天然水生物膜胞外多糖和胞外蛋白吸附镉的特性

苏春彦 康春莉 董德明
[1]吉林大学环境与资源学院,长春130023 [2]长春工业大学化学工程学院,长春130012

文章摘要:研究了长春市南湖天然水环境中生物膜优势菌种胞外多糖和胞外蛋白对镉的吸附特征及其影响因素。结果表明，胞外多糖和胞外蛋白对镉的吸附过程符合Langmuir和Freundlich热力学等温方程，胞外多糖和胞外蛋白对镉的动力学吸附特征符合Langmuir—Hinshelwood方程的一级反应模式。而铅的存在会影响对镉的吸附。
文章主题:生物膜 胞外多糖 胞外蛋白 镉 吸附

文章内容：!:22.1323/长春工程学院学报(自然科学版)2005年第6卷第4期...(...),2005,'1.6,.424/2567.69天然水生物膜胞外多糖和胞外蛋白吸附镉的特性苏春彦,康春莉,董德明(1.吉林大学环境与资源学院,长春130023;2.长春工业大学化学工程学院,长春130012)摘要:研究了长春市南湖天然水环境中生物膜优势菌种胞外多糖和胞外蛋白对镉的吸附特征及其影响因素.结果表明,胞外多糖和胞外蛋白对镉的吸附过程符合和热力学等温方程,胞外多糖和胞外蛋白对镉的动力学吸附特征符合—方程的一级反应模式.而铅的存在会影响对镉的吸附.关键词:生物膜;胞外多糖;胞外蛋白;镉;吸附中图分类号:132文献标识码:文章编号:009.8984(2005)04.0067.03近年来,关于自然水体生物膜吸附重金属的研究越来越受到人们的重视.在天然水体中,微生物细胞和非生物物质镶嵌在微生物分泌的有机聚合物基质中并附着到固体表面形成生物膜….胞外聚合物是微生物在特定环境条件下产生的高分子物质(&;10000)2],胞外聚合物是生物膜中能有效吸附重金属离子的关键成分,胞外聚合物中存在着大量阴离子基团(羧基,羟基,硫酸根等),对不同类型金属离子表现出强烈的亲和性.而胞外多糖和胞外蛋白在胞外聚合物中所占比例很大,二者的含量比((蛋白质):(多糖))约在0.2—5之间本文通过南湖水中优势菌种中分离出的胞外多糖和蛋白吸附2的实验,对其吸附规律进行了研究.1实验部分1.1试剂和仪器硝酸镉,硫酸铵,乙醇,葡萄糖,磷酸二氢钾,磷酸二氢钠等均为分析纯,浓硝酸为优级纯,实验用水均为二次去离子水.--9004型原子吸收分光改稿日期:2005—02—23基金项目:国家自然科学基金(20077011)和吉林大学创新基金(450011022018)资助项目作者简介:苏眷彦(1967,3一).女(汉).内蒙古,硕士主要研究环境污染与控制化学.光度计(沈阳仪通仪器有限公司),一3型精密计(上海雷磁仪器厂),—000型冻于机(.,),—160型全温振荡培养箱(哈尔滨市东联电子技术有限公司),透析袋(分子质量8000一2000,).1.2实验方法1.2.1胞外蛋白和胞外多糖的制备将2204,1204,11,0.2—4.720,0.0014.720和10葡萄糖溶于二次去离子水作为培养基,12一125℃灭菌20,将从南湖水中培养的生物膜上获得的优势菌种接种到培养基中,在恒温振荡培养箱中培养3(28—30℃)后,离心弃去沉淀物,所得上清液为胞外聚合物[.将制备的胞外聚合物用硫酸铵法沉淀蛋白,冻干;向脱蛋白后的上清液中加人体积分数为90%乙醇,将胞外多糖沉淀下来6,冻干.1.2.2吸附规律实验移取20的胞外多糖(质量浓度60/)和胞外蛋白(质量浓度20/)溶液于00透析袋内,将其分别置于200含镉的溶液中,于20℃,100/的条件下,在全温振荡培养箱中连续振荡一定时间后,用原子吸收分光光度计测定透析袋内外镉离子浓度.实验过程为双平行样平行测定.2结果与讨论2.1吸附平衡时间的确立溶液中的浓度随吸附时间的变化如图所示.随着时间的推移,溶液中2的浓度呈逐渐下降的趋势,当吸附时问为6时,的浓度基本不再变化,所以本实验选择吸附平衡时间为6.2.2值对吸附的影响不同初始值条件对胞外多糖和胞外蛋白吸附的影响如图2所示.随着值增大,的吸附量在逐渐增加,当值为6时,吸附量达最68长春工程学院学报(自然科学版)大,值&;6时,吸附量又有所下降.当值较低时,多糖和蛋白的表面基团被氢离子或水合氢离子占据,由于斥力作用阻碍金属离子对其靠近,值越低,吸附能力越弱;值&;6时,由于氢氧化镉沉淀的产生而影响被吸附,所以本实验控制溶液初始值为6.一●\妊^兽3.6●2?1.8釜譬.?.20时问/图1时间对镉的吸附的影响26810.胞外多糖.抱外蛋自图2值对镉的吸附的影响2.3铅离子的存在对吸附的影响在实验条件下(20℃,=6.0±0.1,吸附时间6),无铅和有铅共存时,胞外多糖和胞外蛋白对镉的吸附的影响如图3和图4所示.结果表明,铅的存在使胞外多糖和蛋白对镉的吸附量下降.这是由于胞外多糖和蛋白表面可结合金属离子的带负电荷基团的数目是有限的,共存金属离子的竞争吸附,使得镉的吸附量有所降低.可见铅的存在对胞外多糖和胞外蛋白吸附镉的能力均有干扰.平衡浓度/?.:.+图3铅的存在对胞外多糖吸附镉的影响目●\蚓襄督●2平衡浓度/.￡(】1.'.:,+(图4铅的存在对胞外蛋白吸附镉的影响2.4生物膜胞外多糖和蛋白对镉的热力学吸附特征在实验条件下(20℃,=6.0±0.1,吸附时间6),将胞外多糖和胞外蛋白对的吸附实验结果,应用线性回归法分别以方程[=.(/+)]和方程(=')进行拟合,结果如表所示.从表1中的相关系数可知,和方程均适合描述胞外多糖和胞外蛋白对的热力学吸附过程.表胞外多糖和胞外蛋白吸附镉离子的热力学拟合参数2.5生物膜胞外多糖和蛋白对镉的动力学吸附特征—方程是描述非均相体系的基本动力学方程:=一/=/(1+),当反应物浓度很高时,—为直线关系,表现为零级反应;当反应物浓度很低时,(0/)一为直线关系,表现为一级反应.在实验条件下(20℃,=6.0±0.1,吸附时间6),对的吸附实验结果进行一级和零级拟合,结果如表2所示.由表中的相关系数可见,胞外多糖和蛋白吸附的动力学过程较好地符合—方程一级动力学模式.60<>山.【量\盏督..._【苏春彦.等:天然水生物膜胞外多糖和胞外蛋白吸附镉的特性692.6生物膜胞外多糖和蛋白对镉的吸附能力的比较根据方程,可计算出实验条件下,胞外多糖对的最大吸附量为3.64/;胞外蛋白对镉的最大吸附量为为1.37/.胞外多糖对镉离子的吸附能力大于胞外蛋白的吸附能力,可见,在胞外聚合物对的吸附中,胞外多糖所作贡献比胞外蛋白大.3结语生物膜胞外多糖和蛋白对镉的吸附,在6以后达到平衡吸附,在=6时达到吸附量最大,铅的存在干扰胞外多糖和蛋白对镉的吸附.两种吸附剂对镉的吸附能力为