1 Pons M P. Uranium uptake by immobilized cells of Pseudo2monas strain EPS 5028. J Applied - Microbiology - and -Biotechnology ,1993 ,39(7) :4 5.17第 17 卷 第 4 期 刘 文 娟 等 :两 种 酵 母 菌 吸 附 铀 的 对 比 研 究