摘 要

为了探究pH对微藻分泌的EPS吸附重金属的影响，本课题以蓝藻Microcoleus vaginatus分泌的EPS为研究对象，探讨了pH对其形貌以及吸附Cu(II)性能的影响，并就吸附最优pH条件下的吸附动力学和热力学做了研究，采用AFM、FTIR等方法进一步研究了其吸附机理，主要得到以下结果：

在pH为4时，EPS对Cu(II)去除率最高，AFM图显示该pH条件下EPS链较舒展，可能暴露了更多的活性位点用于Cu(II)的吸附。在pH为4条件下，EPS吸附Cu(II)动力学符合准二级动力学模型；吸附等温线符合Langmuir型吸附模型，最大吸附量达到127.5 mg/g。FTIR结果表明在吸附过程中起主要作用的官能团为羟基、羧基、磷酸基等基团。

EPS表面富含的官能团是吸附Cu(II)的主要原因，pH对微藻的影响主要在于其对EPS构型的改变，且EPS是很好的重金属吸附剂。

关键词：EPS、pH、吸附、Cu(II)

abstract

In order to explore the influence of pH on EPS’s heavy metal absorption capacity, Microcoleus vaginatus was chosen to be major object of the study, in which the changes of EPS’s appearance and absorption capacity caused by pH also have been discussed. Absorption thermodynamics and dynamic have been considered under the best pH condition too. In the process, many analysis methods such as AFM and FTIR were used for more study.

It is shown that the removal of Cu(II) by EPS reach it’s top when pH was 4. More active points may be exposed for EPS’s extened structure in the condition of pH 4 as shown in AFM analysis. The result fitted with model of thermodynamics and dynamics indicated that the absorption model of EPS for Cu(II) was Langmuir model and pseudo-second order rate equation model. The maximum absorption capacity was 127.5mg/g as shown in Langmuir model fitting result. Functional groups such as OH group, crrbonyl group as well as phosphate group take effect in the process of absorption, as shown in FTIR analysis.

Existence of such active function groups on surface of EPS was the main reason for it’s absorption ability on Cu(II). Structure chang was the main impact caused by pH condition change. In all, EPS was a good absorbing material too.

Keyword: EPS, pH, absorption , Cu(II)

目录

第一章 绪论

1.1 藻类对重金属的吸附

1.1.1 藻类细胞吸附基团

1.2 藻类去除重金属的主要机理

1.2.1 生物吸附

1.2.2 富集作用

1.2.3 胞外聚合物EPS

1.3 EPS对重金属的吸附

1.3.1 EPS提取方法及组成

1.3.2 EPS吸附能力

1.3.3 EPS对重金属的吸附机理

1.4 EPS吸附重金属的影响因素

1.4.1 温度

1.4.2 pH

1.4.3 其他

1.5 吸附理论及吸附模型

1.5.1 吸附理论

1.5.2 吸附等温线

1.5.3 吸附动力学方程

1.6 课题研究的目标及意义

第二章 EPS提纯与成分分析

2.1 EPS提取与纯化

2.1.1 提纯方法

2.2 多糖含量测定

2.2.1实验方案

2.2.2 结果分析

2.3 蛋白质含量测定

2.3.1 实验方案

2.3.2 结果分析

2.4 总磷测定

2.4.1 实验方案

2.4.2结果分析

2.5 总碳和总磷的测定

2.5.1 实验方法

2.5.2 结果分析

2.6 小结

第三章 EPS吸附Cu(II)研究

3.1 最佳吸附pH实验

3.1.1 实验方案

3.1.3 结果分析

3.2 吸附热力学

3.2.1 实验方案

3.2.2 吸附等温线拟合

3.2.3 结果分析

3.3 吸附动力学

3.3.1 实验方案

3.3.2 动力学拟合

3.3.3 结果分析

3.4 小结

第四章EPS吸附Cu(II)机理研究

4.1 AFM分析

4.1.1 实验方案

4.1.2 结果分析

4.2 FTIR红外光谱分析

4.2.1 实验方案

4.2.2 结果分析

4.3 小结

第五章 总结

参考文献

附录

致谢

第一章 绪论

在自然水体中，众多微生物组成一个微型生态系统，这些微型生态系统对于污染水体状态研究、污染物去除、水体恢复具有重要意义。藻类是主要生活于水体的一类重要生物。研究显示，藻类可以通过生物吸收的作用，将重金属固定在细胞表面。Beveridge等(1980)^[1]发现，重金属能与藻细胞表面呈负电性的基团结合而被去除。Ting等(1989)^[2]研究表明，重金属是通过与细胞壁上的多糖进行离子交换相结合，吸附效率取决于细胞表面的多糖种类和电荷。

重金属是环境中的一类重要污染物质，利用微生物吸附剂将其去除，是生物修复技术研究的重要领域。微生物代谢过程产生分泌的胞外聚合物(EPS)是一类生物大分子物质，表面具有众多的重金属结合位点，对溶液中的重金属具有较强的吸附能力。EPS广泛存在于微生物细胞的外部，主要成分包括微生物分泌的糖类物质、多肽及蛋白质、脂类及腐殖酸等大分子物质。EPS能与重金属配位络合附着在细胞的胶质鞘上，使重金属不能进入细胞内部，同时降低周围水体中的重金属含量。如蓝藻分泌的胞外多聚糖，80%的多聚糖含有6-10种单糖，90%含有一种或多种糖醛酸，同时含有多肽、乙酰基、硫酸盐等非糖类成分。^[3]