利用生物滴滤池的干燥生物膜从合成废水中生物吸附Cd(II)外文翻译资料

 2022-08-08 19:45:09

英语原文共 10 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

利用生物滴滤池的干燥生物膜从合成废水中生物吸附Cd(II)

H.J.He1,2 bull; Z.H.Xiang1,2bull; X.J.Chen1,2bull;H.Chen1,2bull;H.Huang1,2bull;M.Wen1,2bull;C.P.Yang1,2,3

摘要：从生物滴滤滤池中废弃掉的生物膜可以干燥后用作从水中中去除Cd（II）的生物吸附剂。吸附条件及吸附效果的等温线及去除Cd（II）的吸附动力学，以及竞争性金属离子对Cd（II）去除效果的影响。结果表明该干生物膜达到最大吸附时是在25°C下120min时，Cd（II）溶液初始浓度为42mg/g，Cd（II）的浓度和PH值分别为50mg/L和6.0。在这种情况下，当Cd（II）的去除率达到89.3％时，生物吸附剂的剂量为2.0g/L。朗缪尔等温线与等温线相关的数据模型比弗伦德利希等温线模型和伪二阶模型拟合出的动力学数据等拟合更好。这些结果表明吸附为单层吸附且伴有化学吸附。在存在其它金属离子时，值得注意的是二价的金属离子钙和锌对Cd（II）物吸附的抑制情况，Na（I），K（I）和Fe（III）则具有或高或低的影响。Ca（II）在50mg/L的Cd（II）溶液中的影响，在吸附剂剂量为0.5g/L和PH值6.0时变得更微弱。分析扫描电子显微镜和傅立叶变换红外光谱表明生物吸附剂具有的多孔结构和酰胺基是去除Cd（II）的主要原因。干生物膜是有效去除Cd（II）的新型吸附剂，并且如有必要，可以将其重新使用和回收。

关键词：生物吸附，镉，重金属，机制，生物膜。

尽管微量重金属对人体健康至关重要，过量的重金属会导致负离子略去效果。重型金属等例如镉（Cd），铜（Cu），铅（Pb）和砷（As）排放到环境中可能会对自然环境造成危害。引起这一结果的这些重金属的特性，即长生物半衰期、不可生物降解性和潜力用于生物蓄积（Achary等人2016）。镉存在于排出含有大量有害金属废水的手术，机械，采矿和电镀等产业，并且可以危害生长和繁殖的植物和动物。达到阈值浓度时，环境生物学与污染主要在人类的肾脏，镉可引起肾损伤和导致骨质疏松症，骨骼变形甚至癌症。因此从废水中去除镉离子是十分必要的。在目前去除镉离子的方法包括化学沉淀，离子交换，电渗析和膜分离。
尽管如此，这些方法有一些缺点，例如操作繁琐，成本较高，清除不彻底，二次污染以及剩余污泥的处理问题（Aziz等人，2008年）。最近，吸附具有一些优势的其他重金属去除方法包括吸附能力和灵活操作（Abedi等2016）。目前，我们已经付出了很多努力去探索新的吸附剂，例如碳复合材料，生物质 吸附剂和纳米吸附剂（王等人2013;耆那等，2016）。特别是包括真菌在内的生物吸附剂，藻类，废物污泥已得到广泛研究（Fan等。2008;王和陈2009;杨等。2010），因为他们有很多活跃的功能组重金属的吸附能力（Cheng etal.2016）。此外，生物吸附剂被也施加到在水溶液中，例如农业废料，细菌，真菌（Frutos等人2016; Fawzy等人。2016）。对于去除重金属，干的生物膜优势与湿生物膜相比，干生物膜在某些不利的环境条件下已经是很成熟有机体，因为生物在某些不利的环境中可能失去吸附能力（Cheng etal。2016）因此，可以认为干生物膜是有效的。和低成本生物吸附剂用于去除Cd（II）与其他吸附材料（Bulgariu和Bulgariu。2016）的比较。

气态生物滴滤生物滤池是公认的对挥发性有机化合物的有吸引力的竞争技术，因为VOC去除的低操作和维护成本，高去除效率和对环境的友善（Cheng etal。2016）。在生物滴灌中的过滤器，包含许多微生物的生物膜起着在挥发性有机化合物的生物降解中起主要作用。但是，过量生物滴滤池中积累的微生物经常被清除，通常是直接排放。这些微生物含有许多活性官能团例如特定的蛋白质和多糖，它们具有去除污染物的许多约束力。浪费了生物滤池中提取的生物量用于除去Ntilde;己烷作为生物吸附剂。但是，有关其他浪费的生物膜和重金属去除尚未报道竞争性金属离子的影响。

在这项研究中，废物生物膜取自用于去除乙苯的生物滴滤池用作生物吸附剂，用于处理水溶液中的Cd（II）的吸附操作条件，包括溶液pH值，吸附时间，Cd（II）初始浓度和吸附剂检查并优化剂量。而且，吸附等温线和动力学进行了评估吸附机理。此外， 竞争性金属离子，例如Na（I），K（I），Ca（II），Zn（II）、Fe（III）在去除Cd（II）中也进行了研究。

材料和方法化学试剂实验中使用的化学试剂，包括镉（NO3）24H2O，的NaNO3，KNO3，Ca（NO3）2·4H2O，的Zn（NO）Aacute;6H O，的FeCl3·6H2O，HNO3，NaOH，统统的分析由国药控股的中国的试剂公司进行。镉（II）的储备溶液（1000毫克/升）的制备是通过溶解镉（NO3）2Aacute;4H2ouml;。 在超纯水中。五个竞争金属离子，包括Na（I），K（I），Ca（II），Zn（II）和Fe（III）使用相同的方法，以及金属离子浓缩含量均为1000 mg / L。在实验开始时，所有化学药品在分析纯制备试剂并由超纯净水溶解。所有玻璃器皿应浸泡在10％的HNO3一整天，然后洗涤三次，通过超纯水并在105°C下干燥。生物吸附剂的制备与表征方法是把干生物膜放在在生物滴滤池中去除乙苯。经过实验附着有微生物的聚氨酯海绵盘根并从生物滴滤器和水槽中剔除掉放入水中清洗。废物生物膜的生产每次洗涤可能是10克。经过这个过程从包装上掉下来的干生物膜是过滤并在80°C下干燥至恒重（Cheng。2016a）。为了以增加之间的接触的生物吸附剂和Cd（II）的合成废水中，结合现有研究（Yang等，2010），干生物膜研磨成粉末，直到粒径小于250微米。然后将干燥生物膜替换在干燥器中并在实验中还用作生物吸附剂。测量了生物吸附剂的表面形态通过扫描电子显微镜（SEM）（FEI QuANTA 200，美国）。傅立叶变换红外光谱仪（FT-IR）（Infinity-1，日本岛津，日本）用于识别卸载的生物吸附剂和Cd（II）的1个官能团。负载的生物吸附剂范围为400–4000cm。

分批生物吸附程序

在生物吸附实验中，不同浓度的重金属模拟废水用储备溶液。使用干燥的批处理实验干生物膜作为生物吸附剂评估Cd（II）的吸附。实验是在150ml锥形瓶中进行的，其中含有50mL各种金属浓度的溶液。然后添加高浓度的HNO3或NaOH。之后，将不同剂量的干生物膜添加到锥形瓶中。经过这些准备步骤，溶液被放成一热式定轨振动筛ZP-96F（苏州必测产品有限公司中国江苏）以150r/min的速度和设定温度以测定获得Cd（II）吸附参数。吸附后从瓶中取出的样品用0.45微米的尼龙注射器滤波器（Anpel公司，中国）过滤连接，滤液中的Cd（II）浓度为使用PerkinElmer A Analyst 700原子测定吸收光谱仪（AAS，马萨诸塞州，沃尔瑟姆）。竞争性金属离子评估了Cd（II）的吸附能力，在150mL中添加了不同的竞争性金属离子含Cd（II）溶液的锥形瓶。然后将金属溶液的浓度稀释至设定值超纯水带来的价值。其他实验参数设定为50mg / L，Cd（II），0.5g/L生物吸附剂，120分钟接触时间在pH 6.0和温度25°C下的吸附后剩余的Cd（II）浓度通过以上方法确定。

所有吸附实验均在三重条件下进行凯茨实验，平均值用于分析的结果。对照实验条件相同。吸附容量（等式1）和除去率（等式2）的镉（II）通过所述干废物生物膜计算式如下：

其中QEuml;是在吸附容量的Cd（II）（毫克/克），w^的去除率镉（II）（100％），初始浓度为Ccedil;0的镉（II）溶液（毫克/升），的Ccedil;i联系最终浓度的Cd（II）溶液（mg/L），V溶液体积（L）和M吸附剂的量（g）。

结果和讨论

溶液pH值对Cd（II）吸附的影响

溶液的pH值对Cd（II）的吸附的效果众所周知，溶液的pH值会对吸附的重金属产生重大影响（王和陈2006年）。图1说明了Cd（II）吸附的变化溶液影响0.5g / L吸附剂的容量。

（图1在pH对Cd（II）吸附的影响为初始镉（II）精力集中处理量50mg / L，吸附时间180 分钟，吸附剂量0.5g / L，温度25°C，溶液体积50毫升。）

对于pH值而言，显然，Cd（II）的吸附能力从7.86急剧增加至42.01mg/L时pH值从2.0升至6.0。但是，吸附能力随着pH值到达7.0时降低至40.1mg/g。在pH下降至6.0时，吸附能力达到平稳。类似其他类型的生物吸附剂的趋势已有报道（Mathivanan等人。2016），没有进行实验。由于Cd（II）沉淀，pH值超过7.0，因此，本研究中的实验pH 6.0用于以下生物吸附。结果表明，Cd（II）的吸附能力为干废物生物膜的pH值低至2.0。原因可能是溶液中存在大量质子导致吸附剂质子化（King等。2008）。此外，酰胺基和氢氧基是两个构成废物生物膜的主要因素，以及这些组成的吸附能力在较低的情况下被pH抑制（Cheng etal.2016a）。随着pH值的增加，吸附表面将被去质子化，这可能导致Cd（II）吸附容量的增加（King等，2008; Karthik和Meenakshi。2016）。时间对Cd（II）吸附的影响及其动力学研究干废生物膜吸附Cd（II）的实验作为时间的函数进行了研究，结果如图2所示。

图2显示Cd（II）吸附容量从26.64增加至41.91毫克/克时的吸附时间从5分钟增加到120分钟。显然，吸附能力在金属与生物吸附剂接触的前20分钟最强。该说明原因可能是这种吸附是快速吸附过程，以及是最容易获得的。

（图2在时间（II）对Cd的吸附的影响。初始镉（II）浓度50mg/L，pH 6.0，吸附剂量0.5g/L，温度25°C，溶液体积50毫升。）

吸附剂表面被立即利用（杨等。2010）。随着接触时间的增加，在120分钟时达到了Cd（II）的吸附平衡。因此，Cd（II）平衡吸附容量Qe （mg/g）和未吸附的Cd（II）Ce 的浓度（mg/L）在端部的120分钟。该吸附在120分钟进行以下实验的时间。为了更好地了解Cd（II）去到干废物生物膜上的吸附动力学，Lagergren的假一阶（PFO），伪二阶（PSO）和Webber–MorrisW–M）模型用于分析吸附可能是使用最广泛的吸附剂的金属从液体中吸附溶质的模型。伪一阶模型基于假设吸附过程是一个快速的初始过程阶段，而伪二阶模型基于吸附是速率控制（Aksu2001;Karthik和Meenakshi，2016）。韦伯-莫里斯动力学模型通常用于解释扩散吸附过程中的机理（Baraka 2015 ）。给出以下三个方程。

PFO模型：

PSO模型：

W-M模型：

其中k1（1/min）和k2（g（mgLmin）是PFO和PSO常数，QEgrave;和Qt（毫克/克）是在吸附容量在平衡，并在时间吨（分钟），ķ1可以是从斜率确定所述的的线性图日志（Qeuml;–Qt）相对于时间t（min）和ķ2可以由下式确定的线性图的截距t/Qt针对t（min），ķi（mg/（gmin-0.5）是扩散速率常数，是根据线性图的斜率计算得出，C是边界层的厚度。三种动力学模型的拟合图用于分析实验数据的结果显示在图3A-C，以及相关的动力学参数详见表1。在表中，相关系数（R2）是由下式计算的等式通过将数据拟合自动。从理论上讲，如果整个吸附过程可以用某种模型来解释实验数据应接近一条直线，并且相关系数（R）应约为1.0（Wang等。2016）。如示于表1，该实验相关系数（R2）的所述PFO和PSO是0.8587和0.99993，证明了PSO与实验数据的相关性更好。结果表明，PSO模型更加拟合Cd（II）到干废生物的吸附过程。并且表明吸附主要是化学吸附。这个结果也类似于丁等人的研究（2012）。

图3显示出了Cd（II）离子的粒子扩散。很明显，两个扩散过程涉及在所述镉（II）的吸附离子到生物吸附剂上。曲线的第一个线性部分归因于粒子的传播，这是一个快速的过程 处理。归因于第二拟合曲线的扩散，Cd（II）进入生物吸附剂的内部孔隙是一个缓慢的过程。

温度的效果和吸附等温线温度

对Cd（II）生物吸附的影响当温度升高时，对废物生物膜进行了温度范围在15到45°C之间的调查，结果显示在图4。图4显示Cd（II）的吸附容量随着温度的升高而增加，这表明吸附是一个吸热过程。吸附等温线是重要的说明如何在吸附将互动与吸附剂和其给出了吸附剂的吸附容量的概念（Zhong等。2013）。吸附等温线在25 C下将Cd（II）吸附到废物生物膜上通过朗格缪尔

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[240294]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word

原文和译文剩余内容已隐藏，您需要先支付 30元 才能查看原文和译文全部内容！立即支付

以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。

您可能感兴趣的文章