聚胺酸修饰啤酒酵母菌对阳离子染料废水的处理及其光催化再生

随着印染工业的发展，大量染料废水的排放严重污染了环境，其治理迫在眉睫。微生物吸附法因其原料廉价易得，处理成本低而备受关注。然而未经处理的微生物体对有机阳离子染料的吸附容量低，用于实际污水处理时效果差。为此，本项目拟采用聚胺酸对废弃的啤酒酵母进行修饰改性，旨在提高其对阳离子染料的吸附能力。通过对几种典型的阳离子染料：罗丹明B，亚甲基蓝，碱性品红的吸附实验来探讨改性后的吸附剂对阳离子染料的吸附机理和吸附模型，为实际的染料废水处理提供一定的理论指导。使用过的微生物吸附剂还可通过光催化再生而反复使用，进一步降低染料废水的处理成本。对废弃啤酒酵母进行表面改性可显著提高其对染料废水的处理效率，还可降低废弃物的排放对环境造成的污染，因此具有重要的实际应用意义。

本项目就改性生物吸附剂的制备及其光催化再生展开了一系列的研究工作，主要内容如下：(1) 采用简单的化学接枝方法制备了聚胺酸，均苯四甲酸二酐(PMDA)、乙二胺四乙酸二酐(EDTAD)等改性的酵母菌，改性后由于表面活性官能团的增加，吸附剂对阳离子染料的吸附能力显著增强。聚胺酸、PMDA、EDTAD改性酵母菌对亚甲基蓝的吸附容量分别为：870，840，750 mg g-1, 对碱性品红的吸附量分别为：719，680，600 mg g-1，而未修饰酵母菌对亚甲基蓝和碱性品红的吸附量分别为：140，90 mg g-1。这种改性接枝方法也适用于其它的生物吸附剂如：甘蔗渣，丝瓜瓤等。PMDA改性甘蔗渣对亚甲基蓝和碱性品红的吸附量分别为：571和377 mg g-1, 未修饰甘蔗渣的分别为55，30 mg g-1。实验结果表明改性生物吸附剂对阳离子染料的吸附符合Langmuir等温吸附模型，其吸附的动力学过程符合准二级动力学模型，多组分的竞争吸附符合Langmuir竞争吸附模型。温度、共存离子对阳离子染料吸附的影响较小，并且改性后的吸附剂可在较宽的酸度范围内使用。(2) 制备了具有较高活性的酸性二氧化钛溶胶，该溶胶体系既可作洗脱剂，同时又具备光催化性能。对阳离子染料亚甲基蓝和罗丹明B的洗脱动力学过程表明酸性二氧化钛溶胶可有效的洗脱吸附在吸附剂表面的阳离子染料分子，对染料分子的解吸附反应可在500分钟内完成，洗脱过程分两个过程：快速步和慢速步，经过快速步后80%以上的阳离子染料都可被洗脱。洗脱下来的染料分子在太阳光的照射下可被彻底降解，显著降低了洗脱液的排放对环境造成的二次污染。(3) 为了解决吸附剂回收困难这一问题，制备了磁性PMDA改性生物吸附剂，实验结果表明磁性颗粒负载后改性酵母菌和甘蔗渣仍具有较高的吸附容量。磁性改性吸附剂的竞争吸附试验表明吸附剂的吸附量和两组分之间的初始浓度及浓度百分比之间均存在正比关系，但是吸附量与初始浓度之间的正比关系受染料的总浓度影响，不同总浓度下，所得的线性关系不同，而吸附量与染料分子的浓度百分比之间的正比关系基本不受总浓度影响。即在两组份共存体系中各组分的浓度百分比是决定其吸附量的关键因素，通过两组分的初始浓度之比就可依据关系式计算出吸附剂对各组分的吸附量。高吸附性能的改性生物吸附剂的制备及其相关研究将有助于推动生物吸附剂从实验室走向工业化。