劉攀,文永林,湯琪,*
(1.重慶交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,重慶 400074;2.重慶交通大學(xué)河海學(xué)院,重慶 400074)
?
生物吸附材料處理含六價(jià)鉻廢水的研究進(jìn)展
劉攀1,文永林2,湯琪1,*
(1.重慶交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,重慶 400074;2.重慶交通大學(xué)河海學(xué)院,重慶 400074)
介紹了藻類(lèi)和微生物吸附劑在含六價(jià)鉻廢水處理方面的應(yīng)用,重點(diǎn)綜述了利用農(nóng)林廢棄物對(duì)六價(jià)鉻進(jìn)行吸附的研究現(xiàn)狀,闡述了生物吸附六價(jià)鉻的機(jī)理、影響因素[包括pH、吸附劑用量、Cr(VI)初始濃度、時(shí)間等]以及解吸處理。指出生物吸附法處理含六價(jià)鉻廢水目前存在的問(wèn)題及發(fā)展方向。
六價(jià)鉻;廢水處理;生物吸附劑;農(nóng)林廢棄物;機(jī)理;解吸
First-author’s address: School of Materials Science & Engineering, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074,China
隨著冶金、電鍍、制革、印染等工業(yè)的三廢排放,鉻污染與日俱增,對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重危害。環(huán)境中的鉻主要以Cr(III)和Cr(VI)2種價(jià)態(tài)存在,其中Cr(VI)的毒性是Cr(III)的100倍,且具有明顯的致癌作用,水體中Cr(VI)的含量超過(guò)0.1 mg/L就會(huì)引發(fā)中毒[1]。20世紀(jì)70年代,日本、美國(guó)都曾發(fā)生過(guò)嚴(yán)重的鉻污染事件。近年來(lái),我國(guó)鉻污染事故頻發(fā),其中2011年云南曲靖發(fā)生鉻渣污染事件,導(dǎo)致Cr(VI)超標(biāo)2 000倍,近30萬(wàn)m3的水受污染。在這次事件發(fā)生后不足一年,河北唐山的鉻泥污染再度引發(fā)關(guān)注,其數(shù)量高達(dá)10萬(wàn)t,嚴(yán)重威脅當(dāng)?shù)鼐用裼盟踩R虼?,去除廢水中的鉻,特別是Cr(VI),對(duì)保護(hù)公眾健康和生態(tài)環(huán)境具有重要意義。常見(jiàn)含Cr(VI)廢水的處理方法主要有化學(xué)還原法、鋇鹽沉淀法、離子交換法、電解法、膜技術(shù)、溶劑萃取法、吸附法等[2],但這些方法在處理低濃度(1 ~ 100 mg/L)含Cr(VI)廢水時(shí),因費(fèi)用昂貴、效率低、易引起二次污染等問(wèn)題而受到限制[3]。
生物吸附法是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的廢水處理新技術(shù),其中生物吸附劑以其廉價(jià)易得、操作簡(jiǎn)便、應(yīng)用范圍廣、二次污染小、處理效果好等諸多優(yōu)點(diǎn)而成為研究熱點(diǎn)。傳統(tǒng)的吸附劑主要是以活性炭為主的多孔吸附材料,而生物吸附劑是能夠吸附重金屬的生物材料,包括藻類(lèi)、微生物、農(nóng)林廢棄物等。其中農(nóng)林廢棄物是一種重要的可再生生物資源,具有來(lái)源豐富、價(jià)格低廉、可再生及可持續(xù)等特點(diǎn),對(duì)重金屬具有較強(qiáng)的吸附能力。目前生物吸附研究主要集中在陽(yáng)離子的去除,而對(duì)陰離子的吸附研究較少。實(shí)際廢水中 Cr(VI)是以、等陰離子的形式存在,所以研究Cr(VI)的生物吸附具有重要意義。
本文綜述生物吸附法處理含Cr(VI)廢水的研究進(jìn)展,以期為廢水中Cr(VI)的去除提供借鑒。
1.1藻類(lèi)吸附劑
藻類(lèi)來(lái)源豐富、價(jià)格低廉,對(duì)重金屬具有較強(qiáng)的去除能力,因此在生物吸附領(lǐng)域中備受關(guān)注?;钤弩w在條件惡劣的重金屬?gòu)U水中難以生存,死亡藻體則更適合制備成吸附劑,用于重金屬?gòu)U水的處理。常用于生物吸附的藻類(lèi)主要有綠藻門(mén)、褐藻門(mén)、紅藻門(mén)等。篩選適宜藻類(lèi)去除廢水中的Cr(VI),具有廣闊的應(yīng)用前景。研究者發(fā)現(xiàn)浮游藻類(lèi)、螺旋藻、角叉菜以及多管藻對(duì)Cr(VI)的吸附量分別為15.27、41.12、113.4和170.6mg/g[4-6]。C.G.Jia等研究了4種海藻對(duì)Cr(VI)的去除效果,發(fā)現(xiàn)Porphyra haitanensis(壇紫菜)、Laminaria japonica(海帶)和Undaria pinnatifida(裙帶菜)的去除率在90%以上,而Gracilaria lemaneiformis(龍須菜)的去除率不足60%[7]。
另有研究表明,小球藻是一種有效、經(jīng)濟(jì)的Cr(VI)吸附劑。Indhumathi等人的研究揭示,小球藻在pH為3的條件下,對(duì)Cr(VI)的去除率高達(dá)99.75%,該吸附過(guò)程符合Langmuir、Freundlich和Redlich-Peterson模型[8]。Youping Xie等指出,當(dāng)pH為1.5時(shí),小球藻對(duì)Cr(VI)的吸附量為43.3 mg/g,其吸附過(guò)程符合Sips模型[9]。
通過(guò)預(yù)處理活化藻體表面,提高活性基團(tuán)數(shù)量,能有效增強(qiáng)藻類(lèi)的吸附性能。Ainane等用未改性和經(jīng)鹽酸改性的褐藻Bifurcaria bifurcata處理含Cr(VI)廢水,其吸附量分別為23.4 mg/g和29.3 mg/g,即改性提高了該褐藻的吸附性能[10]。Javadian等研究指出,鹽酸改性褐藻Sargassum bevanom也是一種合適的Cr(VI)吸附劑[11]。
1.2微生物吸附劑
20世紀(jì)80年代人們就發(fā)現(xiàn)微生物(包括細(xì)菌、真菌及酵母)等能吸附重金屬。細(xì)菌普遍存在,對(duì)環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng);真菌易于培養(yǎng),產(chǎn)量高;酵母是食品和釀酒工業(yè)的廢棄物,量多且廉價(jià)。近年來(lái),微生物對(duì)Cr(VI)的生物吸附被廣泛研究。
Alam等研究表明,干葡萄球菌和活葡萄球菌對(duì)Cr(VI)的吸附量分別為21.2 mg/g和24.9 mg/g,其中干葡萄球菌對(duì)Cr(VI)的吸附符合Freundlich模型,而活葡萄球菌對(duì)Cr(VI)的吸附更適合用Langmuir模型來(lái)擬合[12]。陳麗杰等采用響應(yīng)面分析方法優(yōu)化絮凝酵母對(duì)Cr(VI)的吸附,最優(yōu)條件下實(shí)測(cè)Cr(VI)的去除率達(dá)93.06%[13]。Mahmoud等合成了一種新型生物吸附劑——明膠浸漬酵母菌,發(fā)現(xiàn)當(dāng)pH為1時(shí),該吸附劑對(duì)Cr(VI)的最大吸附量為87.36 mg/g[14]。E.A.Abigail.M等研究表明,青霉素能有效去除79.9%的Cr(VI),用Langmuir擬合得出的最大吸附量為75.1 mg/g[15]。Wani等發(fā)現(xiàn)假單胞菌菌株P(guān)H2和PH4是較佳的Cr(VI)吸附劑,當(dāng)pH為6時(shí),Cr(VI)的去除率為60%[16]。
有研究指出,某些細(xì)菌能同時(shí)除去廢水中的Cr(VI)及其他污染物。A.Gupta等將芽孢桿菌固化在廢茶葉上,芽孢桿菌以苯酚為碳源吸附Cr(VI),最佳條件下的吸附量達(dá)到741.389 mg/g[17]。D.He等發(fā)現(xiàn)在無(wú)氧條件下,銅綠假單胞菌PCN-2能同時(shí)去除廢水中的Cr(VI)和硝酸鹽,去除效果良好[18]。
1.3農(nóng)林廢棄物吸附劑
我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó),每年產(chǎn)生大量的農(nóng)林廢棄物。農(nóng)林廢棄物主要由纖維素、半纖維素及木質(zhì)素組成,含有羥基、羰基、氨基等活性官能團(tuán)。大量研究表明,天然稻稈、麥秸、谷殼、花生殼、鋸末、玉米稈、核桃殼、椰殼、水果皮、茶葉渣等對(duì)Cr(VI)的去除效果顯著。Singha等研究指出,稻草、米糠、谷殼、風(fēng)信子根、印度楝樹(shù)葉、椰殼等對(duì)Cr(VI)具有較佳的去除能力[19]。W.F.Qi等發(fā)現(xiàn)櫻花葉是一種很有潛力的Cr(VI)吸附劑,理論最大吸附量為148.12 mg/g[20]。Y.L.Chen等試驗(yàn)了9種濕地植物對(duì)Cr(VI)的吸附,其中水燭的去除效果最佳,去除率為74%[21]。
通過(guò)物理化學(xué)方法對(duì)農(nóng)林廢棄物進(jìn)行預(yù)處理,可活化吸附位點(diǎn),引入活性基團(tuán),改善其表面性質(zhì),增大比表面積,提高其吸附能力。主要的改性方法有高溫炭化法和化學(xué)改性法。在化學(xué)改性法中,硝酸、磷酸、檸檬酸、丙烯酸等是常用的改性劑。湯琪等用稻稈和堿化稻稈作為Cr(VI)吸附劑,尋求吸附率較高、改性工藝較易且環(huán)保的改性劑,得出苯胺和雙氧水都是較佳改性劑的結(jié)論,同時(shí)發(fā)現(xiàn)堿化后稻稈的吸附性能下降[22]。Suksabye等的研究揭示椰殼髓和丙烯酸改性椰殼髓對(duì)Cr(VI)的最大吸附量分別為165 mg/g和196 mg/g[23]。X.F.Sun等制備了琥珀酸酐改性麥秸和丙烯酸改性麥秸,指出化學(xué)改性后能提高麥秸對(duì)Cr(VI)的吸附能力[24]。揭詩(shī)琪等的研究表明,檸檬酸改性能有效增強(qiáng)泡桐皮、蘆葦和花生葉對(duì) Cr(VI)的吸附效果,改性后其最大吸附率分別為96.78%、91.85%和89.63%[25]。趙暉等用硝酸和磷酸改性花生殼來(lái)制備吸附劑,使對(duì)Cr(VI)的去除率從35%分別提高到76%和87%[26]。J.F.Chen等報(bào)道了基于紫莖澤蘭和蕎麥稈混合粉末(質(zhì)量比1∶4)炭化制得的吸附劑,對(duì)Cr(VI)的吸附率最高可達(dá)98%[27]。Sharaf El-Deen等分別采用蒸汽活化和磷酸改性基于稻稈和稻殼混合制備的活性炭,發(fā)現(xiàn)經(jīng)物理化學(xué)改性后,其對(duì)Cr(VI)有較好的吸附能力[28]。Y.J.Zhang等通過(guò)高溫裂解竹皮制備了生物吸附劑,指出該吸附劑在腐植酸存在的情況下對(duì)Cr(VI)有較高的吸附率[29]。在處理低濃度含Cr(VI)廢水時(shí),農(nóng)林廢棄物的吸附效果甚至優(yōu)于商業(yè)活性炭[23, 30]。農(nóng)林廢棄物對(duì)Cr(VI)的去除效果見(jiàn)表1。
表1 農(nóng)林廢棄物對(duì)Cr(VI)的去除效果Table 1 Cr(VI) removal effectiveness by using agricultural and forestry wastes
通過(guò)對(duì)吸附熱力學(xué)常數(shù)ΔG0、ΔH0、ΔS0的計(jì)算,可知Cr(VI)的生物吸附往往是自發(fā)吸熱的[11, 15, 23, 27, 36],但也有自發(fā)放熱的[31]。研究生物吸附的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型,有助于解釋吸附機(jī)理及優(yōu)化吸附參數(shù)。大量研究表明,Cr(VI)的生物吸附過(guò)程通常符合Langmuir或Freundlich模型和擬二級(jí)速率方程。
當(dāng)前對(duì)靜態(tài)吸附研究較多,而動(dòng)態(tài)吸附才能更好地模擬實(shí)際廢水中Cr(VI)的去除。常用的動(dòng)態(tài)吸附模型包括Thomas、Yoon-Nelson、BDST等。Suksabye等用椰殼髓對(duì)電鍍廢水中的Cr(VI)進(jìn)行動(dòng)態(tài)吸附,結(jié)果發(fā)現(xiàn)該吸附在穿透曲線的初始區(qū)域符合BDST模型,而整個(gè)曲線則更合乎Thomas模型[46]。魯秀國(guó)等研究表明,Thomas模型能較好地描述花生殼對(duì)Cr(VI)的動(dòng)態(tài)吸附特征[47]。研究者應(yīng)不斷完善Cr(VI)的生物吸附模型,并加強(qiáng)動(dòng)態(tài)吸附的研究。
生物吸附劑吸附Cr(VI)的機(jī)理通常有氧化還原、離子交換、靜電吸附和配位,這些機(jī)理往往同時(shí)發(fā)揮作用。在吸附Cr(VI)時(shí),吸附劑表面的羧基、氨基、羥基等活性基團(tuán)發(fā)揮巨大作用。不同生物吸附劑有不同的活性基團(tuán),其中多糖和蛋白質(zhì)含有最多的活性位點(diǎn)[4]。藻類(lèi)對(duì)Cr(VI)的吸附包括了配位、氧化還原和離子交換3種作用,一部分Cr(VI)與活性基團(tuán)形成表面配合物,還有一部分被仲醇還原成Cr(III),Cr(III)在與表面的陽(yáng)離子進(jìn)行離子交換,從而吸附于藻體表面[7, 48],其中還原過(guò)程是吸附的控速步驟,吸附過(guò)程如圖 1所示[48]。Suksabye對(duì)改性椰殼髓吸附Cr(VI)的機(jī)理做了研究,認(rèn)為Cr(VI)首先被還原為Cr(III),然后與C=O、O—CH3基團(tuán)通過(guò)配位作用結(jié)合[23]。梁齡予等認(rèn)為部分以陰離子形式存在的Cr(VI)因靜電作用被吸附到玉米芯表面,同時(shí)酸性條件下將其表面羥基、醛基等氧化為羧基等親陽(yáng)離子的含氧基團(tuán),Cr(VI)自身還原為Cr(III),并與其發(fā)生配位[31]。
結(jié)合FT-IR(傅里葉變換紅外光譜)、XRD(X射線衍射)、XPS(X射線光電子能譜)、SEM(掃描電鏡)、XAFS (X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)譜)、AFM(原子力顯微鏡)等表征手段,有利于更詳細(xì)地揭示Cr(VI)生物吸附的作用機(jī)理,并查明生物吸附劑的吸附性能與吸附劑表面結(jié)構(gòu)及活性基團(tuán)之間的關(guān)系。Cr(VI)生物吸附機(jī)理的研究將在開(kāi)發(fā)高效的吸附劑、優(yōu)化吸附參數(shù)和改善吸附工藝等方面發(fā)揮巨大的作用。
圖1 生物吸附法去除Cr(VI)的機(jī)理[48]Figure 1 Mechanism of the removal of Cr(VI) by bioadsorption[48]
3.1pH
溶液pH強(qiáng)烈地影響生物吸附劑表面的吸附位點(diǎn)狀態(tài)和Cr(VI)的存在形式,因此,pH對(duì)Cr(VI)的生物吸附具有決定性作用。當(dāng)pH較低時(shí),Cr(VI)主要以形態(tài)存在,這些離子容易通過(guò)靜電吸附與質(zhì)子化的活性位點(diǎn)結(jié)合。pH越低,吸附劑表面的H+越多,Cr(VI)與吸附位點(diǎn)之間的吸引力則越強(qiáng)。隨著pH增大,Cr(VI)逐漸以和發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)吸附,此時(shí)吸附劑的表面逐漸呈負(fù)電性,排斥力增大,導(dǎo)致吸附量下降。因此,Cr(VI)的生物吸附在強(qiáng)酸性條件下效果顯著,尤其在pH為2左右時(shí)效果更佳[5, 19, 26, 37, 49]。但S.A.Shahanaz Begum等的研究指出,pH為5.5時(shí)更有利于紫茉莉?qū)?Cr(VI)的吸附,這可能與紫茉莉表面的吸附位點(diǎn)狀態(tài)有關(guān)[50]。若考慮實(shí)際廢水的 pH,也有研究者將pH選為4[36]。A.Gupta等在Cr(VI)和苯酚的多組分體系吸附研究中為了同時(shí)獲得最大去除率,在中性條件下進(jìn)行吸附[44]。
3.2Cr(VI)初始濃度
在一定范圍內(nèi),當(dāng)Cr(VI)初始濃度較低時(shí),吸附劑對(duì)Cr(VI)的吸附量與初始濃度呈正相關(guān),但去除率與初始濃度呈負(fù)相關(guān)[8, 34]。這是因?yàn)槲絼┯昧抗潭〞r(shí),當(dāng)Cr(VI)初始濃度增大,濃度梯度便增大,傳質(zhì)推動(dòng)力隨之增大,吸附量就增加;而隨著吸附劑逐漸趨于飽和,吸附率就逐漸減小。在實(shí)際操作中,需要綜合考慮吸附劑的充分利用和Cr(VI)的有效去除,選擇合適的Cr(VI)初始濃度[4]。
3.3吸附劑顆粒度
吸附劑顆粒度對(duì) Cr(VI)的生物吸附有一定影響。當(dāng)顆粒度較大時(shí),吸附率通常偏低,隨著顆粒度減小,形態(tài)存在,吸附反應(yīng)需要2個(gè)吸附位點(diǎn)。而且OH-濃度增加后,OH-會(huì)與吸附率逐漸增大,但顆粒度過(guò)小時(shí),吸附劑容易發(fā)生團(tuán)聚,不利于Cr(VI)的吸附,且過(guò)濾難度會(huì)增大。賈娜娜等的研究發(fā)現(xiàn)了谷殼對(duì)Cr(VI)的吸附效果隨顆粒度的增加而逐漸下降,綜合考慮去除率和實(shí)際操作的情況下,顆粒度為60目較合理[32]。Zafarani等認(rèn)為核桃殼顆粒度對(duì)Cr(VI)的吸附?jīng)]有明顯影響,這是由于核桃殼具有多孔結(jié)構(gòu)[33]。
3.4時(shí)間
一般情況下,Cr(VI)的生物吸附可分為快速吸附階段和慢速吸附階段,直到平衡狀態(tài),此時(shí)吸附量達(dá)到最大值。Y.X.Li等研究發(fā)現(xiàn),多管藻對(duì)Cr(VI)的吸附在前40 min屬于快速吸附,再經(jīng)20 min的慢速吸附,在60 min后建立吸附平衡[6]。通常隨著時(shí)間延長(zhǎng),吸附量增大,但兼顧成本因素和生物吸附劑的再生,則需綜合考慮吸附時(shí)間。不同生物吸附劑對(duì) Cr(VI)的吸附平衡時(shí)間往往不同,有的僅僅需要幾分鐘[33],有的卻長(zhǎng)達(dá)十多個(gè)小時(shí)[37, 44]。
3.5溫度
溫度升高,離子活性增強(qiáng),增大了Cr(VI)的擴(kuò)散能力;活性位點(diǎn)的數(shù)量及其親合性也會(huì)增加,吸附量因此增大。但某些生物吸附屬于放熱反應(yīng),溫度升高反而導(dǎo)致吸附量下降[51]。J.F.Chen等研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)溫度從25 °C上升到35 °C時(shí),生物吸附劑對(duì)Cr(VI)的最大吸附量從46.23 mg/g增加到55.19 mg/g[27]??偟膩?lái)說(shuō),溫度對(duì)Cr(VI)的生物吸附影響較小,加之無(wú)論升溫或降溫,都不易控制,且會(huì)增大成本,因此一般在室溫下進(jìn)行生物吸附。
3.6吸附劑用量
吸附劑用量能顯著影響Cr(VI)的生物吸附。吸附劑用量增加,吸附率隨之增大,吸附量反而下降。一方面,吸附劑用量越多,吸附劑比表面積越大、活性位點(diǎn)越多,吸附率自然也越大;但另一方面,過(guò)多的吸附劑顆粒會(huì)造成活性位點(diǎn)的重疊或聚集,導(dǎo)致吸附量降低[36, 43]。實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)保證較好的吸附效果,同時(shí)吸附劑用量較少,以節(jié)約成本。
3.7共存離子和離子強(qiáng)度
實(shí)際含Cr(VI)廢水中不止一種離子,因此研究多種離子共存狀態(tài)下的生物吸附非常有必要。通常情況下,其他重金屬離子對(duì)Cr(VI)具有競(jìng)爭(zhēng)效應(yīng),會(huì)減少其吸附量;而輕金屬離子和一般陰離子對(duì)Cr(VI)的生物吸附影響不大。賈娜娜等研究揭示了、、、等離子并未影響谷殼對(duì) Cr(VI)的吸附,認(rèn)為陽(yáng)離子在特定pH下不與Cr(VI)競(jìng)爭(zhēng)吸附位點(diǎn),而一般陰離子的特性與Cr(VI)有很大不同,不易被吸附[32]。某些研究揭示了、、、、等離子對(duì)Cr(VI)的生物吸附影響較小[52-53]。
離子強(qiáng)度也會(huì)影響生物吸附劑對(duì) Cr(VI)的吸附,通常吸附效果隨著離子強(qiáng)度的增大而略有下降[34]。然而Zafarani等的研究表明,隨著離子強(qiáng)度的增加,核桃殼對(duì)Cr(VI)的吸附率幾乎不變[33]。
吸附劑解吸再生是關(guān)系到生物吸附技術(shù)能否應(yīng)用的關(guān)鍵。吸附劑的再生方法有很多,NaOH溶液是常用的Cr(VI)解吸再生劑。賈娜娜等用0.2 mol/L的NaOH溶液作為解吸劑,處理吸附了Cr(VI)的谷殼,解吸后谷殼的吸附能力略有增加,可以多次使用[32]。Alam等用0.1 mol/L的NaOH溶液解吸處理吸附了Cr(VI)的干葡萄桿菌,解吸率高達(dá)95.8%;但處理活葡萄桿菌時(shí),解吸率僅為70.7%,這可能是因?yàn)镃r(VI)在活細(xì)胞的代謝作用下被轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞內(nèi),更不易解吸[12]。Kwak等指出螺旋藻吸附Cr(VI)后,可經(jīng)0.1 mol/L的NaOH溶液有效再生,超過(guò)5次“吸附-解吸”循環(huán)后,其回收率也有70%[5]。此外,Y.H.Wu等用EDTA解吸椰子殼活性炭,最大解吸率為69%[54]。也有研究指出0.1 mol/L的HNO3溶液、0.5 mol/L的鹽酸等也能有效解吸吸附了Cr(VI)的吸附劑[15, 34]。解吸后吸附量往往會(huì)有不同程度的損失,這可能是因?yàn)槲絼┑幕钚晕稽c(diǎn)結(jié)合能力下降,而非吸附劑被破壞。
生物吸附法在含六價(jià)鉻廢水處理研究領(lǐng)域取得許多令人欣喜的成果。然而,生物吸附法也存在一些不足,例如吸附量易受環(huán)境因素的影響,且反應(yīng)后的生物吸附劑若處理不當(dāng)易造成二次污染?;铙w細(xì)胞的生物吸附過(guò)程普遍存在于自然環(huán)境中,利用活體細(xì)胞處理含六價(jià)鉻廢水可能是未來(lái)的研究方向。開(kāi)發(fā)具有高吸附性、高選擇性與高耐受力的生物吸附劑,改善吸附工藝,研究吸附劑的再生技術(shù)是六價(jià)鉻生物吸附的另一發(fā)展趨勢(shì)。在今后的研究中,還應(yīng)深入研究吸附機(jī)理,以提高生物吸附劑對(duì)六價(jià)鉻的吸附能力。此外,生物吸附法應(yīng)結(jié)合其他方法一起使用,例如在六價(jià)鉻濃度較高時(shí)先使用鋇鹽沉淀法,當(dāng)濃度降低時(shí)再用生物吸附法去除,以充分發(fā)揮生物吸附法的優(yōu)勢(shì)。
應(yīng)用廉價(jià)高效的生物吸附材料處理含六價(jià)鉻廢水,不僅可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的廢水處理技術(shù),降低處理成本,而且能實(shí)現(xiàn)資源的綜合利用,在含六價(jià)鉻廢水處理領(lǐng)域?qū)?huì)有良好的應(yīng)用前景。
[1] SHADRECK M, MUGADZA T.Chromium, an essential nutrient and pollutant: a review [J].African Journal of Pure & Applied Chemistry, 2013, 7 (9): 310-317.
[2] 李航彬, 錢(qián)波, 黃聰聰, 等.鋇鹽沉淀法處理六價(jià)鉻電鍍廢水[J].電鍍與涂飾, 2014, 33 (9): 391-395.
[3] 阮子寧, 劉強(qiáng), 姚金水, 等.Cr(VI)吸附劑研究進(jìn)展[J].化學(xué)通報(bào)(網(wǎng)絡(luò)版), 2015 (3): w2015008.DOI: 10.14159/j.cnki.0441-3776.2015.03.002.
[4] 王巖, 代群威, 陳國(guó)華, 等.藻類(lèi)吸附劑對(duì)六價(jià)鉻的吸附特性[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào), 2014, 8 (5): 1769-1774.
[5] KWAK H W, KIM M K, LEE J Y, et al.Preparation of bead-type biosorbent from water-soluble Spirulina platensis extracts for chromium(VI) removal [J].Algal Research, 2015, 7: 92-99.
[6] LI Y X, WANG Y, ZHAO F J.Kinetic and equilibrium studies of chromium(VI) biosorption by spent macroalgae Polysiphonia urceolata and Chondrus ocellatus [J].Biotechnology & Biotechnological Equipment, 2015, 29 (3): 498-505.
[7] JIA C G, ZHANG Y P, WANG H, et al.Rapid biosorption and reduction removal of Cr(VI) from aqueous solution by dried seaweeds [J].Journal of Central South University, 2014, 21 (7): 2801-2809.
[8] INDHUMATHI P, SYED SHABUDEEN P S, SHOBA U S, et al.The removal of chromium from aqueous solution by using green micro algae [J].Journal of Chemical and Pharmaceutical Research, 2014, 6 (6): 799-808.
[9] XIE Y P, LI H, WANG X W, et al.Kinetic simulating of Cr(VI) removal by the waste Chlorella vulgaris biomass [J].Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, 2014, 45 (4): 1773-1782.
[10] AINANE T, ABOURRICHE A, KABBAJ M, et al.Removal of hexavalent chromium from aqueous solution by raw and chemically modified seaweed Bifurcaria bifurcata [J].Journal of Materials and Environmental Science, 2014, 5 (4): 975-982.
[11] JAVADIAN H, AHMADI M, GHIASVAND M, et al.Removal of Cr(VI) by modified brown algae Sargassum bevanom from aqueous solution and industrial wastewater [J].Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, 2013, 44 (6):977-989.
[12] ALAM M Z, AHMAD S A, AZHAR E I, et al.Microbial sorption and desorption of chromium, cadmium and nickel from aqueous solution by dried and non growing biomasses of Staphylococcus gallinarum W-61 [J].Journal of Pure and Applied Microbiology, 2014, 8 (3): 1961-1972.
[13] 陳麗杰, 湯曉燕, 袁文杰, 等.響應(yīng)面分析法優(yōu)化絮凝酵母SPSC01去除Cr(VI)[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào), 2015, 9 (8): 3773-3779.
[14] MAHMOUD M E.Water treatment of hexavalent chromium by gelatin-impregnated-yeast (Gel-Yst) biosorbent [J].Journal of Environmental Management, 2015,147: 264-270.
[15] ABIGAIL M E A, SAMUEL M S, CHIDAMBARAM R.Hexavalent chromium biosorption studies using Penicillium griseofulvum MSR1 a novel isolate from tannery effluent site: Box-Behnken optimization, equilibrium, kinetics and thermodynamic studies [J].Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers,2015, 49: 156-164.
[16] WANI P A, AYOOLA O H.Bioreduction of Cr (VI) by heavy metal resistant pseudomonas species [J].Journal of Environmental Science and Technology, 2015,8 (3): 122-130.
[17] GUPTA A, BALOMAJUMDER C.Simultaneous removal of Cr(VI) and phenol from binary solution using Bacillus sp.immobilized onto tea waste biomass [J].Journal of Water Process Engineering, 2015, 6: 1-10.
[18] HE D, ZHENG M S, MA T, et al.Interaction of Cr(VI) reduction and denitrification by strain Pseudomonas aeruginosa PCN-2 under aerobic conditions [J].Bioresource Technology, 2015, 185: 346-352.
[19] SINGHA B, DAS S K.Biosorption of Cr(VI) ions from aqueous solutions: kinetics, equilibrium, thermodynamics and desorption studies [J].Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 2011, 84 (1): 221-232.
[20] QI W F, WANG Y, JI M, et al.Highly efficient adsorption of Cr(VI) by Sakura leaves from aqueous solution [J].Chemistry Letters, 2015, 44 (5): 697-699.
[21] CHEN Y L, HONG X Q, HE H, et al.Biosorption of Cr (VI) by Typha angustifolia: mechanism and responses to heavy metal stress [J].Bioresource Technology,2014, 160: 89-92.
[22] 湯琪, 劉攀, 文永林, 等.稻桿作為Cr6+吸附劑的改性劑優(yōu)選[J].應(yīng)用化工, 2015, 44 (7): 1218-1222.
[23] SUKSABYE P, THIRAVETYAN P.Cr(VI) adsorption from electroplating plating wastewater by chemically modified coir pith [J].Journal of Environmental Management, 2012, 102 (14): 1-8.
[24] SUN X F, JING Z X, WANG H H, et al.Removal of low concentration Cr(VI) from aqueous solution by modified wheat straw [J].Journal of Applied Polymer Science, 2013, 129 (3): 1555-1562.
[25] 揭詩(shī)琪, 喬麗媛, 李明明, 等.改性生物質(zhì)材料對(duì)Cr(VI)的吸附性能[J].中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào), 2015, 25 (5): 1362-1369.
[26] 趙暉, 廖雄, 周子強(qiáng), 等.改性農(nóng)業(yè)廢棄物花生殼對(duì)含鉻重金屬?gòu)U水的吸附處理[J].應(yīng)用化工, 2011, 40 (10): 1741-1744.
[27] CHEN J F, YANG P, SONG D G, et al.Biosorption of Cr(VI) by carbonized Eupatorium adenophorum and Buckwheat straw: thermodynamics and mechanism [J].Frontiers of Environmental Science & Engineering, 2014, 8 (6): 960-966.
[28] SHARAF EL-DEEN S E A, SHARAF EL-DEEN G E.Adsorption of Cr(VI) from aqueous solution by activated carbon prepared from agricultural solid waste [J].Separation Science and Technology, 2015, 50 (10): 1469-1479.
[29] ZHANG Y J, OU J L, DUAN Z K, et al.Adsorption of Cr(VI) on bamboo bark-based activated carbon in the absence and presence of humic acid [J].Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 2015, 481: 108-116.
[30] 杜磊.蘋(píng)果渣對(duì)Cr(VI)吸附性能的研究[J].食品科學(xué), 2012, 33 (21): 78-82.
[31] 梁齡予, 王耀晶, 閆穎, 等.玉米芯吸附水中Cr(VI)的特性及SEM-EDS表征分析[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2015, 24 (2): 305-309.
[32] 賈娜娜, 方為茂, 趙紅衛(wèi), 等.谷殼對(duì)水中Cr(VI)離子的生物吸附研究[J].離子交換與吸附, 2011, 27 (2): 110-120.
[33] ZAFARANI H R, BAHROLOLOOM M E, NOUBACTEP C, et al.Green walnut shell as a new material for removal of Cr(VI) ions from aqueous solutions [J].Desalination and Water Treatment, 2015, 55 (2): 431-439.
[34] ALTUN T, PEHLIVAN E.Removal of Cr(VI) from aqueous solutions by modified walnut shells [J].Food Chemistry, 2012, 132 (2): 693-700.
[35] 陳藝敏, 陳建福.荔枝殼對(duì)Cr(VI)的吸附性能研究[J].井岡山大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2015, 36 (3): 49-53.
[36] ILYAS M, KHAN N, SULTANA Q.Thermodynamic and kinetic studies of chromium (VI) adsorption by sawdust activated carbon [J].Journal of the Chemical Society of Pakistan, 2014, 36 (6): 1003-1012.
[37] TYT?AK A, OLESZCZUK P, DOBROWOLSKI R.Sorption and desorption of Cr(VI) ions from water by biochars in different environmental conditions [J].Environmental Science and Pollution Research, 2015, 22 (8): 5985-5994.
[38] GEORGIEVA V G, TAVLIEVA M P, GENIEVA S D, et al.Adsorption kinetics of Cr(VI) ions from aqueous solutions onto black rice husk ash [J].Journal of Molecular Liquids, 2015, 208: 219-226.
[39] 楊曉慶, 方正, 侯芳麗, 等.甘蔗渣活性炭處理含鉻電鍍廢水[J].電鍍與涂飾, 2014, 33 (23): 1033-1035.
[40] GUPTA V K, PATHANIA D, SHARMA S, et al.Preparation of bio-based porous carbon by microwave assisted phosphoric acid activation and its use for adsorption of Cr(VI) [J].Journal of Colloid and Interface Science, 2013, 401: 125-132.
[41] LIU Z N, LIU Y M, CHEN L, et al.Performance study of heavy metal ion adsorption onto microwave-activated banana peel [J].Desalination and Water Treatment, 2014, 52 (37/38/39): 7117-7124.
[42] RANGABHASHIYAM S, SELVARAJU N.Adsorptive remediation of hexavalent chromium from synthetic wastewater by a natural and ZnCl2activated Sterculia guttata shell [J].Journal of Molecular Liquids, 2015, 207: 39-49.
[43] SHANMUGAPRAKASH M, SIVAKUMAR V, BABUKANNAN K, et al.Development of a new Cr(VI)-biosorbent from agricultural waste: adsorption characteristics and the kinetics [J].Journal of the Chinese Chemical Society, 2014, 61 (7): 797-802.
[44] GUPTA A, BALOMAJUMDER C.Simultaneous adsorption of Cr(VI) and phenol onto tea waste biomass from binary mixture: multicomponent adsorption,thermodynamic and kinetic study [J].Journal of Environmental Chemical Engineering, 2015, 3 (2): 785-796.
[45] NARAYAN R, MEENA R P, PATEL A K, et al.Characterization and application of biomass gasifier waste material for adsorptive removal of Cr (VI) from aqueous solution [J].Environmental Progress & Sustainable Energy, 2015, 35 (1): 95-102.
[46] SUKSABYE P, THIRAVETYAN P, NAKBANPOTE W.Column study of chromium(VI) adsorption from electroplating industry by coconut coir pith [J].Journal of Hazardous Materials, 2008, 160 (1):56-62.
[47] 魯秀國(guó), 鐘璐, 孟鋒.花生殼對(duì)模擬廢水中Cr(VI)的動(dòng)態(tài)吸附特性研究[J].水資源保護(hù), 2013 (1): 87-90.
[48] YANG L, CHEN J P.Biosorption of hexavalent chromium onto raw and chemically modified Sargassum sp.[J].Bioresource Technology, 2008, 99 (2): 297-307.
[49] MUTHUSAMY S, VENKATACHALAM S, JEEVAMANI P M K, et al.Biosorption of Cr(VI) and Zn(II) ions from aqueous solution onto the solid biodiesel waste residue: mechanistic, kinetic and thermodynamic studies [J].Environmental Science and Pollution Research, 2014, 21 (1): 593-608.
[50] SHAHANAZ BEGUM S A, THARAKESWAR Y, KALYAN Y, et al.Biosorption of Cd (II), Cr (VI) & Pb (II) from aqueous solution using Mirabilis jalapa as adsorbent [J].Journal of Encapsulation and Adsorption Sciences, 2015, 5 (2): 93-104.
[51] KAPUR M, MONDAL M K.Mass transfer and related phenomena for Cr(VI) adsorption from aqueous solutions onto Mangifera indica sawdust [J].Chemical Engineering Journal, 2013, 218: 138-146.
[52] JIANG X L, JIANG Y H.Evaluation of the adsorption of Cr(VI) by modified bamboo shells [J].Applied Mechanics and Materials, 2013, 361/362/363: 709-715.
[53] WU Y H, WEN Y J, ZHOU J X, et al.Comparative and competitive adsorption of Cr(VI), As(III), and Ni(II) onto coconut charcoal [J].Environmental Science and Pollution Research, 2013, 20 (4): 2210-2219.
[54] WU Y H, YILIHAN P, CAO J L, et al.Competitive adsorption of Cr (VI) and Ni (II) onto coconut shell activated carbon in single and binary systems [J].Water,Air, & Soil Pollution, 2013, 224: 1662.
[ 編輯:溫靖邦 ]
Progress in research of hexavalent chromium removal from wastewater by using bio-adsorbents
// LIU Pan, WEN Yong-lin, TANG Qi*
The applications of algae and microbial adsorbents in treatment of Cr(VI)-containing wastewater were introduced.The current research status of Cr(VI) absorption by agricultural and forestry wastes was reviewed.The mechanism of Cr(VI)bioadsorption, the effects of pH, adsorbent dosage, initial Cr(VI) concentration, and contact time on bioadsorption of Cr(VI),and the desorption processes were summarized.The existing problems and development directions of the treatment of Cr(VI)-containing wastewater by bioadsorption were pointed out.
hexavalent chromium; wastewater treatment; bioadsorbent; agricultural and forestry waste; mechanism;desorption
湯琪,博士,副教授,(E-mail) 2457504113@qq.com。
X712; X781.1
B
1004 - 227X (2016) 04 - 0215 - 07
2015-10-20 修回日期:2015-12-28
重慶市自然科學(xué)基金(cstcjjA50016)。
劉攀(1990-),男,四川成都人,在讀碩士研究生,主要從事材料方面研究。