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类型固定化啤酒酵母废菌体吸附cu^2+的研究.doc

  • 上传人:cjc2202537
  • 文档编号:195161
  • 上传时间:2018-03-23
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    固定化啤酒酵母废菌体吸附cu^2+的研究.doc
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    1、固定化啤酒酵母废菌体吸附 Cu2的研究新疆农业大学 2007,30(4):1O2105JournalofXinjiangAgriculturalUniversity文章编号:10078614(2007)04 010204固定化啤酒酵母废菌体吸附 Cu2+的研究武运,杨海燕,朱建雯.,王祖林(1.新疆农业大学食品科学学院,乌鲁木齐 830052;2.新疆农业大学资源环境科学学院,乌鲁木齐 830052)摘要:通过啤酒酵母废菌体作生物吸附剂,以 Cu 为吸附对象.研究了 pH 值,吸附剂用量,吸附时问,吸附温度等条件对酵母菌吸附 Cu 的影响.为了增加啤酒酵母菌吸附 Cu 的能力,对其进行了预处理

    2、和固定化.结果表明,经过甲醛处理和固定化,啤酒酵母菌吸附 Cu 的能力有很大提高.菌体吸附Cu 是个快速的过程,吸附 2h基本达到平衡.pH 值对啤酒酵母菌吸附 Cu 的影响很大 ,最适 pH 值为 6.0.在2545,温度对吸附的影响不大.吸附作用受菌体浓度的影响.关键词:固定化;生物吸附;啤酒酵母;Cu中图分类号:X703.1 文献标识码:AStudyonBiosorptionofCu+bytheImmobilizedSaccharomycesCerevisiaeWasteBiomassWUYun,YANGHaiyan,ZHUJianwen.,WANGZulin(1.CollegeofFo

    3、odSciencesandTechnology,XinjiangAgriculturalUniversity,Urumqi,830052;2.CollegeEnvironmentalSciencesandResources,XinjiangAgriculturalUniversity,Urumqi,830052)Abstract:Inthisstudy,saccharomycescerevisiaewastebiomassculturedinlabwasselectedasthebiologicalabsorbentandcopperastheheavymetaltObeadsorbed.Th

    4、ebiosorptionofsaccharomycescerevisiaetOCu 抖insinglemetalsystemwasstudiedinthedifferentconditions,suchaspHvalue,theabsorbeddose,theabsorptiontime,theabsorptiontemperatureandSOon.InordertOincreaseabsorptiveCu 抖 capacityofsaccharomycescerevisiae,somepretreatmentsofsaccharomycescerevisiaeweremadeandimmo

    5、bilized.TheresultsindicatedthatthemaximumabsorptiveCucapacityofsaccharomycescerevisiaewithHCHOwaspretreatedandgreatlyincreased.Thebiosorptionwasarapidprocess,andtheequilibriumwasachievedwithin2hours.ThepHvaluecangreatlyaffectthebiosorptionperformanceforCu,themaximumbiosorptioncapacityofunitbiomassre

    6、achedpH6.Thetemperatureintherangeof2545affectedthebiosorptioninasmallextent.Thedensityofthebiomassaffectedthebiosorption.Keywords:immobilize;biosorption;saccharomycescerevisiae;Cu生物吸附法是一种新兴的水处理技术,它通过活的生物细胞或生物材料吸附重金属,因其原材料来源丰富,品种多,成本低,不仅吸附设备简单,易操作,而且具有速度快,吸附量大,选择性好等优点 LI,被认为是一种很具有潜力的替代传统处理方法的技术 L4J.啤

    7、酒酵母是啤酒生产过程中广泛使用的一种微生物.已有研究表明啤酒酵母生产过程中产生的废收稿日期:2007-03 13弃物一啤酒酵母泥对多种重金属离子表现出很强的吸附能力.由于其机械强度低,密度小,给实际工业应用带来一定困难,如堵塞过滤器,固液分离困难,需经物理,化学等方法将其固定在高分子基质上,形成具有一定机械强度的粒状或球状.Cu 是废水中广泛存在的重金属离子之一,本研究用啤酒酵母废菌体作为吸附剂,系统的研究了酵母菌对 Cu 的吸附行为,探讨了 pH 值,时间,温第 4 期武运,等:固定化啤酒酵母废菌体吸附 Cu.的研究 103度等对生物吸附的影响.1 材料与方法1.1 试剂配制铜标准溶液和滴定

    8、铜所需的试剂:硫酸铜,柠檬酸铵,氯化铵,浓氨水,双环己酮草酰二腙(BCO),乙醇,中性红,均为分析纯.处理及固定化啤酒酵母菌所需的试剂:碳酸钠,盐酸,氯化钙,氢氧化钠,甲醛,乙醇为分析纯;海藻酸钠,明胶,聚乙烯醇为化学纯.1.2 主要实验仪器722 光栅分光光度计(上海精密科学仪器有限公司);电子天平( 奥豪斯国际贸易有限公司 );TGI 一168 高速台式离心机(上海安亭科学仪器厂);pHs 一2c 型精密酸度计 (上海大普仪器有限公司 );101A 一 2型干燥箱(上海市实验仪器总厂);SHZ 一 82 水浴恒温振荡器(江苏省金坛市医疗仪器厂);SHZDllI 循环水式真空泵(河南省予华仪

    9、器有限公司).1.3 生物吸附剂由新疆农业大学食品学院微生物实验室提供.1.3.1 菌体的制备将啤酒酵母废菌体经离心(10000r/min,15min)收集菌体,并用蒸馏水洗涤,而后再离心,再洗涤,反复多次,直到菌体呈白色,80下烘干,研磨成细粉后干燥保存.1.3.2 菌体的处理乙醇处理:称取 2.5g 酵母菌于 100mL 烧杯中,加入 50mL 无水乙醇,3.0mI 浓 HC1 处理 3h,抽滤,用蒸馏水洗去乙醇和盐酸,于烘箱中 80烘2h;烘干后用研钵磨碎,用 60 目分样筛筛选,干燥保存.甲醛处理:称取 2.5g 酵母菌加入到 17mL 的360g/L 甲醛溶液和 33mL 的 0.1

    10、mol/L 盐酸溶液中,温和混合,室温下放置 1h,然后抽滤,用 50mL蒸馏水洗涤后,在用 100mL 的 0.2mol/I 碳酸钠溶液洗涤,最后用 50mL 蒸馏水洗涤菌体,80下烘 2h,烘干后用研钵磨碎,用 60 目分样筛筛选,干燥保存.盐酸处理:称取 2.5g 酵母菌加入到 50mL 的0.5tool 盐酸溶液中,室温下静置 1h,然后抽滤,用蒸馏水洗去盐酸,80下烘 2h,烘干后用研钵磨碎,用 60 目分样筛筛选,干燥保存.1.3.3 菌体的固定海藻酸钠一明胶包埋法:称取 2g 海藻酸钠和1g 明胶加适量蒸馏水溶解,然后加入 1.2g 吸附效果好的菌体并补加蒸馏水至 100mL,混

    11、合均匀后用注射器滴入 4CaC1 溶液中,静置固化 24h,洗净备用“引.海藻酸钠包埋法:以 3g 海藻酸钠作包埋剂,其它步骤同上.聚乙烯醇(PVA)一海藻酸钠包埋法:以 2g 聚乙烯醇和 1g 海藻酸钠作包埋剂,其它步骤同上.海藻酸钠一明胶一聚乙烯醇包埋法:以海藻酸钠,明胶和聚乙烯醇各 1g 作包埋剂,其它步骤同上.1.4 吸附实验方法配制 1000mg/L 的铜标准溶液,根据需要稀释成一定浓度.取若干 100mL 三角瓶,加入一定量的菌体和铜溶液,搅拌均匀,调节所需 pH 值,在一定温度下,200r/min 摇床中反应一定时间,经1000r/min 离心 15min(固定化后的吸附过程结束

    12、后不需离心),取上清液分析 Cu 的浓度.1.5Cu 计浓度测定方法吸取少量 Cu 抖溶液于 50mL 容量瓶中,加50%柠檬酸铵溶液 2mL,中性红指示剂 2 滴,用氨水中和至溶液变黄色,并过量 2 滴,加氨性氯化铵缓冲液 4mL,加 0.05BCO10mL,4min 后以水稀释至 50mL,在最大吸收波长处测吸光度.1.6 吸附量的计算q 一(po 一)/式中:q 为每克干菌体吸附铜的质量(mg);po 为吸附前料液中铜质量浓度(mg/I);为吸附后料液中铜质量浓度(mg/L);V 为料液体积 (L);为菌体干质量(g).2 结果和分析2.1 预处理的影响为了提高吸附效率,鉴定吸附金属离子

    13、的官能团并对其进行化学修饰非常重要.用乙醇,甲醛,盐酸对酵母菌进行处理(图 1).从图 1 可知,经过乙醇处理的菌体吸附量比未处理的菌体低,而甲醛和盐酸处理的菌体吸附量比未处理菌体高.乙醇作用的位点重要是细胞壁上的羧基,使其酯化,引起菌体吸附金属离子的能力下降.用盐酸处理会使菌体吸附量增大的原因可能是细胞壁上羧基的数量增加了.用甲醛处理菌体时溶液中有甲醛和盐酸,而甲醛能使菌体发生交联,增加了化学稳定性和机械强度.因此,比单独使用盐酸处理的吸附性能好.104 新疆农业大学2.2 包埋剂的影响在 po 一 50250mg/L,m 一 0.1g(干菌体质量),pH 一 6.0,t=30rain 的条

    14、件下,分别测定了不一最一删莲(mr4L)圈 1 预处理对吸附量的影响Fig.1EffectofbiomasspretreatmentOilabsorptivecapacity2.3PH 的影响在一 40mg/L,m 一 1g,t 一 30rain,pH 一3.07.0 的条件下,研究了 pH 值对固定化啤酒酵母吸附铜的影响(图 3).从图 3 中可知,当 pH 值为 6.0 时,Cu.的吸附量最大.当 pH 值从 3.0 升至 6.0 时,Cu 抖的吸附量随着 pH 值的增大而逐渐升高.当 pH6 时,Cu.的吸附量随 pH 值的增大而减少.以上结果表明:啤酒酵母对重金属的吸附存在一个最佳 p

    15、H 值,过高或过低都会影响吸附效果.12O一一20 一OpH 值图 3pH 值对吸附量的影响Fig.3EffectofpHOilabsorptivecapacity随着吸附时间的增加,固定化和甲醛处理菌体对 Cu 抖的吸附量都在增加.在 10rain 内未固定化的菌体基本上达到吸附平衡,而固定化的菌体在吸附时间达到 2h 时吸附仍未平衡(图 4).可见,载体对菌体吸附 Cu 抖有一定的阻隔性.2.5 菌体浓度的影响在一 40mg/I,m 一 0.51.3g,pH 一 6.0,t一12h 的条件下,研究了菌体浓度对吸附量和吸附率的影响(图 5).在 Cu 抖浓度一定的条件下,随着啤酒酵母用量同包

    16、埋剂对啤酒酵母废菌体吸附量的影响(图 2).从图 2 可知,海藻酸钠一明胶固定化菌体吸附效果最好,海藻酸钠固定化菌体次之.+海藻酸钠一明胶一海藻酸钠一最一删蓝pn(mrL)圈 2 不同固定化吸附试剂吸附效果比较Fig.2Comparisonofbiomasscapacityfordifferentim-mobilizedSOl“benIspH 值过低,溶液中大量存在的 H 和 H.O 会与金属阳离子竞争吸附剂上的结合部分,并使吸附剂质子化,增加了吸附剂对金属离子的静电斥力,使其吸附量降低;pH 过高,当金属离子与 OH 一浓度的乘积大于金属离子微沉淀上限时,重金属离子会形成氢氧化物沉淀,从而使

    17、吸附过程无法进行.2.4 吸附时间的影响在 po 一 100mg/L,m 一 0.1g,pH 一 6.0 的条件下,研究了吸附时间对固定化菌体和甲醛处理菌体吸附量的影响(图 4).-_海藻酸钠固定化颗粒一酱昌一删窿051O3O60120时间(rain)图 4 吸附时间对吸附量的影响Fig.4EffectofabsorptiontimeOnabsortivecapacity增加,啤酒酵母对 Cu.的吸附总量增加(图 5).但单位重量的啤酒酵母对 Cu 抖的吸附量降低.其原因可能是,当溶液中金属离子的数量一定时,吸附剂的浓度越小,其周围被包围的金属离子的数量就越多,吸附剂能结合金属离子的浓度就高,

    18、也就容易被吸附,单位质量的吸附剂的吸附量就越大.2.6 温度的影响在 p0=40mg/L,m 一 1.0g,PH=6.0,T 一 2545,t 一 2h 的条件下,研究了温度对啤酒酵母吸附量的影响(图 6).第 4 期武运,等:固定化啤酒酵母废菌体吸附 Cu.的研究 105一嵩g一莲固定化颗粒质量(g)图 5 菌体浓度对吸附量和吸附率的影响Fig.5Effectofbiomassonabsorptivecapacityandabsorptionrate温度对固定化啤酒酵母废菌体吸附 Cu 影响不大,当温度为 30时吸附效果最好(图 6).l5O警 100咖蓝 5OO温度(.C)图 6 温度对吸

    19、附量的影响Fig.6Effectoftemperatureonabsorptiveeapacity的羧基对 Cu 的吸附有重要作用,经过甲醛交联和盐酸处理可提高啤酒酵母废菌体的吸附量.3 小结 4 讨论固定化啤酒酵母废菌体吸附 Cu 在 90120min 内即可达到吸附平衡,吸附效率高.在 2545范围内的实验条件下,温度对固定化啤酒酵母废菌体吸附 Cu 的影响很小,所以一般在室温下即可进行吸附应用.经过固定化处理可提高菌体吸附量,在工业化应用中吸附剂应有较大的机械强度,相对而言海藻酸钠固定化颗粒的机械强度最大并且对Cu 抖的吸附效果也较好,故在工业化应用中可以海藻酸钠作为包埋剂.溶液的 pH

    20、 值对啤酒酵母废菌体吸附 Cu 有显着影响,当 pH 一 6 时吸附效果最好.在 Cu 浓度一定的条件下,菌体浓度增大,其对 Cu 的吸附总量增大,但单位重量的菌体对Cu 的吸附量减小,随着时间的延长,吸附趋于平衡.化学修饰与吸附的结果表明,酵母菌细胞壁上本实验只做了啤酒废酵母对水中铜离子的吸附,如果水中同时有多种金属离子时,那么酵母菌对铜的吸附率是降低还是升高,需要进一步的实验,力求在吸附机理上寻求突破,进一步探讨生物吸附剂对重金属吸附反应动力学和热力学特性.本实验研究过程中始终使用同样的酵母菌种,当它被固定于载体中时,对其生理代谢影响不大.今后,可以使用不同的酵母菌株,研究其包埋后各自的区别,进一步研究不同大小的酵母被包埋后对其

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