风化煤固定化微生物材料对铅的吸附特性及机理

摘要

风化煤固定化微生物材料较游离微生物能更好地钝化重金属。研究旨在探究风化煤固定化微生物材料的铅吸附性能及机理，为其污染场地应用提供理论指导和依据。以风化煤固定化微生物材料为对象，通过批量吸附试验系统研究材料的用量、pH、吸附时间和铅溶液质量浓度对其吸附性能的影响，并采用动力学、热力学模型拟合的方式描述铅吸附过程，结合扫描电镜和红外光谱技术对吸附机理进行探究。结果表明，风化煤固定化微生物材料用量为0.4 g/L、pH值为4、吸附时间大于12 h时，在200 mg/L铅溶液中吸附性能最优，最大吸附量达到338 mg/g；拟二级动力学模型和Langmuir模型显示，该吸附过程以化学吸附为主，且铅离子以单分子层的形式排列；热力学分析表明，该反应是自发的吸热反应，温度升高会促进反应的发生。材料表面钙、钠等元素的离子交换作用及羟基、羧基、羰基、酰胺基等活性基团的络合沉淀作用，促进了风化煤固定化微生物材料的铅吸附作用。在铅质量浓度为200 mg/L，材料用量为0.4 g/L、pH值为4、吸附时间大于12 h时，可实现材料吸附性能的最大化。材料表面的Ca、Na等元素与铅的离子交换作用以及羟基、羧基、羰基、酰胺基与铅的络合沉淀作用是其主要作用机制。

关键词

铅污染修复 / 固定化微生物材料 / 吸附特性 / 动力学模型 / 热力学模型 / 吸附机制