（微生物學專業(yè)論文）黃孢原毛平革菌對稀土離子的吸附作用研究.pdf

河南農業(yè)大學學位論文獨創(chuàng)性聲明、使用授權及知識產權歸屬承諾書 學位論 文遂囂 黃孢原毛平革菌對稀土離子的吸附作用 研究 學位l 碩士 級別l 學生 姓名 學位論文 是否保密 王慧琴 l 霉翌l 微生物學 翥窖l 哭坤教授 姓名i “?！薄?如需保密，解密時間年月日 研究篡蘭駑 一一名：綏艫 研究生簽名：王警穆導師簽名：豕7 v 丫 日期：k 殍6 月2 6 日日期：塒年臼矽b = 薹：勁導簽圜 矽，珍，l 0 _ 鬈r l 研究生簽名玉墓蒡導師簽名家名甲學院領導簽曼昂廷1 日期：諦月2 6 日日期：膊舌月湄日期：醇年礦芽擴 致謝 本論文是在吳坤教授精心指導下完成的，論文凝集了吳老師大量的心血。三 年來吳老師高屋建瓴的治學方法、嚴謹求學的科學作風和兢兢業(yè)業(yè)的治學態(tài)度深 深地影響察激勵著我，使我終生受益。吳老師在我攻讀碩士學位期聞，于論文選 題、研究內容、試驗方案、科技論文撰寫等方面都給予了悉心指導和大力支持， 在此，謹向吳老師致以最深切的謝意和誠摯的敬意! 。 在我攻讀碩士學位藕聞，賈新成教授、邱立友教授、陳紅歌教授、宋安東教 授、徐淑霞老炳以及教研室的其他老師在學業(yè)上給予了我很多的指導和幫助；微 生物實驗室的趙柏葉、趙玉萍、胡渝等老師為我實驗的順利進行提供了許多幫助。 在此也向他們表示衷心的感謝l 感謝本實驗室王艷穎、史小利、王斐、墨建軍、褚長斌在我攻讀碩士學位期 間給以的幫助。感謝高方、劉學艷、黃寧、劉元金、馮娟、宋曉峰、張利明等師 弟師妹，在實驗和生活上給予了熱情的支持和幫助，讓我擁有一份快樂的心情， 感謝你們! 感謝李岳樺、黃惠敏、阮森林、張東升、裴廣慶、陳偉、張小強、馮云、馮 峰等同學對我試驗及論文的完成提供了很多的幫助。在此向他( 她) 們表示誠摯 的謝意l 特別感謝師兄陳克傳授我試驗技巧，繪我所有的指導和幫助。感謝我的摯友 馬麗、劉相榮實驗中給我的支持。誠摯地謝謝你們! 最后還要特別地感謝我的父母和愛入，你們無私的關愛是我最大的支持，讓 我內心充滿了勇氣和蕹望。 王慧琴 2 0 0 8 年6 月 微擻物學碩士論文黃孢原罨平革菌對稀土離子的吸附作用研究 摘要 觚自腐鎣真菌中締到一株高吸附稀的菌株，鼯黃雍募惹平孳蘊2 1 0 。 本文在全面評述生物吸附吸附重金屬的理論和技術的基礎上，對黃孢原毛平革菌吸附稀 土離子的性能進行了研究。 黃孢凝毛平革菌對稀盼吸附試驗結梁表明，培養(yǎng)7 2 h 的菌對稀具有較好蠹勺吸附能力。 溶液p h 、吸附時間、菌體投加量、撩土離子濃度對黃孢原毛乎革菌2 l o 吸附稀土離子影響顯 著。吸附的最佳p h 值為7 ；菌體的最佳投加量為3 m g 5 0 m l ( 干重) ；菌體對稀土濃度為4 0 m g l 時吸附量最高； 解吸試驗和菌株的頸處理試驗結果表明，加入解吸翔擰檬酸秘e d t a 都戇較好建解吸爨 土離子。鹽酸處理的菌體對稀土的吸附能力有所提高，其他處理后，菌體吸附能力下降： 通過吸附前后電鏡照片比較，發(fā)現(xiàn)吸附后菌體上出現(xiàn)了融色亮斑，表明吸附了稀土離子。 徽肇一耪選擇性試驗時，發(fā)現(xiàn)黃德原毛警革菌2 1 0 對稀其有良好鰉選擇性。用i c p 。o e s 做混合稀土吸附試驗時，發(fā)現(xiàn)菌體對l u 、s m 、e u 的吸附璺很高，對其他稀土的吸附差別 不是特別明顯，黃孢原毛平革菌2 l o 可以對混合稀土離子起到富集、分離的作用。 菌株對稀離子的吸附分為兩個過程是：蓄先是個快速的吸附過程。吸附量有很大靜 提高，而在第二個階段吸附量的增加速度很慢。研究發(fā)現(xiàn)菌體對稀土離子的吸附符合 l a n g m u i r 吸附模型和f r e u n d l i c h l 吸附模型，和l a n g m u i r 吸附模型符臺程度更好。對黃孢原毛 平萃菌2 1 0 吸附稀離子進行動力學分析表瞬，吸附過程遵獻準二級動力學模型。 關鍵詞：耩離子 生物吸附 動力學規(guī)律黃絕原罨平革蘑 i c p o e s 微生物學碩士論文黃孢原毛平革菌對稀土離子的吸附作用研究 第一章文獻綜述 稀土元素懸鑭系元素系穰類元素群的總稱，包食鈧s c 、釔y 及鑭系中的鑭l a 、鈰 c e 、鐠p r 、釹n d 、钷p m 、釤s m 、銪e u 、釓g d 、鋱t b 、鏑d y 、欽h o 、鉺鼢、銩t m 、 鐿y b 、镥l u ，絮1 7 個元素?！跋⊥痢币辉~是十八氆紀沿用下來的名稱，因為當時用予提取 這類元素的礦物比較稀少，兩且獲褥的氧化物難以熔化，難以溶予水，也很難分離，其終觀 酷似“土壤”，而稱之為稀土。稀土元素分為“輕稀土元素”和“重稀土元素”：“輕稀土元 素”指原予序數(shù)較小的鈧s c 、釔y 和鑭h 、鈰c e 、鐠p r 、釹n d 、钷p m 、釤s m 、銪e u 。 “重稀主元素”原子序數(shù)斃較大熬鈍g d 、鋱弱、鏑d y 、欽h o 、鉺e f 、銩t m 、鐿y b 、 镥l u 。 稀土在工業(yè)中的地位極為重要。幾乎所有的電動機械，從尖端的軍事機械一直到普通 的家用電器，都離不羿稀主材料。如使焉釹鐵硼永磁奉季料，電動楓的效率和產晶的整體永平 都能大幄度增強，并帶動全社會工業(yè)水平的大幅度提高。電動汽車的起動機使用釹鐵硼永磁 材料，起動力會大大增加，而體積卻會大大減小；未來的新一代變頻空調、洗衣機等家用電 器，使用鉸鐵硼永磁材料后，能耗顯著降低，性能進一步提商；此矯，在數(shù)字褫盤、磁懸浮 高速歹| l 車、自動化毫速公路等方面都有廣泛豹痰用翦景。在原來的永磁材料中加入3 0 的 釹之后，材料價格可從原先的4 千冗噸變成1 0 0 萬元噸。 自從人們發(fā)現(xiàn)稀土是極為重要的戰(zhàn)略物資麝，各團都在秘密研究稀的提取和應用，包 括贏性憨睽磁性材料、褰性麓的贛氯材料、高熱憝的發(fā)光李季料幫逶訊材料等。1 9 8 3 冬，中 國人獨立開發(fā)出了高晶質的第三代釹鐵硼永磁材料，與日本、美國形成三足鼎立之勢?，F(xiàn)在， 中圖人的稀土材料已經(jīng)被世界各國廣泛采用。1 9 9 9 年，美國航天飛機上的阿爾法磁譜儀是 該次飛行的主要儀器之一，箕核心部分靜永磁體，采用翡就是巾國入設計斡釹鐵礴永磁棗孝料。 此外，稀土在冶金、石油、原子能、玻璃搪瓷、電子和光學材料、輕紡皮革等工業(yè)領域及醫(yī) 學、農業(yè)等領域都有廣泛使用【l 。3 】中國稀土以離子型稀土資源而聞名世界，離子型稀土作為 一種戰(zhàn)略資源予一九九一年被列入瀚家實彳亍保護性開采靜特定礦種之一。 1 1 稀土分離提取方法 當今世界的礦產資源日益枯竭，原礦品味不斷降低，性質越來越復雜，有用礦物的嵌 布糙度越來越纓，給開采和選礦造成極大的困難。久稍不得不把眼光投寓低品味的礦藪和大 量的尾礦。 與此同時，我國稀土占世界稀土總儲量的8 0 ，在國內外稀土行業(yè)競爭中，為將我國的 資源優(yōu)勢轉變?yōu)楫a品優(yōu)勢，避凡年來我國的稀土分離提取工業(yè)有了穰迅速的發(fā)展，同時也帶 動? 耩分離提取方法躬發(fā)展。 2 微生物學碩士論文黃孢原毛平革菌對稀土離子的吸附作用研究 l 。1 1 物理化學方法 目前，提取稀土的王藝主要有酸法和堿法。酸法采用鹽酸或硫酸分解礦石提取稀土，在 我國硫酸強化焙燒法是目前工業(yè)上威用主要方法，氣體污染環(huán)境，該工藝生產流程長，化工 原拳隼消耗大，同時對設備的耐腐要求高。閡此近年來入稍著寵研究氧化焙燒酸溶解，碳酸鈉 法酸溶解等分解條件較溫和的分解王藝 4 - 9 j 。與此同時堿法在王業(yè)上也褥到了應周，堿法采 用濃n a o h 分解精礦，堿法要求精礦的品俄高，同時對設備的耐腐要求同樣高，堿法的加熱 問題至今沒有得副很好的解決。無論酸法或堿法，礦物分解過程必須采用酸堿，因而會產生 廢酸堿或廢氣污染環(huán)境，同時這些方法最終必須采用鹽酸轉化成臻主氯化物，因此雜鹱溶出 率高，會影響稀土的回收率。另外，傳統(tǒng)的分離提取方法適用于品味較高的礦物資源，能源 消耗大，環(huán)境污染嚴重，對一些貧礦資源沒有優(yōu)勢，故幾十年來人們一贏在尋求更為合理、 有效、清潔的資源裂矮途徑。圭既，越來越多的學者把墓光投向了徽生物提取法。 1 2 2 微生物提取法 微生物提取法一般指生物冶金。它利用某些微生物或其代謝產物與礦物相互作用，產生 氧純、還淼、溶解、吸附等反應扶褥回收其中鵲有價金屬。這些微生耪西在有氧的請凝下， 通過氧化硫化礦、鐵離子、元素硫等來獲褥能量，并邋過固定碳或其它有機營養(yǎng)物面生長。 國外微生物冶金技術已在銅、金、鈾的提取方面有應用，處理對象主要是次生礦和氧化礦， 世羿上已有2 5 的銅采用生物冶金壘產，在其他金屬應用方兩色有檄大的發(fā)展前景。我國在 微生物冶金應用方面才剛剛起步，惑手國內很多為復雜低品位原生礦，因此這一技術應用前 景十分廣闊。 l 。2 。3 生物吸附法 所謂生物吸附法就是裁震某些生物體本身的化學終構及成分特性，吸附溶予水中酶金屬 離予，通過固液兩相分離來去除水溶液中金屬離子的方法。 有學者從花崗巖中分離出多種微生物，有細菌、真菌和放線菌，培養(yǎng)后加到礦石溶液中 進豁吸附。發(fā)現(xiàn)各種菌液都霹以加速稀元素麩樣品中溶基，在承巖斃1 0 0 ：l 黠，真菌和放 線榮的作用較明顯。備菌液對耪土溶出量較大，可能題因為是微生物( 如孢子、菌絲等) 可以 直接吸附稀土元素或微生物新陳代謝過稷中形成的有機酸與稀土元素配合形成了可溶性的 配合物，從而加速稀元素扶樣品巾浸出。風詫殼中微生物對稀主的漫出作用毽括直接的吸 收( 腿內吸入) 、吸附作用，其代落產物對稀的作用，以及改變介質的p 傻兩促使稀活化 遷移。研究發(fā)現(xiàn)真菌類( 毛霉屬、酵母菌、曲霉屬、青霉屬) 對稀土的浸出量高，然后依次為 發(fā)酵非芽胞桿菌、葡萄球菌屬、發(fā)酵芽胞稈菌屬。其中細菌類對稀土的浸出作用主要與其代 遴產物改變分震酌雕毯有關；瑟真瑩類對褥憋浸出作用圭要與其壹接吸附鄹吸收囂元 3 微生物學碩士論文 黃孢原龜平革菌對稀士離子的吸附作用研究 素以及其代謝產物與稀土元素的絡合作用有關1 0 1 。 日本的g i f u 大學和c c i 公司聯(lián)合研究小組開發(fā)了一種利用微生物從礦石中提取稀元素 的新技術，僵這一技本尚未豫瞧最囂鑒定。健翻的實驗已經(jīng)涯噯了商兩靜絲狀霉鎣戇夠將礦 石中的s m 在3 天內完全分離出來，這類霉菌也可用來收集其他稀土眾屬元素，包括l a 、s m 、 y 。t a k e h i k ot s u r u t a t i - t 2 研究發(fā)現(xiàn)放線菌和革蘭氏陽性菌要比革蘭氏陰性菌、真菌和酵母具 有簧高吸附積累稀土離子的藐力，并且可以獲混含稀主離子溶液中選擇性暇附單一靜稀離 子。 近年來，生物吸附由于其資源利用面廣、作用環(huán)境友好、污染小等優(yōu)點，日益受到國內 外冶金與金屬離予去除的普遍關注。 1 2 微生物對金屬離子的吸附作用 1 2 1 生物吸附技術 生物吸附法是一種薪興的處理禽重金屬離予廢水的方法，最早r u c h h o t t t l s l t 1 9 4 9 年提 出。此后，生物吸附法作為一種新* 的處理技術，在處理低濃度的重金屬廢水方面，被國外 進行了廣泛煎研究。隧著研究的深入，生物吸附已經(jīng)不單單撩細菌霉菌酵蹲菌等微生物，甚 至宥入定義生物吸附( b i o s o r p t i o n ) 為“利用微生物( 活的，死的或它們腔衍生物) 分離水 體系中金屬離子的過程【1 4 - i s ”近數(shù)十年來熊發(fā)表論文4 0 0 多篇，而我國對此則研究較少。 傳統(tǒng)的處理方法常伴隨二次污染，處理閻題單一籜缺點，麗生物吸附方法在處理重金屬 廢水，圉收一些貴重金屬方兩則具霉明顯鰉優(yōu)勢i l 引。( 1 ) 生物吸附裁圭孝料來源豐富，工業(yè) 生產中的副產物如菌絲體，菌體大多都有很強的吸附能力，把他們制備成吸附劑，這樣既降 低了生物吸附劑的生產成本，又解決了發(fā)酵工業(yè)廢生物菌體的處理闖題舉兩得，其有很 大的經(jīng)濟效益。( 2 ) 在低濃度下，不竭懿燮物吸辮荊對不同酶金屬蠢吸附選擇健，其中某些 吸附劑對多種金屬具有吸附作用，有較寬的吸附范圍。而另些則只吸附一種或一類金屬， 表現(xiàn)出較高的選擇性。不同的生物吸附劑對不同金屬離子的吸附性是不同的，所以可以有選 擇健的去除或分離某鷥金屬離子。( 3 ) 運行費磷低，姓理效率高。( 4 ) 蟬篷霸溢度逡應范 圍寬。( 5 ) 吸附測可以進行解吸再利用。因麗生物吸附技術在處理霪金屬污染和回收貴重金 屬方面有著廣闊的前景。深入進行這方面地研究，具有較好的經(jīng)濟價值和社會效益。 1 2 2 生物吸附劑種類 生物吸附裁是具有從重金屬廢水中吸附分離重金屬能力的生物體及其輯生物。自然界 中，可以用作生物吸附的原料非常廣泛【引。研究表明，很多微生物如細菌，藻類和真菌對 重金屬離子都育很強的吸附能力。 1 ) 細鎣 4 微生物學碩士論文黃孢原琵平革菌對稀土離子的吸附作用研究 細菌是地球上最豐富的微生物，地球上的總生物量約為1 0 1 8 9 ，細菌占了其中的大部分。 細菌細胞壁中有一堅硬的層，主要用于支撐細胞瞳，其化學組成為肽聚糖。革蘭氏陽性菌中， 纓胞壁9 0 圭歉聚糖組成，另組分秀磷戇酸，磷壁酸是一耪酸性多耱，它包含所有酶含有 磷酸甘油威核糖醇磷酸鹽殘基的、膜或夾膜多聚體，使整個細胞表面帶負電荷，所以細菌表 面具有陰離子的性質。在革蘭氏陰性菌中，肽聚糖占細胞壁的1 0 ，在肽聚糖外則由另一層 壁耪質脂多藉組成。金屬離予與細胞結構羧基戮離子耨磷酸瞬離子結構蛋自土的n 、p 、0 等 原予發(fā)生相互作用而被固定，從而使得細菌能夠吸附羹金屬 1 9 - 2 1 】。 用于生物吸附的細菌主要有芽孢桿菌屬、假單胞菌屬、鏈霉菌屬等。很多文獻都曾報道， 芽孢桿菌屬的菌株都昊有吸附大量金屬的能力。文獻戳】報道稠震失活的藩體制成顆被狀酶 金屬去除粼( 1 i r a ) 回收p d i 的最適宣p 嘲童是3 7 。桔草芽孢桿菌( b a c i l l u ss u b t i l i s ) 能吸附 p d i i ，z n i i ，c u u 等金屬離子佇3 l 。用堿提取的極生藍細菌能夠從c d 2 溶液中吸收超過9 0 的 c d 爭，所吸附的金屬可占生物體干重的1 8 銹( 質量分數(shù)) ，它也畿夠從混合溶液中吸附金屬離子 e 毋+ 、c o 舢、c u 扣、n i 2 + 溯。現(xiàn)在，用死芽孢拇菌制殘了褒業(yè)用途的球狀生物吸附劑 姍一b i o c l a i m ，并已獲得了專利。胞外高聚物產生菌( p s e u d o m o a s s p ) g x 4 - 1 的發(fā)酵液經(jīng)乙 醇沉淀后，即得吸附劑w j i ，該吸附劑含多糖和蛋白質等成分，能吸附水溶液中的c r ( v i ) ， 吸附率最大可達9 8 ，簸大吸附量達9 3 4 m g g 拉“。 ( 2 ) 藻類 水體中藻類很豐富，對重金屬離子有很好的吸附餓能。金屬與生物體相互作用取決于微 生物細胞壁的純學組成和結構決定。藻類的細胞整在多數(shù)情況下是耄纖維素的徽纖絲形成的 網(wǎng)狀結構構成，含有豐富的多糖，如果膠( 含有少量己糖、鼠李糖的多聚半孔糖醛酸的毫聚 物) 、木糖、甘露糖( 藻酸或地衣酸) 多糖帶負電，金屬離子帶正電，所以二者可以相互作用。 其中海藻酸鹽與硫酸多糖是吸附的主要載體。此外藻類細胞膜是具有高度選擇憔的半透膜， 這整特點決定了藻類可以富集許多離子。藻類細胞壁熬結構及離子種類不月，決定了鐾集的 效率和選擇性。 藻類對很多重金屬有很強的吸附能力。綠微藻在懸浮狀態(tài)下，活細胞對c r 的最大吸附 量力1 2 6 7 m g g f f ：駭j 質，手細胞雋1 3 。1 2 羹g g 干物質陶。海草縫積累c d 2 一襄c f 4 2 7 1 ，馬怒藻類 海革廢生物體能夠去除1 0 0 的c d 29 9 4 的z n 2 【2 引。h i d e s h is e k i 等 2 9 1 用m a c r o c y s t i c p y r i f e r a 、k j e l l m a n i e l l ac r a s s i f o r i a 、v n d a r i ap i n n a t i f i d a 等褐藻對c d 2 、p b ”進行吸附， 研究表疆褐藻對：價熏金屬離子的吸附能力取決子褐藻酸中羧基對二徐離子的吸雩| 力。有磺 究者【3 0 】根據(jù)馬尾藻對c ui l 的吸附容量大，而對c a i l 和f el i 的吸附容量依次降低，所以可以 從含亞鐵的廢液里分離出銅。 ( 3 ) 真菌 賓鎣在自然弊分毒很廣，主壤、承、空氣和動植物巾均有它們的存在。賓菌包括三類：l 。 單細胞真菌( 酵母菌) 2 絲狀真菌( 霉菌) 3 。大型子實體真菌( 覃菌即食用菌) 真菌細胞壁由 5 微生物學碩士論文 黃孢原琵平革菌對稀土離子的l 駁附作用研究 b 一( 1 ，3 ) 一葡聚糖、甘鼴糖和幾丁質等成分組成。很多真菌的細胞壁并不會有纖維素，幾丁 質才是許多真菌細胞鷲的結構物質，真菌的細胞壁通常還含8 0 9 0 的多糖。在重金屬的吸 附避程中，起主要捧黑戇是咒丁質秘蔑聚糖】。 霉菌和酵母能夠吸附和積累重金屬，這一特征既有以代謝為目的的主動金屬離子吸附， 也有細胞及其組成成分的化學補償而引起的被動吸附和結合。真菌的吸附能力閼菌種不同、 金屬離子盼不同相差很大，如下表所示： 表1 - l 真菌的生物吸附 t a b , 1 - 1t h eb i o s o r p t i o no f f u n g i 扶操佟可行性及經(jīng)濟性方面考慮，研究結果要想最終轉化為工業(yè)應用，吸附剡需滿足幾 個方面的要求：( 1 ) 能夠快速高效地吸附解吸操作。( 2 ) 成本低廉，再生性能好。( 3 ) 具有 理想的粒度、形狀，機械強度適合予填充釋種類的反應器。積極開發(fā)新型高效的生物吸附劑， 優(yōu)他操終條件，確定制造工藝參數(shù)，也是今后磷究懿一個重要方良。 1 2 3 微生物吸附劑金屬離子的枕理 生物體復雜的結構意味著生物結合金屬會有許多方式，所以微生物吸附重金屬的機理也 分復雜。按是否消耗能量哥以分炎分雋恁細胞吸附和活細胞吸附兩種。死細胞吸附中，重 金屬離子與代謝無關。主要靠表面吸附重金屬離子。滔細胞吸附重金屬分為兩個階段，第一 階段也是細胞表面吸附的過程。第二階段是生物積累的過程，此過程需要細胞代謝活動提供 能豢，生物吸附還可以分為綱胞外密集沉淀、細胞表面吸附沉淀和細胞內富集。其中細 胞表面的吸附和絡合對死、溪微生物都存在，恧胞釙穰胞內的大量富集則往往要求微生物具 有活性。e l i 此可以看出，盡管分類標準不同，但它們所包涵的吸附機理卻基本相似，主要包 括隧下幾種： ( 1 ) 離子交換楓毽 6 微生物學硬士論文 黃孢原毛平革菌對稀土離子的吸附作用研究 離子交換是生物體吸附水溶液中金屬離子的同時，自身的一些離子被釋放出來的過程。 m a m e r r i 4 3 】等認為生物體對金屬離予的吸附能力取決予能夠提供離予交換點的數(shù)盞。研究發(fā) 現(xiàn)，些海藻對金屬離子的結合是通過離予交換進行的，且大多數(shù)藻類中參與離子交換的官 能團主要是羧基與硫酸根，特別是多糖中的藻酸鹽與硫酸具有顯著的離予交換能力m 4 】。鉀 和鈣元素作為細胞壁的基本組成元素，在吸附外來金屬離子過程中，逐漸被取代而釋放到溶 液中，經(jīng)電鏡掃攢幫x 射線鏈量散射光譜分析表嘴，銹和舞的譜峰瀵失，逡現(xiàn)了吸附的重金 屬的譜峰，由此證明了在生物吸附過程中離予交換形式的存在【4 5 州。s i n t u p r a p a 寸 4 7 1 在 p e n i c i l l i u m s p 吸附z n 2 + 的試驗中發(fā)現(xiàn)溶液的p h 值從初始時的4 5 5 降低到了3 2 8 ，說明重金屬 與細胞壁上的h + 發(fā)生7 離子交換。癸渭、李清彪瞰鞫：究黃憨琢毛平革菌吸附鉛離子時發(fā)現(xiàn) 在吸附蘺測不出鈣鎂離子豹濃度，傻是吸附后溶液中出現(xiàn)了鈣鎂，識是鈣鎂離子的濃度j 吸 附的鉛的濃度并不是1 ：1 的關系，通過離子交換的鉛僅占全部吸附量的1 0 ，由此可見，在 黃孢原毛平革菌吸附鉛的試驗中，確實存在離予交換，但離予交換又不是主要的吸附方式。 ( 2 ) 表面終合楓理 絡合作用是金屬離子與幾個配基以配位鍵相結合形成的復雜離子或分子的過程。螯合作 用是一個配基上同時有兩個以上的配位原子與金屬結合而形成具有環(huán)狀結構的配合物的過 程。絡合律靂幫繁合作震罄是金屬離子與微生物吸附裁之霹的主要吸附方式。生物體與溶滾 接觸時，落先與金屬離子作用的是細胞壁，故一般認為生物具有的吸附能力與其細胞壁結構 成分密切相關【4 們。細胞壁般包含蛋白質、多糖及脂類，還有一些帶負電的官能團如氨 基、酰氨鏊、羧基、羥基、磷虢基幫硫酸鹽。這些基團可以和所吸附的金屬離子絡合瑟形成 絡食物，氮、氧、磷、硫是常見的配位原予，可以提供弧對嗽子與金屬離子配位。武漢大學 李峰等人【5 i 】將產朊假絲酵母細胞壁從完整的細胞上分離下來與完憋細胞對c a ：+ 的吸附進行 對院，發(fā)現(xiàn)細胞壁是酵母吸附重金篇離予的主要部位，約占細胞吸附量的5 0 | | 冀上，并迸一 步證明了爨自質的羧基基團是主要功能基團。非活性少根根霉( r h i z o p u sa r r h i z u s ) 吸附銑的試 驗中，釷就是和細胞壁的成分之一甲殼質中氮產生了絡合作用【5 2 1 。湯髓琴等【5 3 1 用紅外光 譜分析產黃青霉廢菌體吸附p b ”后的情況時，發(fā)現(xiàn)p b ”大部分集中在了細胞壁上的幾丁質和 蘺聚糖上，瑟a 丁質對秘2 + 的吸耐囊要通過醞胺基團卜k 玨c c 玨3 ) 中n 麋子與鶼2 + 茲配合， 葡聚糖對p b 2 + 的作用主要是通過o h ，并且酰胺基團優(yōu)先與p b 2 + 配合。t o b i n 6 6 5 0 1 在研究中 發(fā)現(xiàn)微生物不能吸附堿金屬，可能因為這組金屬與大多數(shù)配位體不能形成絡合物，由此看來， 生物細胞島金屬離子靜結合的確實與菜些含氮、巰、磷等霖予的特殊官能豳有關。細胞縫合 成可終會金屬的物質并分泌予胞外，如多糖、蛋白質、核酸、氨基酸等。 ( 3 ) 氧化還原機理 有些生物體具有還原麓力，它可以便一些變價金滿離予發(fā)生氧化還原反應。氧純還原 反應也是經(jīng)掌存在的生物吸附枧理之一。h o s e a 9 4 1 _ 季葵g r e e n e t s 5 】發(fā)現(xiàn)普通小球藻( c h l o r e l l a v u l g a r i s ) 可將吸附的a u r a 依次還原為a ui i 和a u 。有研究發(fā)現(xiàn)p 6 1 ，工業(yè)啤酒母廢菌體在吸附 7 微生物學碩士論文黃孢原亳平革菌對稀土離子的吸附作用研究 a u 3 + 的同時，把a u ，+ 還原并形成不問性狀和大小的金晶體。l i o y d 【5 刁等人在研究脫硫弧菌 ( d e s n t f o r i b r i o ) 的靜止細胞吸附鉛的試驗中，發(fā)現(xiàn)在沒有其他輔助因子存在的條件下，脫 羲弧蘊愛將p 礦還原雋懟，灄實了載懿二還鞭扭理的存在。 ( 4 ) 無機微沉淀作用 無機微沉淀是指踅金屬離子通過物理化學作用在細胞壁上形成無機物沉淀的過程。通 常，易汞解藹形藏聚含永解產物的金屬離子在纓脆表面荔形成沉淀。通過黠鎢在維穩(wěn) s a c c h a r o m g c e s c e r e v i s i a 上的吸附研究表明，鎢沉積在細胞表兩，并且形成0 2 u r n 的針狀纖維 層，這種沉積層可采用化學方法洗脫，從而使細胞吸附劑重復使用【5 肌。也有報道稱某些金 屬良硫酸鹽、碳酸鹽、磷酸鹽或氫氧化物靜形式在沉淀在細脆壁或緇胞內部酬。 ( 5 ) 酶促楓理 活的和死的生物體都可以吸附眾屬離子，活的生物細胞吸附能力可能就和它所分泌的某 些酶有關。v o l e s k y 6 。1 粥活性啤酒酵母( s a c c h a r o m y c e sc e r e v i s i a e ) 吸附c 礦時，透過能譜儀 知邀c 重+ 是臣磷黢鹽的形式淡淀在了細胞內豹渡泡中，囂薺囂纓胞麴纓胞壁上，囊瑟她推測 應該是某種磷酸酶起一種載體的作用，使鎘離子進入細胞內部。至于這種酶如何產生，是否 與其他酶協(xié)同作用都還有待予進一步研究。 生物結構酶復雜性意味著生物結合金屬會騫許多方式，對不同的微生物( 如藻類、真菌 和細菌等) ，其細胞壁主要組成成份的差異導致了其吸附機理的不網(wǎng)【6 i 規(guī)】，而且金屬離子本 身的特性，以及鑫屬離子與細胞之間相互作用的復雜性，都影響著生物吸附的機理，這些機 理哥隧單獨起俸鬻，也可能霸其鏈梳理協(xié)調俸靂，隨著生物吸附斡深入研究，越來越多的實 驗襲明生物吸附是多_ 種吸附機理共同作用的結果。 1 2 。4 生物蔽附的影晌因素 生物吸附是個復雜的物瑾化學和生物過程，宏觀上講，它受生物吸附i f l | 和被吸附的離子 本身的物埋化學性質以及操作環(huán)境條件的影響，如p 差值、滋度、共存離子、吸附介質和吸 附劑預處理等。 ( 1 ) p h 對大多數(shù)吸附裁孬言，p 糙僮是影響吸附量的決定性因素和孓6 4 】。在一定p 囂德范圍內吸辮 量隨p h 值增大而增大，但兩者并不是線性關系。 8 微生物學碩士論文黃孢原毛平革菌對稀土離子的吸附作用研究 液l - 2p i 對吸附重金屬離子的影響 t a b 1 - 2e f f e c t so f p ho nb i o s o r p t i o n 當p h 值較低時，溶液中存在大蹩h + ，這些h + 占據(jù)大量的吸附活性位點，與被吸附金屬 離予影成彳競爭吸附佟爰，隰礙金滿離子靠近纓施，所良，p 秘越低阻力越大，從瑟導致吸 附量不高。當d h 增大時，會暴露出更多帶負電荷的基團，有利于金屬離予吸附在細胞表面。 當p h 值繼續(xù)升高時，溶液中存在過多的o h 。，金屬離子就會以氫氧化物微粒的形式存在，從 而使吸附無法順髑進行。試驗證暖，不同的金屬離子，不弱的吸辮材料，箕吸附最適p 疆值 也不相同捫，有表l 一1 巾可以看出，隨著p h 的變大，溶液中的酸性交弱，吸附量也慢慢變大， 但當達到最佳p h 時，吸附量殲始下降，此時p h 融經(jīng)超過金屬離子微沉淀的上線，金屬離子 跌氫氧化物的形式存在，使得吸附無法進行。 ( 2 ) 吸附時聞 吸附時間是影響吸附量的又一個重要因素。生物吸附過程一般分為兩個階段，第一個階 段為快速吸附階段，是種快速的表面吸附，通常在幾十分鐘內就能達到平衡吸附量的7 0 ； 第二個階段是慢速吸附階段，霆金屬離子離細憨逡轉移，受脆德代謝耪細憨擴散過程的控制， 此過程很慢，常常需要幾個小時才能達到平衡。所以最佳的吸附時問是在吸附平衡期內，時 間過短，吸附量不是最大，吸附效聚不好。時間過長，吸附了金屬離子的生物體又可能發(fā)生 解啜。 ( 3 ) 離子初始濃度 重金屬離子的初始濃度怒影響吸附容量的第三個因素。金屬離子初始濃度越大，離子初 始吸附率越大，霾金屬離子濃度與壘物量院值越犬，單位生物體吸附量越大，餐差金滿量過 大，又有可能對吸附材料造成毒性影嚷，達不到理想的吸附效果，所以比值不能選太大，生 物吸附方法只是對低濃度離子有優(yōu)勢。 ( 4 ) 菌體量 辱 微生物學碩士論文 黃孢原亳平革菌對稀土離子的吸附作用研究 菌體爨也是影響生物吸附的一個重要因素慚】。生物量增加會導致對結合點的干涉。生 物量上升，金屬離子的吸附量也上升，但是單位吸附量隨生物量的增加而迅速降低。重金屬 離子與暖辮劑躅燕跑毽的選取要兼顧重金滿的畜效去除窩吸附荊的充分裂耀，適當提離該比 值有利于吸附劑的有效利用，因此威選擇一個適當?shù)木鷿舛取?( 5 ) 吸附溫度 瓣不閼的生耪吸附幫，溢度對吸附效鬃酶影噙不同。對活性生物兩言，吸附溫度主要通 過影響生物吸附荊的生理代謝活動，基團吸附熱動力學和吸附熱容等因素，進而影響到吸附 效果。一般說來，吸附過程是個放熱過程，稍微提高溫度可以提高吸附蹙，但是影響不是 特別明顯，觚經(jīng)濟方面考慮，溫度不要太高。 ( 6 ) 頸處理 研究表明，對微生物吸附劑進行一些物理、化學的預處理，如用酸、堿浸泡或加熱等方 法，可以不同程度改變其吸附能力。堿處理可從細胞壁上除去無定形多糖，改變葡聚耩和甲 殼質鰓結構，麩褥使更多的金屬離子吸附在其表面。購孵n a o h 霹溶解綱臆上一些不利于 吸附的雜質，暴露出細胞上更多的活性結合點，使吸附量增大。加熱煮沸改變了吸附劑細胞 的化學結構也可使其暴露更多的活性位點。c e l a y a 等礙用t h i o b a c i l l u s f e r r o o x i d a n s 吸附z n 2 + 時，發(fā)現(xiàn)經(jīng)o 0 7 5 m o l l 的n a o h 預處理的蓉釋其吸附量明顯高于沒有頸處理熬菌靜鰉吸附 量。另外，一些有機物也被用于生物吸附劑的預處理，如乙醇預處理的s a c c h a r o m y c e s c p r e v i s i 口p 對c d 2 + 、p b 2 + 的吸附性能優(yōu)于熱處理和堿處理的菌體，對c d 2 + 、p b 2 的吸附量分別 達到了31 7 5 、6 0 2 4 m g g 洚鞠。 ( 7 ) 其它因索 除以上因素以外，共存離子、菌體有無活性、菌齡、營養(yǎng)物質、吸附劑粒徑、搖床轉 速等因素對吸附萱也有一定的影響嘲。 1 2 5 重金屬生物吸附平衡模型 成功的吸附模型對優(yōu)化吸附過程研究具有重要意義。l a n g m u i r 型吸附模型與f r e u n d l i c h 型吸附模越是兩種最基本的吸附模楚。前者常用于描述單組分體系中金屬離子吸附量與溶液 中金屬離子平餐濃度之聞的關系，囂者常耀于囂霪想狀態(tài)下鵑多稠表露吸隧以及多層吸附。 金屬的吸附量是金屬離子平衡濃度的函數(shù)。常用l a n g m u i r 吸附模型【7 0 l 和f r e u n d l i c h 吸附模型 7 1 - 7 2 1 對吸附量進行描述。 l a n g m u i r 吸附模型如下 lll = _ + 一 q fa o c f a f r e u n d l i c h 吸附模型如下： 1 0 微生物學碩士論文黃孢原毛平革菌對稀土離子的吸附作糟研究 l n g 。：i n k + 1 1 n c 。 雄 式中 靠平衡吸附量( m g g ) 筇一平衡濃度( m g l ) a 、b 、k 、n 吸附常數(shù) 由1 c e 對1 q e 作圈，l n q e 對l n c e 作圖對這些數(shù)據(jù)進行線性回歸，擬合試驗等溫線。 因失吸附幫原料和不同倍數(shù)的活性點的合成特性不同，戳及一黧金屬成分混合溶液的佬 學燃覆的不同，生物吸附并不總是按照以上的吸附等瀑式規(guī)則地進行，還有待進一步研究。 l 。2 6 金藩離子生物蔽附懿動力學方程 就目前所見的資料來看，對生物吸附動力學所進行的研究不是很多。有學者認為生物吸 附過程可以分戈兩個階段：第一階段發(fā)生在細胞壁表露，主要以物理吸附秘離子交換過程為 主。這一階段進行的很快。第二階段也稱為主動吸附，主要以化學吸附為主。金屬離子在這 一階段可以通過主動運輸進入細胞內部，這一階段要消耗細胞新陳代謝所產生的能量，迸行 的緩慢。必了分析金屬離子斡生物吸附動力學，疲震準級和準二級反應動力學模型對蘊體 吸附金屬離子的時間與吸附掇之間的關系進行分析。 準一級反應動力學模型為 l g ( q , - q 弘咖。一彘 準二級反應動力學模型為 粵；k 2 ( g 。鴨) 2 癬 “?！? 式申 吼葉衡吸附爨( m g g ) q ，t 時刻吸附量( m g g ) 甄，怒r 吸附速率鬻數(shù)g 。( m g 。m i n ) _ l 有學者認為，二級吸附速率方程更能準確地描述吸附過程。郭平【7 3 1 等用細胞壁多糖吸 附水中的p b p 、c d 爭，試驗所得數(shù)據(jù)經(jīng)兩種方程擬合，二級方程擬合的相關系數(shù)分別為0 9 8 9 、 0 9 9 8 ，兩一緩方程叛含的相關系數(shù)分鄹鴦0 9 8 1 、0 9 7 4 ，說明試驗過程更適于震二級速率方 程來描述。 微生物學碩士論文黃孢原象平革菌對稀土離子的吸附作用研究 第二章吸附稀土離子的白腐菌菌株的篩選 自2 0 世紀8 0 年代初 s c i e n c e ) ) 首次報道白腐真菌的降解作用良來，便弓l 起了廣泛關 注。與此嗣時。纛腐真蔻螢絲體吸附重金麟的戇力更是褥到了匿內外許多學者和獗究人員靜 關注。它可以吸附銅、鎘、鎳、鉛、汞、鈾等金屬離子，干細胞吸附量可以達到1 0 1 2 0 m g g 引， 甚至更高。然而，在白腐真菌所能吸附的眾多金屬離予中，關于稀土離子還未見報道，稀土 離予也屬于金屬離子，推濺自腐鎣也應該能禳努邋吸附稀土離子，所以本部分實驗探索彳自 痿蘸中4 4 種不同菌株對褥離子的吸附能力。 稀土是分散性的元素，它們很難富集，不以單一稀土化含物形式存在于礦物中，任何稀 土礦通常都含有多種稀土元素，其中一婆稀元素的含量較高而男一些稀土元素的含量較 低，兩且其物化性質比較提近，很贍彼此分離。本試驗期望能從功能強大的自腐真菌孛篩到 一種微生物高效吸附稀土，可以把性質相似的兩種或幾種稀土元素分離開。并對其吸附選擇 性進行初步研究。 2 1 實驗材料 2 1 1 篩選樣品來源 本實驗篩選樣品全部來自本實驗保存菌種。 表2 1 篩選菌株 t a b 。2 - l 司瓣s c r e e f lo f 或m i a s 菌株種名 p c 8 9 h 7 農友l 號 夏王4 0 1 3 0 0 擎菇1 0 1 雜色云芝 高撬4 8 自靈1 0 1 9 4 0 0 西德9 9 茯苓 黑平9 9 磁平1 母 暈敢高棗 農平7 號 黑乎委 1 2 p l u r o t u so s t r e a t u s h e r i c i ue r i n a c e u s p k u r o t u so s t r e a t u s p k u r o t 燃o s t r e a t u s p l e u r o t l t $ o s t r e a t u s v o l v a n r i e l l av o l v a c e a t r a m e n sv e r s i c o l o r p k u r o t u so s t r e a t u s p l e u r o t u sn e b r o d e n s 硌 p 耗u r o t u so s t r e a t u s p t e u r o t u so s t r e a l u s p o r i ac o c o s p l e u r o t u $ o s t r e a l u s p l e u r o t u so s t r e a t u $ p t e u r o t u sa s t r e a t 凇 p t e u r o t u so s t r e a t u s p k u r o t u $ o s t r e a t u s 微生物學碩士論文黃孢原琵平革菌對稀土離子的吸附作粥研究 黑平8 號 蘇孽l6 號 8 8 0 1 鉸優(yōu)l 號 推廣一號 蘇研2 號 南昌黑平 1 0 9 改良暈豐f 8 天達3 0 0 爨車6 0 0 農平1 2 號 蕙產錙 5 1 7 8 豫擎1 3 號 農平9 號 挽病3 號 7 l l 暈欷高辜 贏郵1 0 0 5 0 5 9 6 8 8 0 i 農發(fā)l 號 變冥a 8 8 0 2 豫平7 號 黃孢原琵平革菌 p k u r o t u so s t r e a t u s p l e u r o t l l $ o s t r e a t u s p | e u r o t u so s t r e a t u s p l e u r o t u so s t r e a t u s p k u r o l u so s t r e a t u s p l e u r o t u so s t r e a t u s p l e u r o t u so s t r e a t u s p 耗u r o t u so s t r e a t u $ p l e u r o t u so s t r e a t u s p l e u r o t u so s t r e a t u s p l e u r o t u so s t r e a t u s p l e u r o t u so s t r e a t u s p 娩u r o t u so s t r e a t u s p t e u r o t u so s t r e a t u s p l e u r o t u so s t r e a t u s p t e u r o t u so s t r e a t u s p l e u r o t u so s t r e a t u s p l e u r o t u so s t r e a t u $ p l e u r o t u so s t r e a t u $ p l e u r o t u so s t r e a t u s p k u r o t u so s t r e a t u s p l e u r o t u so s t r e a t u s p l e u r o l u so s t r e a l u $ p l e u r o t u so s t r e a t u s p l e u r o t u so s t r e a t u s p 掩u r o t u so s t r e a t u s p h a n e r o c h a e t ec h r y s o s p o r i u m 2 1 2 培養(yǎng)基 p d a 培養(yǎng)基：常規(guī)配制。平板用于菌種的活化，斜面用乎菌種的保藏。 馬鈴薯液體培養(yǎng)基：常規(guī)配制。用于菌絲球培養(yǎng)。 2 1 3 試驗試劑 十六烷基一蘭甲基一溴化胺( c e t y lt r i m e t h y la m m o n i u mb r o m i d e ，c t a b ，上海博奧生物科技 公司) 偶氮氯磷( c p m i i ，華東師范犬學) 氯化鑣( l a c l 37 h 2 0 ) ( 9 9 ) 自瑞科鞴冶金及功能材料慝家工程研究中心 1 3 微生物學碩士論文黃孢原毛平革菌對稀土離子的吸附作用研究 氯化鈰( c e c l 36 h 2 0 ) ( 9 9 ) 自瑞科稀土冶金及功能材料豳家工程研究中心 2 2 實驗方法 2 1 2 。l 鎣種活化 絲。 將菌種接種努j p d a 培養(yǎng)平板中，2 5 c 懂溢培養(yǎng)箱培養(yǎng)一周，直至平板布滿一層一層黯菌 2 。2 。2 鎣絲球培養(yǎng) 用直徑5 m m 的無菌打孔器在長滿菌絲的平板上打孔，無菌接種針轉移3 5 塊菌絲片裂 3 0 0 m l = 煮瓶中，志裝宥5 0 m l 馬鈴磐液體培養(yǎng)基，然艇2 5 ( 2 ，1 6 0 r p m 搖床培養(yǎng)，培養(yǎng)一周， 濾紙過濾，取菌絲球備用。 2 ，2 3 耩鬻子鑭翔鈰的吸附試驗 2 。2 。3 1 原理 偶氮氯磷i t i ( c p a m ) 俸雋顯色荊可在強酸性介質中和表面活性賽l 存在下與稀主元素形 成三元絡含物耩c p a 越c t a b ( 演化十六烷基三甲基胺) 三元絡食物。在7 2 2 n m 處 有最大的吸收峰。 2 。2 3 。2 菌體含水率的測定 稱取過濾磊落體若手份，每份記下濕重，分別放烘箱8 0 e 烘干至衡重，稱于重。 菌株含水率= 【( 濕重- 干重) 濕重】1 0 0 2 2 。3 。3 溶液配制 ( 1 ) 鞴主離子蠡滾配制 稱取氯化鑭1 3 3 6 6 9 ，氯化鈰1 2 6 5 9 9 分別用去離子水溶解，轉x 5 0 m l 容量瓶中，稀釋至 標線，搖勻。此時濃度為1 0 9 l ，然后用微量移液器吸取7 0 u l 轉移至1 0 0 m l 容量瓶，定容， 搖勻，翻為本實驗所用標液。 ( 2 ) 6 m o l l 鹽酸溶液 取未啟封的濃鹽酸4 1 7 m l ，倒入1 0 0 0 m l 容鬃瓶，緩慢加入去離子水，定容，充分混合， 儲存與密封容器中。 ( 3 ) 0 5 c p a i i i 溶渡 1 4 微生物學碩士論文黃孢原毛平革菌對稀土離子的吸附作用研究 稱取0 2 5 9c p a i i i ，用少量去離子水溶解，稍微加熱，若不好溶解，加熱助溶。轉移至 5 0 0 m l 容量瓶，定容備用。 ( 4 ) 0 0 1 c 鼉硒 稱取0 0 5 9c t a b ，5 0 0 m l 容量瓶定容。使用前若有結晶出現(xiàn)，籍先加熱。 2 2 。3 4l a 3 + 、c e 3 + 標準曲線繪制 子一系y f j 2 5 m l l 乏色管中，分裂吸取h 、e e 3 標準溶液0 、3 。5 、7 0 、1 0 5 、1 4 0 、1 7 5 、 2 1 。0p g 要予2 5 m l 比色管中，加, k 6 m l5 m o l l h c i 、3 m l0 0 5 c p a m 、4 0 m l9 5 乙醇， 1 0 m l o 1 c t a b ，用去離子水稀釋至刻度，搖勻。予7 2 2 n m 處，用2 c m 比色皿，以試荊空 自為參院，測其吸光度。按實驗方法測得b 礦、c e 3 服從昆耳定律的范圍怒o 2 0 1 a g 2 5 m l 。樣 品鮑測定網(wǎng)標準艟線測定一致。 o 4 0 3 5 o 3 0 2 5 簍o 2 醛0 1 5 o 1 0 0 5 o 一0 0 5 婦離予濃度( u g 2 5 m l ) i i l 3 1l a 3 + 標準熬線 f i g 3 一i t h es t a n d a r dc u r v eo f l a 3 + 2 - 2 3 5 吸附方法 o 3 5 o 3 o 2 5 o 2 滔 稍1 5 督 0 1 o 0 5 o 一0 0 5 e e 離予濃度( u g 2 5 m l ) 圈3 2c e 3 + 標瀵蠡線 f i g 3 - 2 t h es t a n d a r dc u i v co f c e ” 3 鼓沈三囊瓶中分別加入5 婦l l 含有4 0 燃l 玖、4 0 m g lc e 3 + 鮑溶渡，向其中加入 4 m g ( 干重) 的菌體，1 5 0 r p m ，室溫搖床吸附3 h ，吸附后宜接濾紙過濾，測定上清中殘留的稀 土離子濃度。每個樣品重復3 次，取平均值。 2 3 結果 取不同菌株的菌絲球如