李晗,馬歆芳,范方宇*,楊代勇,王振興,劉云

1(西南林業(yè)大學(xué) 林學(xué)院,云南 昆明,650224) 2(西南林業(yè)大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院,云南 昆明,650224) 3(云南省昆明市生產(chǎn)力促進(jìn)中心,云南 昆明,650224)

近年來,隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展,工業(yè)廢水排放量增多,Hg2+、Cu2+、Pb2+、Cd2+、Zn2+等重金屬離子向環(huán)境中的釋放量不斷增加[1]。這些有害金屬離子易在生物體內(nèi)富集、不易排出,能通過食物鏈進(jìn)入人體,積累量達(dá)到一定程度時(shí)會(huì)對(duì)人體健康造成危害[1-2]。據(jù)報(bào)道,Cu2+過量會(huì)導(dǎo)致黃疸胰腺炎和貧血癥等,還能引發(fā)皮炎和濕疹,嚴(yán)重者出現(xiàn)皮膚壞死等；Pb2+過量可導(dǎo)致兒童智力下降,腎病、麻風(fēng)病和神經(jīng)痛等；Cd2+過量主要損害腎臟、肝臟等人體代謝器官,導(dǎo)致骨骼變形和紅血球病變等[3]。

膳食纖維(dietary fiber,DF)是從植物細(xì)胞壁中提取的一系列非消化營養(yǎng)物質(zhì),分為可溶性膳食纖維(soluble dietary fiber,SDF)和不溶性膳食纖維(insoluble dietary fiber,IDF)2大類[4]。研究表明,DF的攝入可有效吸附部分金屬離子。GUO等[4]對(duì)大蒜皮SDF體內(nèi)結(jié)合Pb2+能力進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)經(jīng)喂食大蒜皮SDF的小鼠糞便和尿液中鉛排泄量顯著增加,表明大蒜皮SDF對(duì)Pb2+結(jié)合有積極作用。單平陽等[5]對(duì)不同方法提取的花生殼SDF重金屬(Pb2+、As3+、Cu2+)吸附力進(jìn)行了研究,結(jié)果表明花生殼SDF在腸環(huán)境吸附重金屬離子效果更好,且經(jīng)乳酸菌發(fā)酵和擠壓膨化處理后的金屬離子吸附力更高。YAN等[6]采用麥麩DF為食品添加劑制作餅干,并對(duì)其在小鼠體內(nèi)結(jié)合Cd2+和Pb2+的能力進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)與未添加DF的餅干相比,小鼠糞便中Cd2+和Pb2+排泄量分別增加了27.4%和25.2%,表明DF功能餅干在一定程度上能有效吸附金屬離子。

很多果蔬食品加工過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品可用于提取生物活性物質(zhì)或制備DF,以減少廢棄物污染和資源浪費(fèi)[7-8]。基于此,本研究以西番蓮果皮為原料,制備西番蓮果皮可溶性膳食纖維(passion fruit peel soluble dietary fiber,PSDF)。探討了PSDF在體外模擬胃腸條件下,PSDF質(zhì)量、吸附時(shí)間、金屬離子初始濃度3個(gè)因素對(duì)Cu2+、Pb2+、Cd2+三種金屬離子吸附性能的影響,并結(jié)合吸附動(dòng)力學(xué)模型(準(zhǔn)一級(jí)、準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型)和等溫吸附模型(Langmuir、Freundlich等溫吸附模型)對(duì)吸附機(jī)理進(jìn)行了研究。旨在模擬胃腸環(huán)境下為PSDF對(duì)Cu2+、Pb2+、Cd2+的吸附性能提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

西番蓮,云南昆明農(nóng)貿(mào)市場；檸檬酸(分析純),天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司；α-淀粉酶(10 000 U/g),邢臺(tái)萬達(dá)生物工程有限公司；木瓜蛋白酶(100 000 U/g),南寧龐博生物工程有限公司；體積分?jǐn)?shù)95%乙醇,天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司；胰蛋白酶(牛胰)、胃蛋白酶(豬胃粘膜),南京都萊生物技術(shù)有限公司；硫酸、硝酸,均為分析純,云南楊林工業(yè)開發(fā)區(qū)汕滇藥業(yè)有限公司；硝酸銅、硝酸鉛、硝酸鎘,均為分析純,天津大茂化學(xué)試劑廠。

DHG-9240A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱,上海齊欣科學(xué)儀器有限公司；CRT-400高速多功能粉碎機(jī),永康市超然電器有限公司；SB25-12DTDS超聲波清洗器,寧波新藝超聲設(shè)備有限公司；DZKW-4電熱恒溫水浴鍋,北京中興偉業(yè)儀器有限公司；IKA RV10立式旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀,南京榮華科學(xué)器材有限公司；5804R臺(tái)式冷凍離心機(jī),德國艾本德股份公司；AA100型火焰原子吸收分光光度計(jì),美國PerkinElmer公司；SHZ-82恒溫振蕩器,常州智博瑞儀器制造有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 膳食纖維的制備

參照文獻(xiàn)[9]的方法制備PSDF。西番蓮果皮經(jīng)洗凈、干燥、粉碎并過60目篩備用。取一定量果皮粉于燒杯中,按料液比1∶26(g∶mL)加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.2%檸檬酸溶液,40 ℃、250 W超聲波提取30 min后,加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.6%混合酶(α-淀粉酶∶木瓜蛋白酶質(zhì)量比為1∶1),70 ℃水浴酶解1 h,沸水浴滅酶10 min,5 500 r/min離心10 min。收集上清液,于50 ℃旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中濃縮至原體積的1/3,加入濃縮液4倍體積且預(yù)熱至60 ℃的95%乙醇醇沉30 min,5 500 r/min離心20 min,沉淀于50 ℃烘干、粉碎過60目篩,得PSDF。

1.2.2 試劑配制

(1)模擬胃液的配制[10]：取1 mol/L HCl溶液16.4 mL,加入10 g胃蛋白酶和800 mL蒸餾水,搖勻,加水定容至1 L。

(2)模擬腸液的配制[10]：取KH2PO46.8 g,加500 mL水溶解,用0.1 mol/L NaOH溶液調(diào)pH值至6.8,取胰蛋白酶10 g,加少量水溶解,將上述溶液混合,加水定容至1 L。

(3)金屬離子溶液的配制：分別以Cu(NO3)2、Pb(NO3)2、Cd(NO3)2為溶質(zhì),模擬胃液、模擬腸液為溶劑,配制成質(zhì)量濃度為1 000 mg/L的Cu2+、Pb2+、Cd2+溶液,用于后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

1.2.3 吸附實(shí)驗(yàn)

吸附實(shí)驗(yàn)分別在模擬胃液和模擬腸液2種體系下進(jìn)行。

(1)PSDF質(zhì)量：將一定質(zhì)量的PSDF放入150 mL錐形瓶中,分別加入20 mL 100 mg/L的Cu2+、Pb2+、Cd2+溶液,37 ℃下120 r/min振蕩吸附120 min。設(shè)置PSDF質(zhì)量為0.10、0.15、0.20、0.25、0.30 g。

(2)吸附時(shí)間：將0.1 g PSDF放入150 mL錐形瓶中,分別加入20 mL 100 mg/L的Cu2+、Pb2+、Cd2+溶液,37 ℃下120 r/min振蕩吸附。設(shè)置吸附時(shí)間為5、10、20、30、60、90、120 min。

(3)金屬離子初始濃度：將0.1 g PSDF放入150 mL錐形瓶中,分別加入20 mL不同質(zhì)量濃度的Cu2+、Pb2+、Cd2+溶液,37 ℃下120 r/min振蕩吸附120 min。設(shè)置Cu2+、Pb2+、Cd2+溶液初始質(zhì)量濃度為25、50、75、100、125、150 mg/L。

1.2.4 金屬離子濃度測定

吸附后的溶液用0.45 μm微孔濾膜過濾,采用火焰原子吸收儀測定濾液中Cu2+、Pb2+、Cd2+的濃度。吸附量和吸附率分別按公式(1)、(2)計(jì)算。

(1)

(2)

式中：q,吸附量,mg/g；Q,吸附率,%；co、c分別為吸附前后溶液中金屬離子的質(zhì)量濃度,mg/L；v,金屬離子溶液體積,L；m,PSDF質(zhì)量,g。

1.3 吸附模型

1.3.1 吸附動(dòng)力學(xué)模型研究

準(zhǔn)一級(jí)和準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程假定t時(shí)刻PSDF對(duì)Cu2+、Pb2+、Cd2+的吸附量qt與吸附達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)的吸附量qe之間的差值是吸附原發(fā)力[11]。研究采用準(zhǔn)一級(jí)和準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型描述PSDF吸附Cu2+、Pb2+、Cd2+的動(dòng)力學(xué)過程。準(zhǔn)一級(jí)、準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型的線性形式分別用公式(3)、(4)表示[12]。

ln(qe-qt)=lnqe-k1t

(3)

(4)

式中：qe,平衡吸附量,mg/g；qt,t時(shí)刻的吸附量,mg/g；t,吸附時(shí)間,min；k1,準(zhǔn)一級(jí)吸附速率常數(shù),min-1；k2,準(zhǔn)二級(jí)吸附速率常數(shù),g/(mg·min)。

1.3.2 等溫吸附模型研究

等溫吸附模型可用于描述恒定溫度下PSDF吸附量與不同金屬離子濃度吸附量之間的關(guān)系[11]。因此,研究采用Langmuir方程和Freundlich方程來描述PSDF對(duì)Cu2+、Pb2+、Cd2+的吸附等溫線。Langmuir方程和Freundlich方程的線性形式如公式(5)、(6)[13-14]所示。

(5)

(6)

式中：qe,平衡吸附量,mg/g；qm,PSDF最大吸附量,mg/g；ce,吸附平衡時(shí)溶液中金屬離子質(zhì)量濃度,mg/L；kL,吸附速率常數(shù),L/mg；kf,PSDF吸附能力的量度；n,吸附強(qiáng)度的量度。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和表格繪制，Origin 2017軟件進(jìn)行模型擬合和圖形繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 PSDF質(zhì)量對(duì)吸附量的影響

由圖1可見,模擬胃腸環(huán)境中,隨PSDF質(zhì)量的增加,其對(duì)Cu2+、Pb2+、Cd2+的吸附量逐漸減小,但吸附率均呈逐漸增大后趨于平衡趨勢。與PSDF質(zhì)量為0.10 g相比,PSDF質(zhì)量為0.30 g時(shí)對(duì)3種金屬離子的吸附量在模擬胃環(huán)境中分別降低了46.47%、41.38%、53.56%,模擬腸環(huán)境中分別降低了50.54%、56.67%、62.58%。這是因?yàn)榻饘匐x子濃度與PSDF質(zhì)量之間的比值對(duì)其吸附過程產(chǎn)生一定影響[10]。

a-模擬胃環(huán)境;b-模擬腸環(huán)境圖1 PSDF質(zhì)量對(duì)吸附量和吸附率的影響Fig.1 Effect of PSDF dosage on adsorptive capacities and adsorption rate

PSDF質(zhì)量較少時(shí),比值較大,PSDF的表面吸附位點(diǎn)有限,更易被金屬離子充分占滿,單位質(zhì)量的PSDF吸附量增加,但吸附率相對(duì)較低。PSDF質(zhì)量為0.30 g時(shí),在胃腸環(huán)境中對(duì)Cu2+、Pb2+、Cd2+的吸附率均較高,在模擬胃環(huán)境中分別為52.32%、74.73%、17.10%,模擬腸環(huán)境中分別為94.38%、85.51%、94.16%。這是因PSDF質(zhì)量增加時(shí),有更多的吸附位點(diǎn)結(jié)合金屬離子[12],從而提高了PSDF對(duì)金屬離子的吸附率；同時(shí)吸附位置出現(xiàn)空余,導(dǎo)致單位質(zhì)量的PSDF吸附量出現(xiàn)下降趨勢,造成了PSDF的浪費(fèi)。

2.2 吸附時(shí)間對(duì)吸附量的影響

由圖2可見,模擬胃腸環(huán)境中,PSDF與Cu2+、Pb2+、Cd2+開始接觸的前5 min吸附速率較快,其吸附量和吸附率隨吸附時(shí)間增加均呈現(xiàn)先增大后平緩的趨勢,對(duì)金屬離子的吸附均在30 min左右達(dá)到平衡狀態(tài)。30 min時(shí),PSDF在胃環(huán)境中對(duì)Cu2+、Pb2+、Cd2+的吸附率分別為32.10%、42.82%、13.30%,平衡吸附量分別為6.206、8.930、2.781 mg/g；腸環(huán)境中吸附率分別為62.87%、66.71%、83.50%,平衡吸附量分別為12.554、13.292、16.352 mg/g。30 min后PSDF表面吸附位點(diǎn)均已被金屬離子占據(jù),吸附過程基本達(dá)到平衡狀態(tài),此時(shí)PSDF可發(fā)揮最大限度的吸附效果。

a-模擬胃環(huán)境;b-模擬腸環(huán)境圖2 吸附時(shí)間對(duì)吸附量和吸附率的影響Fig.2 Effect of adsorption time on adsorptive capacities and adsorption rate

吸附是一個(gè)緩慢進(jìn)行的過程。吸附初期,金屬離子在PSDF上的吸附主要發(fā)生在纖維表面,隨時(shí)間延長,金屬離子吸附逐漸由溶液擴(kuò)散控制轉(zhuǎn)為內(nèi)部擴(kuò)散控制,即金屬離子通過PSDF表面大孔逐漸擴(kuò)散至其微孔內(nèi)部[10],且吸附阻力隨PSDF表面吸附金屬離子的增多而增大,致使吸附速率逐級(jí)減小[15],吸附量和吸附率緩慢增加直至吸附平衡。

2.3 金屬離子初始濃度對(duì)吸附量的影響

由圖3可見,隨著金屬離子初始濃度的增大,PSDF對(duì)Cu2+、Pb2+、Cd2+的吸附量呈逐漸增加的趨勢,而吸附率則逐漸下降。初始質(zhì)量濃度為25 mg/L時(shí),PSDF對(duì)Cu2+、Pb2+、Cd2+的吸附量均較小,模擬胃環(huán)境中分別為2.355、2.394、0.782 mg/g,模擬腸環(huán)境中分別為4.292、2.869、3.695 mg/g,但吸附率均較高。這是因?yàn)槌跏紳舛容^低時(shí),金屬離子總量較少,能較快與PSDF表面豐富的吸附位點(diǎn)結(jié)合[16],提高了利用率,但吸附量相對(duì)較低。金屬離子初始質(zhì)量濃度增至150 mg/L時(shí),吸附量增加,但相較于25 mg/L時(shí),胃環(huán)境中吸附率分別降低了22.97%、29.06%、14.84%,腸環(huán)境中分別降低了9.56%、10.30%、6.26%。這是因?yàn)闈舛仍黾雍?PSDF表面吸附位點(diǎn)被占據(jù),吸附能力趨于飽和,吸附過程受到阻礙[16],因此吸附率呈逐漸下降的趨勢。

a-模擬胃環(huán)境;b-模擬腸環(huán)境圖3 金屬離子初始濃度對(duì)吸附量和吸附率的影響Fig.3 Effect of initial concentration on adsorptive capacities and adsorption rate

由上述結(jié)果可見,PSDF在模擬腸環(huán)境中對(duì)Cu2+、Pb2+、Cd2+的吸附量均高于胃環(huán)境,這與李楊等[17]、單平陽等[5]的研究結(jié)果相似,說明腸環(huán)境更適合PSDF對(duì)金屬離子的吸附。這是因?yàn)榇蟛糠諴SDF在pH 6.8時(shí)對(duì)金屬離子的吸附能力較強(qiáng),且金屬離子在腸環(huán)境體系下與OH-形成了不溶性沉淀[1]。此外,PSDF對(duì)金屬離子的吸附主要依靠化學(xué)吸附,也存在物理吸附,而化學(xué)吸附主要依靠PSDF中的羧基、糖醛酸的羥基、結(jié)合于PSDF上的酚酸和氨基酸等親水基團(tuán)[17],這些羧基的解離程度與PSDF對(duì)金屬離子的束縛有很大的關(guān)系[18]。模擬腸環(huán)境中,羧基上質(zhì)子解離增多并帶負(fù)電,增大了金屬離子束縛量[19]；而模擬胃環(huán)境中,羧基質(zhì)子解離減少,金屬離子束縛量下降。PSDF在胃環(huán)境中對(duì)金屬離子的吸附可能是金屬離子與溶液中質(zhì)子共同爭奪羧基、羥基等活性基團(tuán)[19],兩者占有羧基的量與它們的解離常數(shù)和相對(duì)濃度有關(guān)。

2.4 吸附動(dòng)力學(xué)模型擬合

吸附動(dòng)力學(xué)模型可用于吸附過程中速率變化的研究,并確定吸附的速率控制步驟[20]。為進(jìn)一步了解PSDF吸附機(jī)制,研究對(duì)PSDF的吸附效率進(jìn)行了評(píng)價(jià),將模擬胃腸環(huán)境下PSDF于不同吸附時(shí)間對(duì)Cu2+、Pb2+、Cd2+的吸附量分別采用準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程和準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行了擬合。這些模型可通過所作直線的線性驗(yàn)證擬合效果[21]。

以ln(qe-qt)對(duì)t作線性擬合得到準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)線性圖(圖4),以t/qt對(duì)t作線性擬合得到準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)線性圖(圖5),并通過相關(guān)系數(shù)R2判斷PSDF對(duì)Cu2+、Pb2+、Cd2+的吸附是否符合動(dòng)力學(xué)模型。

a-模擬胃環(huán)境;b-模擬腸環(huán)境圖4 PSDF吸附Cu2+、Pb2+、Cd2+的準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型擬合線性圖Fig.4 Plot of pseudo first-order adsorption kinetics model of Cu2+,Pb2+,and Cd2+ adsorption on PSDF

a-模擬胃環(huán)境;b-模擬腸環(huán)境圖5 PSDF吸附Cu2+、Pb2+、Cd2+的準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型擬合線性圖Fig.5 Plot of pseudo second-order adsorption kinetics model of Cu2+,Pb2+,and Cd2+ adsorption on PSDF

根據(jù)斜率和截距可得到準(zhǔn)一級(jí)和準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型中的未知參數(shù)[22],擬合后得到的動(dòng)力學(xué)相關(guān)參數(shù)見表1。

表1 PSDF吸附Cu2+、Pb2+、Cd2+的動(dòng)力學(xué)模型相關(guān)參數(shù)Table 1 Parameters of kinetics models for Cu2+,Pb2+,and Cd2+ adsorption on PSDF

由圖4、圖5和表1可知，模擬胃腸環(huán)境中，PSDF對(duì)Cu2+、Pb2+、Cd2+吸附的準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型R2范圍為0.938 5～0.980 4，準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型R2范圍為0.983 4～0.998 4，這表明準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型對(duì)吸附實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合效果較好。且由該模型計(jì)算出吸附平衡時(shí)PSDF在胃中對(duì)Cu2+、Pb2+、Cd2+的理論吸附量(qe)分別為6.472 5、9.107 5、2.914 6 mg/g，腸中分別為12.674 3、13.550 1、17.152 7 mg/g，與圖2吸附時(shí)間對(duì)吸附量影響的實(shí)驗(yàn)值更接近，進(jìn)一步表明其吸附機(jī)理符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型。準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型中的吸附為非化學(xué)吸附的不穩(wěn)定吸附；準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型則是基于假定吸附速率是受化學(xué)吸附機(jī)理的控制，吸附劑和吸附質(zhì)間通過電子共享或交換的化學(xué)吸附[12,23]。因此，可以推測Cu2+、Pb2+、Cd2+在PSDF表面活性位點(diǎn)的速率控制步驟主要為化學(xué)吸附。綜上可知，PSDF對(duì)Cu2+、Pb2+、Cd2+的吸附過程符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，且吸附速率控制步驟主要為化學(xué)吸附。

2.5 等溫吸附模型

為探究PSDF吸附Cu2+、Pb2+、Cd2+的機(jī)理,研究將模擬胃腸環(huán)境下PSDF對(duì)不同金屬離子初始濃度的吸附量進(jìn)行了Langmuir和Freundlich等溫線模型擬合。Langmuir方程中以ce/qe對(duì)ce作線性擬合得到直線(圖6),1/qm和1/kLqm分別為直線的斜率和截距。Freundlich方程中以lnqe對(duì)lnce作線性擬合得到直線(圖7),1/n和lnkf分別為直線的斜率和截距,由此可得到Freundlich方程中的其他參數(shù)。Langmuir和Freundlich方程的相關(guān)參數(shù)見表2。

a-模擬胃環(huán)境;b-模擬腸環(huán)境圖6 PSDF吸附Cu2+、Pb2+、Cd2+的Langmuir等溫式線性圖Fig.6 Plot of Langmuir isothermal equation of Cu2+,Pb2+ and Cd2+ adsorption on PSDF

a-模擬胃環(huán)境;b-模擬腸環(huán)境圖7 PSDF吸附Cu2+、Pb2+、Cd2+的Freundlich等溫式線性圖Fig.7 Plot of Freundlich isothermal equation of Cu2+,Pb2+ and Cd2+ adsorption on PSDF

表2 PSDF吸附Cu2+、Pb2+、Cd2+的等溫吸附模型相關(guān)參數(shù)Table 2 Parameters of isothermal adsorption models for Cu2+, Pb2+, and Cd2+ adsorption on PSDF

由圖6、圖7和表2可知,Langmuir等溫模型的擬合相關(guān)系數(shù)R2為0.530 8～0.793 1,Freundlich等溫模型的擬合相關(guān)系數(shù)R2為0.981 6～0.999 6。因此,PSDF對(duì)Cu2+、Pb2+、Cd2+三種金屬離子的吸附行為更符合Freundlich等溫吸附模型。Freundlich模型中,一般認(rèn)為1/n是一個(gè)濃度指數(shù),表示線性程度及吸附機(jī)理的差異。n值常用于吸附過程優(yōu)惠性判斷[21-23]：n>1為優(yōu)惠吸附；n=1為線性吸附；n<1為非優(yōu)惠吸附。因此,胃腸環(huán)境中PSDF對(duì)Cu2+、Pb2+、Cd2+的吸附均為優(yōu)惠吸附,而腸中的吸附較胃中更接近線性吸附。此外,Freundlich等溫線中的kf值可表示吸附能力強(qiáng)弱。PSDF在胃中對(duì)Cu2+、Pb2+、Cd2+吸附的kf值分別為0.230 5、0.510 5、0.048 7,其kf值與圖3胃中PSDF對(duì)不同初始濃度金屬離子的吸附量大小順序相同,均為Pb2+>Cu2+>Cd2+。表明PSDF在胃中對(duì)Pb2+的吸附能力強(qiáng)于Cu2+和Cd2+。而腸中Cu2+、Pb2+、Cd2+吸附的kf值分別為0.720 8、0.731 3、2.107 3,圖3腸中吸附量大小順序?yàn)镃d2+>Pb2+>Cu2+,表明PSDF在腸中對(duì)Cd2+的吸附能力更強(qiáng),對(duì)Pb2+和Cd2+的吸附能力則相差不大。且PSDF在腸中吸附Cu2+和Cd2+的kf值均高于胃中,表明PSDF在腸中的吸附能力更好。綜上可知,Freundlich等溫吸附模型對(duì)PSDF吸附金屬離子的擬合效果更好,表明PSDF的吸附行為不是簡單的單分子層吸附,其吸附機(jī)制既有物理吸附、靜電相互作用,又有金屬離子與PSDF中羧基等活性基團(tuán)的螯合作用[23-24]。

3 結(jié)論

研究對(duì)PSDF吸附Cu2+、Pb2+、Cd2+三種金屬離子的機(jī)理進(jìn)行了探索,探討了PSDF質(zhì)量、吸附時(shí)間、金屬離子初始濃度3個(gè)因素對(duì)吸附過程的影響。結(jié)果表明,PSDF對(duì)Cu2+、Pb2+、Cd2+的吸附量隨PSDF質(zhì)量增加而減少,吸附率則先增大后趨于平衡,適當(dāng)?shù)腜SDF質(zhì)量既可提高PSDF利用率,又可避免PSDF的浪費(fèi)。PSDF對(duì)Cu2+、Pb2+、Cd2+的吸附均在30 min左右達(dá)到飽和狀態(tài),在胃環(huán)境中的吸附率分別為32.10%、42.82%、13.30%,平衡吸附量分別為6.206、8.930、2.781 mg/g；腸環(huán)境中吸附率分別為62.87%、66.71%、83.50%,平衡吸附量分別為12.554、13.292、16.352 mg/g。PSDF吸附量分別隨Cu2+、Pb2+、Cd2+初始濃度增加而增大,吸附率則隨初始濃度增加逐漸下降。PSDF在模擬腸環(huán)境中對(duì)Cu2+、Pb2+、Cd2+的吸附優(yōu)于胃環(huán)境,吸附量和吸附率更高。吸附動(dòng)力學(xué)和等溫吸附模型擬合結(jié)果表明,PSDF對(duì)Cu2+、Pb2+、Cd2+的吸附過程符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型,表明其吸附的速率控制步驟主要為化學(xué)吸附；PSDF吸附平衡符合Freundlich等溫模型,相關(guān)性良好。