19卷4期 生物工程学报 VoL 19 No 4 2003年7月 Chinese oumal g biotechnolog july 2003 用固定化弗劳地柠檬酸杄菌ⅹP05从溶液中回收铂 胡洪波刘月英¨傅锦坤2薛茹2古萍英2 (厦门大学1生命科学学院2化学化工学院,厦门361005) 摘要比较了5种固定弗劳地柠檬酸杆菌Ⅺr5菌体的方法,其中明胶-海藻酸钠包埋法为固定菌体的最佳方法 扫描电子显微镜观察表明,X5菌体较均匀地分布于包埋基质中。固定化X5菌体吸附P受吸附时间、固定化 菌体浓度、溶液的pH值和P起始浓度的影响。吸附作用是一个快速的过程;吸附P的最适pH值为1.5;在50 250mgPA范围内,吸附量与P起始浓度成线性关系,吸附过程符合 langmuir和 Freundlich吸附等温模型。 在P“起始浓度250mg/L固定化菌体2.0gH1.5和30℃条件下,振荡吸附60mn,吸附量为35.3mg/g。0.5 mLH能使吸附在固定化菌体上的P解吸987%。从废铂催化剂处理液回收铂的结果表明,在P起始浓度 118mgL、固定化菌体4.0gpH1.5和30℃条件下,振荡吸附60min,吸附量为20.9mgg。在填充床反应器中 在P起始浓度50mg、流速1.2m/min固定化菌体1.86g的条件下,饱和吸附量达24.7mgg;固定化XPO5菌体 经4次吸附解吸循环后吸附率仍达78%。 关键词生物吸附,固定化菌体,弗劳地柠檬酸杄菌,铂 中图分类号Q67文献标识码A文章编号10003061(2003)04-045606 许多研究表明,生物吸附技术在金属的去除或接斜面菌种一环,30℃下振荡培养18h 回收中具有良好的应用潜力。在微生物吸附贵 扩大培养:培养基与液体种子培养基相同,500 金属的研究中,我们曾对游离菌体吸附Au3s、m三角瓶装培养基100m,接种子液5mL,30℃下 Ag、P21和P“l等贵金属的特性进行了研振荡培养24h。 究。虽然游离菌体可从溶液中吸附回收贵金属,但 菌体的制备:培养物经离心(3500r/min,5min) 用游离菌体作为吸附剂存在不少缺点。例如颗粒收集菌体,用去离子水洗涤2~3次,菌体于80℃下 小,菌体与排出水难以分离,菌体无法重复利用等。烘干冷却研磨(过150目筛),死的干菌体粉置干燥 如果用固定化技术使菌体固定化就可克服上述缺器中室温保存备用。 点。已有关于固定化菌体吸附重金属的一些报1.2固定化菌体的制备 道,但有关贵金属的报道极少出。本文报道 固定化XP5菌体的制备如下 固定化弗劳地柠檬酸杆菌ⅹ∽05吸附P的特性及 卡拉胶包埋法:将4g卡拉胶、gXPO5菌体加入 其从废铂催化剂处理液回收铂的研究结果 l00mL生理盐水中,加热使卡拉胶溶解后于4℃冰 1材料与方法 箱中放置30mn,用刀片切成边长2m左右的胶 块,然后在0.3mK溶液中浸泡4h,蒸馏水洗 1.1菌体的培养与制备 净后备用 培养基与培养条件 明胶海藻酸钠包埋法:称取5g明胶、g海藻 斜面培养培养基为牛肉膏0.3~0.5g,蛋白胨酸钠和1gXP5菌体,混匀后加入100m蒸馏水,加 1.5gNaα0.5g,琼脂2g,蒸馏水100mpH72~热并搅拌使明胶和海藻酸钠溶解,然后冷却至室温 7.4,30℃培养24h 用带有9号针头的注射器挤入含4%CaC2的饱和 液体种子培养:培养基除不加琼脂外,其他成份硼酸溶液中并不断搅拌,静置固化4h后用蒸馏水 与斜面培养基相同,250mL三角瓶装培养基50nL 收稿日期:20030-19,修回日期:20030310。 基金项目:国家自然科学基金资助项目(N.29876026) 通讯作者。ll:865925916401;Fax:85922186392; E-mail: liuying6401@sm.om 2 61995-2003 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co, Lid All/s reserved
19 卷 4 期 2003 年 7 月 生 物 工 程 学 报 Chinese Journal of Biotechnology Vol. 19 No. 4 July 2003 收稿日期 :2003201219 ,修回日期 :2003203210。 基金项目 :国家自然科学基金资助项目(No. 29876026) 。 3 通讯作者。 Tel :86259225916401 ;Fax :86259222186392 ; E2mail :liuying6401 @sina. com 用固定化弗劳地柠檬酸杆菌 XP05 从溶液中回收铂 胡洪波1 刘月英13 傅锦坤2 薛 茹2 古萍英2 (厦门大学1 生命科学学院 , 2 化学化工学院 ,厦门 361005) 摘 要 比较了 5 种固定弗劳地柠檬酸杆菌 XP05 菌体的方法 ,其中明胶2海藻酸钠包埋法为固定菌体的最佳方法。 扫描电子显微镜观察表明 ,XP05 菌体较均匀地分布于包埋基质中。固定化 XP05 菌体吸附 Pt4 + 受吸附时间、固定化 菌体浓度、溶液的 pH 值和 Pt4 + 起始浓度的影响。吸附作用是一个快速的过程 ;吸附 Pt4 + 的最适 pH 值为 115 ;在 50 ～250 mg Pt4 + ΠL 范围内 ,吸附量与 Pt4 + 起始浓度成线性关系 ,吸附过程符合 Langmuir 和 Freundlich 吸附等温模型。 在 Pt4 + 起始浓度 250 mgΠL、固定化菌体 210 gΠL、pH 115 和 30 ℃条件下 ,振荡吸附 60 min , 吸附量为 3513 mgΠg。015 molΠL HCl 能使吸附在固定化菌体上的 Pt 解吸 9817 %。从废铂催化剂处理液回收铂的结果表明 ,在 Pt4 + 起始浓度 11118 mgΠL、固定化菌体 410 gΠL、pH 115 和 30 ℃条件下 ,振荡吸附 60 min , 吸附量为 2019 mgΠg。在填充床反应器中 , 在 Pt4 + 起始浓度 50 mgΠL、流速 112 mlΠmin、固定化菌体 1186 g 的条件下 ,饱和吸附量达 2417 mgΠg ; 固定化 XP05 菌体 经 4 次吸附2解吸循环后吸附率仍达 78 %。 关键词 生物吸附 , 固定化菌体 , 弗劳地柠檬酸杆菌 , 铂 中图分类号 Q67 文献标识码 A 文章编号 100023061 (2003) 0420456206 许多研究表明 ,生物吸附技术在金属的去除或 回收中具有良好的应用潜力[1 - 3 ] 。在微生物吸附贵 金属的研究中 ,我们曾对游离菌体吸附 Au3 + [4 ,5 ] 、 Ag + [6 ] 、Pd2 + [7 ] 和 Pt4 + [8 ] 等贵金属的特性进行了研 究。虽然游离菌体可从溶液中吸附回收贵金属 ,但 用游离菌体作为吸附剂存在不少缺点。例如颗粒 小 ,菌体与排出水难以分离 ,菌体无法重复利用等。 如果用固定化技术使菌体固定化就可克服上述缺 点。已有关于固定化菌体吸附重金属的一些报 道 [9 ,10 ] , 但有关贵金属的报道极少[11 ,12 ] 。本文报道 固定化弗劳地柠檬酸杆菌 XP05 吸附 Pt4 + 的特性及 其从废铂催化剂处理液回收铂的研究结果。 1 材料与方法 111 菌体的培养与制备 培养基与培养条件 : 斜面培养 :培养基为牛肉膏 013～015 g ,蛋白胨 115 g ,NaCl 015 g ,琼脂 2 g ,蒸馏水 100 mL ,pH 712～ 714 ,30 ℃培养 24 h。 液体种子培养 :培养基除不加琼脂外 ,其他成份 与斜面培养基相同 ,250 mL 三角瓶装培养基 50 mL , 接斜面菌种一环 ,30 ℃下振荡培养 18 h。 扩大培养 :培养基与液体种子培养基相同 ,500 mL 三角瓶装培养基 100 mL ,接种子液 5 mL ,30 ℃下 振荡培养 24 h。 菌体的制备 :培养物经离心(3500 rΠmin ,15 min) 收集菌体 ,用去离子水洗涤 2～3 次 ,菌体于 80 ℃下 烘干 ,冷却研磨(过 150 目筛) ,死的干菌体粉置干燥 器中室温保存备用。 112 固定化菌体的制备 固定化 XP05 菌体的制备如下 : 卡拉胶包埋法 :将 4 g 卡拉胶、1gXP05 菌体加入 100 mL 生理盐水中 ,加热使卡拉胶溶解后于 4 ℃冰 箱中放置 30 min ,用刀片切成边长 2 mm 左右的胶 块 ,然后在 013 molΠL KCl 溶液中浸泡 4 h ,蒸馏水洗 净后备用。 明胶2海藻酸钠包埋法 :称取 5 g 明胶、1 g 海藻 酸钠和 1gXP05 菌体 ,混匀后加入 100 mL 蒸馏水 ,加 热并搅拌使明胶和海藻酸钠溶解 ,然后冷却至室温 , 用带有 9 号针头的注射器挤入含 4 %CaCl2 的饱和 硼酸溶液中并不断搅拌 ,静置固化 4 h 后用蒸馏水 © 1995-2003 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved
4期 胡洪波等:用固定化弗劳地柠檬酸杆菌ⅪPO5从溶液中回收铂 洗净,备用 流出液总体积(m),W:填充量(g,以干重计),:流 海藻酸钠包埋法:以2g海藻酸钠为包埋剂,其速(nL/min) 它的同上。 连续洗脱试验:从吸附柱上方加入洗脱剂,以 ⅣA海藻酸钠包埋法:以4g或5g聚乙烯醇1.5/min的流速进行洗脱。用自动部份收集器收 (ⅣVA)和1g海藻酸钠为包埋剂,其它的同上 集洗脱液,定时测定P的浓度,直至洗脱液中P 1.3固定化菌体的分批吸附试验 浓度小于10mg。 准确称取20.0mg固定化菌体(以干重计)加入1.6从废铂催化剂中回收铂的试验 10.0m一定浓度的P“溶液,按不同的试验要求 废铂催化剂的处理将以γA2O3为载体的废 振荡(130r/min)吸附一定时间,上清液用微孔滤膜铂催化剂(PA2O)置于王水中,加热使之溶解 (孔径0.2-m,滤膜对P"的吸附可忽略不计)过过滤弃不溶物。用原子吸收光谱仪测处理液的铂 滤。分析滤液中残留的P含量计算菌体对P量,备用 的吸附率和吸附量,菌体浓度以g固定化菌体(干 废铂催化剂处理液吸附试验:用废铂催化剂处 重)溶液表示。 理液代替KPC6溶液,其他步骤与1.3相同。 1.4固定化菌体的分批洗脱试验 1.7铂的分析 将固定化菌体与铂离子溶液于30℃下振荡吸 用氯化亚锡法叫和原子吸收法(AA800原子吸 附60mn,弃上清液,用pH15的水洗涤2次后加入收分光光度计,美国 Perkier elme公司)测定溶液的 10.0m洗脱剂,于30C下振荡洗脱一定时间测洗P离子含量 脱液中铂离子的含量,按下式计算洗脱率 1.8扫描电子显微镜(SEM)观察 洗脱率=(洗脱的铂量/吸附铂的总量)×100% 将经真空干燥的固定化菌体颗粒置于溅射仪中 15填充床反应器中固定化菌体的连续吸附和洗镀金100×100m,然后在LBO场发射扫描电子显 脱试验 微镜(德国LBO公司)下观察。 连续吸附试验:将固定化菌体装入底部填有一 层玻璃棉的玻璃柱(1.5cm×20cm)中,堆积高度为2结果与讨论 15cm+5cm。将一定浓度的P溶液以一定的流2.1菌体固定化方法的选择 速从吸附柱上方流经吸附柱进行吸附,利用自动部 试验比较了几种固定ⅪP5菌体的方法。结果 分收集器收集流出液,定时测定P的浓度。当流(表1)表明:包埋剂ⅣA、海藻酸钠、卡拉胶、明胶等 出液中的P浓度达到进料液浓度的2%~5%时 对P有一定的吸附能力,但固定化XPO5菌体吸附 可认为吸附柱达到穿透;当流出液的P浓度达到P”的能力比其相应包埋剂的高得多其中以5%明 进料液浓度的95%~98%时,可认为吸附柱已达到胶+1%海藻酸钠为包埋基质制备的固定化菌体不 饱和,即停止进液。按下式计算穿透时的吸附量c但对P→的吸附率最高(86.3%),而且成球性好、机 和饱和时的吸附量Q 械强度高和耐酸性好。在扫描电镜下观察该固定化 O(mg/g)= Co tb H/1000 W 菌体颗粒,可见被包埋的XPO5细胞呈杆状,菌体完 Q(mg/g)=( CotrH-CVi)/1000W 整,并较均匀地分布于包埋基质中。以下试验采用 式中C:进料浓度(mg),h:穿透时间(min),5%明胶+1%海每藻酸钠为包埋剂制备固定化菌体 tr:吸附总时间(min),C:流出液总浓度(mg),v 表1不同固定化方法的比较 Table 1 Comparison of various immobilized methods Eficiency/% Imobilized method Eficiency/% 2 AS 2 AS + Biomas 4%ⅣA+1%As 4 PVA+1 %AS+ Biomass 5%ⅣA+1%AS 20.0 5%PVA+1 %AS+ Biomas 5%Gelatinum +1 %AS 5%Gelatinum +1 %AS + Biomas sorptive conditions: P* initial concentration(Ci)=50 mg/, Adsorbent(matrix or immobilized biomass)concentration( Cb)=2.0 gL, pH20 30 C. 60 min. AS: Alginate sodium 2 61995-2003 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co, Lid All/s reserved
洗净 ,备用。 海藻酸钠包埋法 :以 2 g 海藻酸钠为包埋剂 ,其 它的同上。 PVA2海藻酸钠包埋法 :以 4 g 或 5 g 聚乙烯醇 (PVA) 和 1 g 海藻酸钠为包埋剂 ,其它的同上。 113 固定化菌体的分批吸附试验 准确称取 2010 mg 固定化菌体(以干重计) 加入 1010 mL 一定浓度的 Pt4 + 溶液 ,按不同的试验要求 振荡(130 rΠmin) 吸附一定时间 ,上清液用微孔滤膜 (孔径 0122μm ,滤膜对 Pt4 + 的吸附可忽略不计) 过 滤。分析滤液中残留的 Pt4 + 含量 ,计算菌体对 Pt4 + 的吸附率和吸附量[8 ] ,菌体浓度以 g 固定化菌体(干 重)ΠL 溶液表示。 114 固定化菌体的分批洗脱试验 将固定化菌体与铂离子溶液于 30 ℃下振荡吸 附 60 min ,弃上清液 ,用pH 115 的水洗涤 2 次后加入 1010 mL 洗脱剂 ,于 30 ℃下振荡洗脱一定时间 ,测洗 脱液中铂离子的含量 ,按下式计算洗脱率 : 洗脱率 = (洗脱的铂量Π吸附铂的总量) ×100 % 115 填充床反应器中固定化菌体的连续吸附和洗 脱试验 连续吸附试验 :将固定化菌体装入底部填有一 层玻璃棉的玻璃柱(115 cm ×20 cm) 中 ,堆积高度为 15 cm ±015 cm。将一定浓度的 Pt4 + 溶液以一定的流 速从吸附柱上方流经吸附柱进行吸附 ,利用自动部 分收集器收集流出液 ,定时测定 Pt4 + 的浓度。当流 出液中的 Pt4 + 浓度达到进料液浓度的 2 %～5 %时 , 可认为吸附柱达到穿透 ;当流出液的 Pt4 + 浓度达到 进料液浓度的 95 %～98 %时 ,可认为吸附柱已达到 饱和 ,即停止进液。按下式计算穿透时的吸附量 Qb 和饱和时的吸附量 Q ∞ : Qb (mgΠg) = Co tbμΠ1000 W Q ∞ (mgΠg) = ( Co tfμ- Ci Vi )Π1000 W 式中 Co :进料浓度 (mgΠL) , tb :穿透时间 (min) , tf :吸附总时间(min) , Ci :流出液总浓度 (mgΠL) ,Vi : 流出液总体积(mL) , W :填充量(g ,以干重计) ,μ:流 速(mLΠmin) 连续洗脱试验 :从吸附柱上方加入洗脱剂 ,以 115 mLΠmin 的流速进行洗脱。用自动部份收集器收 集洗脱液 ,定时测定 Pt4 + 的浓度 ,直至洗脱液中 Pt4 + 浓度小于 10 mgΠL。 116 从废铂催化剂中回收铂的试验 废铂催化剂的处理 :将以γ2Al2O3 为载体的废 铂催化剂 (PtΠγ2Al2O3 ) 置于王水中 ,加热使之溶解 , 过滤弃不溶物。用原子吸收光谱仪测处理液的铂含 量 ,备用。 废铂催化剂处理液吸附试验 :用废铂催化剂处 理液代替 K2PtCl6 溶液 ,其他步骤与 113 相同。 117 铂的分析 用氯化亚锡法[13 ] 和原子吸收法 (AA800 原子吸 收分光光度计 ,美国 Perkin2Elmer 公司) 测定溶液的 Pt 离子含量。 118 扫描电子显微镜( SEM)观察 将经真空干燥的固定化菌体颗粒置于溅射仪中 镀金 100 ×10 - 10 m ,然后在 LEO 场发射扫描电子显 微镜(德国 LEO 公司) 下观察。 2 结果与讨论 211 菌体固定化方法的选择 试验比较了几种固定 XP05 菌体的方法。结果 (表 1) 表明 :包埋剂 PVA、海藻酸钠、卡拉胶、明胶等 对 Pt4 + 有一定的吸附能力 ,但固定化 XP05 菌体吸附 Pt4 + 的能力比其相应包埋剂的高得多 ,其中以 5 %明 胶 + 1 %海藻酸钠为包埋基质制备的固定化菌体不 但对 Pt4 + 的吸附率最高(8613 %) ,而且成球性好、机 械强度高和耐酸性好。在扫描电镜下观察该固定化 菌体颗粒 ,可见被包埋的 XP05 细胞呈杆状 ,菌体完 整 ,并较均匀地分布于包埋基质中。以下试验采用 5 %明胶 + 1 %海藻酸钠为包埋剂制备固定化菌体。 表 1 不同固定化方法的比较 Table 1 Comparison of various immobilized methods Matrix EfficiencyΠ% Immobilized method EfficiencyΠ% 2 %Karaya gum 517 Karaya gum + Biomass 6812 2 %AS 2414 2 %AS + Biomass 7114 4 %PVA + 1 %AS 1916 4 %PVA + 1 %AS + Biomass 7611 5 %PVA + 1 %AS 2010 5 %PVA + 1 %AS + Biomass 7419 5 %Gelatinum + 1 %AS 2013 5 %Gelatinum + 1 %AS + Biomass 8613 Adsorptive conditions : Pt4 + initial concentration ( Ci ) = 50 mgΠL , Adsorbent (matrix or immobilized biomass) concentration ( Cb ) = 210 gΠL , pH 210 , 30 ℃, 60 min1 AS: Alginate sodium 4 期 胡洪波等 754 :用固定化弗劳地柠檬酸杆菌 XP05 从溶液中回收铂 © 1995-2003 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved
生物工程学报 19卷 2.2固定化菌体的预处理 据报道川,对固定化菌体进行交联处理或其 他化学处理可以增强其机械强度和吸附金属的能 力。试验分别用不同浓度的甲醛、戊二醛NaOH和 〖¤浸泡过夜处理固定化菌体,然后用蒸馏水漂洗3 次后作吸附P的实验。结果(表2)表明,固定化 菌体经预处理后吸附P的能力却都有不同程度的 10152.0253.03540 下降。其他研究者也有类似的报道,例如 Pethkar等 人用多种物理和化学的方法预处理芽枝状枝孢霉 图1pH值对固定化XP05菌体吸附P的影响 ( Cladosporium adasporiode)菌体珠,发现只有用二甲基 Fig 1 Elect of ph values on immobilized XP 亚砜预处理的可提高其对Au离子的吸附率,其它的 biomass adsorbing P 方法均使其吸附率下降。强酸强碱预处理和交联反 应的强酸强碱环境破坏吸附剂中起吸附作用的多糖 24吸附时间的影响 可能是使吸附剂吸附金属能力下降的主要原因。 在P起始浓度50m、固定化菌体浓度2.0 以下试验所用的固定化菌体均未作处理 g/LpH1.5和30℃的条件下振荡吸附10、20、30、45、 6090和120mn,结果吸附率分别为474%569% 表2预处理对固定化菌体吸附P的影响 65.5%、82.8%863%93.6%和100%,即吸附12 la ble 2 Efect of pretreatment on immobilized XP5 mn吸附率达最大(100%,但在最初的10mn内吸附 biomass adsorbing pt 率就达47.4%。一般待去除或回收金属的废液、废 Treatment Dificiency/% Bitic 水,其容积大而金属离子含量低,因此,从大规模工业 Untreated 5% Formaldel 0. 05 mml/ NaOH 62.3 1 % Gutaraldehyde 81.8 应用的观点来看,微生物吸附金属的速率是一个重要 的参数。固定化XPO5菌体吸附金属的速率虽然不如 0. Iml/ Ha 5% Glutaral dehyde 其游离菌体快(在最初的8min内,吸附率可达最大吸 .2mlH77.6 附率的781%),但对P的吸附仍是一个快速的过 Adsorptive conditions:c=s0 mg/ pHD0、C=209、30℃60程,这一特性有利于实际应用 2.5固定化菌体浓度的影响 23pH值的影响 在Pt起始浓度 H1.5、30℃和不同 许多研究表明吸附系统的pH值是影响菌体的固定化菌体浓度下吸附60mn。结果(图2)表明 吸附金属的重要因素。溶液的pH值不仅影响菌体吸附量与固定化菌体的浓度呈负相关,当固定化菌 表面功能基团的解离状况,而且影响溶液中金属离体浓度为0.5g时,吸附量最大为29mg但吸 子的存在形式 Brierley等人用MA(一种金属附率与固定化菌体浓度呈正相关当固定化菌体浓 去除剂)回收P,溶液的pH值为37而吴锦远等度为4gL时,吸附率达100%说明要从P起始 人用纤维素基磁性聚偕肟胶树脂吸附R”吸附浓度50mg的溶液回收铂用4gL的固定化菌体 系统的H值为.8.游离的Xns菌体吸附P”的浓度已足够。上述的结果与无根根霉(Rh=ysar 最适pH值为20。为了确定固定化菌体吸附Pmhm)废菌丝体吸附zn1和固定化芽枝状枝孢霉菌 的最适pH值,将P溶液调至不同的pH值进行吸体珠吸附Au的结果相似。说明在一定的金属离 附试验。结果(图1)表明,固定化P05菌体吸附子浓度下,随着吸附剂浓度的提高,金属离子被吸附 P“的最适pH为1.5,随着溶液pH值的提高吸附剂吸附的量越多,即吸附率越高;但单位吸附剂所吸 率明显下降。这是由于固定化菌体上的羧基和胺基附的金属离子量则减少,因此吸附量降低 电离产生较多的带负电荷的基团,使固定化菌体减 26Pt起始浓度的影响 少了与PC6·结合的带正电荷的基团数,同时由于 用不同起始浓度的P溶液进行吸附试验。结 pH>3时,HPC的解离作用受抑制因此吸附量果(图3)表明,在P起始浓度50~250mg范围 下降。说明该固定化菌体适于从酸性溶液中回收内固定化菌体对P的吸附量与P浓度成线性 关系。 2 01995-2003 Tsinghua long/ane Oplical Disc Co., Ltd All rights reserved
212 固定化菌体的预处理 据报道[12 ,14 ] ,对固定化菌体进行交联处理或其 他化学处理可以增强其机械强度和吸附金属的能 力。试验分别用不同浓度的甲醛、戊二醛、NaOH 和 HCl 浸泡过夜处理固定化菌体 ,然后用蒸馏水漂洗 3 次后作吸附 Pt4 + 的实验。结果 (表 2) 表明 ,固定化 菌体经预处理后吸附 Pt4 + 的能力却都有不同程度的 下降。其他研究者也有类似的报道 ,例如 Pethkar 等 人 [12]用多种物理和化学的方法预处理芽枝状枝孢霉 ( Cladosporium adosporiode)菌体珠 ,发现只有用二甲基 亚砜预处理的可提高其对 Au 离子的吸附率 , 其它的 方法均使其吸附率下降。强酸、强碱预处理和交联反 应的强酸强碱环境破坏吸附剂中起吸附作用的多糖 , 可能是使吸附剂吸附金属能力下降的主要原因[15] 。 以下试验所用的固定化菌体均未作处理。 表 2 预处理对固定化菌体吸附 Pt4 + 的影响 Table 2 Effect of pretreatment on immobilized XP05 biomass adsorbing Pt4 + Treatment EfficiencyΠ% Treatment EfficiencyΠ% Untreated 8613 5 % Formaldehyle 7918 0105 molΠL NaOH 6213 1 % Glutaraldehyde 8118 011molΠL NaOH 5618 215 % Glutaraldehyde 8517 011molΠL HCl 8311 5 % Glutaraldehyde 8516 0105molΠL HCl 8318 012 molΠL HCl 7716 Adsorptive conditions : Ci = 50 mgΠL、pH210、Cb = 210 gΠL、30 ℃,60 min 213 pH值的影响 许多研究表明 ,吸附系统的 pH 值是影响菌体 吸附金属的重要因素。溶液的 pH 值不仅影响菌体 表面功能基团的解离状况 ,而且影响溶液中金属离 子的存在形式。Brierley 等人[11 ] 用 MRA (一种金属 去除剂) 回收 Pt4 + ,溶液的 pH 值为 317 ;而吴锦远等 人 [17 ]用纤维素基磁性聚偕肟胺树脂吸附 Pt4 + ,吸附 系统的 pH 值为 118。游离的 XP05 菌体吸附 Pt4 + 的 最适 pH 值为 210。为了确定固定化菌体吸附 Pt4 + 的最适 pH 值 ,将 Pt4 + 溶液调至不同的 pH 值进行吸 附试验。结果 (图 1) 表明 ,固定化 XP05 菌体吸附 Pt4 + 的最适 pH 为 115 ,随着溶液 pH 值的提高吸附 率明显下降。这是由于固定化菌体上的羧基和胺基 电离产生较多的带负电荷的基团 ,使固定化菌体减 少了与 PtCl6 4 + 结合的带正电荷的基团数 ,同时由于 pH > 3 时 , H2PtCl6 的解离作用受抑制 ,因此吸附量 下降。说明该固定化菌体适于从酸性溶液中回收 Pt。 图 1 pH 值对固定化 XP05 菌体吸附 Pt4 + 的影响 Fig11 Effect of pH values on immobilized XP05 biomass adsorbing Pt4 214 吸附时间的影响 在 Pt4 + 起始浓度 50 mgΠL、固定化菌体浓度 210 gΠL、pH 115 和 30 ℃的条件下振荡吸附 10、20、30、45、 60、90 和 120 min , 结果吸附率分别为 4714 %、5619 %、 6515 %、8218 %、8613 %、9316 %和 100 % ,即吸附 120 min 吸附率达最大(100 %) ,但在最初的 10 min 内吸附 率就达 4714 %。一般待去除或回收金属的废液、废 水 ,其容积大而金属离子含量低 ,因此 ,从大规模工业 应用的观点来看 ,微生物吸附金属的速率是一个重要 的参数。固定化 XP05 菌体吸附金属的速率虽然不如 其游离菌体快(在最初的8 min 内 ,吸附率可达最大吸 附率的 7811 %) ,但对 Pt4 + 的吸附仍是一个快速的过 程 ,这一特性有利于实际应用。 215 固定化菌体浓度的影响 在 Pt4 + 起始浓度 50 mgΠL、pH 115、30 ℃和不同 的固定化菌体浓度下吸附 60 min。结果(图 2) 表明 , 吸附量与固定化菌体的浓度呈负相关 ,当固定化菌 体浓度为 015 gΠL 时 ,吸附量最大为 2719 mgΠg ;但吸 附率与固定化菌体浓度呈正相关 ,当固定化菌体浓 度为 4 gΠL 时 ,吸附率达 100 % ,说明要从 Pt4 + 起始 浓度 50 mgΠL 的溶液回收铂 ,用 4 gΠL 的固定化菌体 浓度已足够。上述的结果与无根根霉 ( Rhizopus ar2 rhizus) 废菌丝体吸附 Zn[16 ]和固定化芽枝状枝孢霉菌 体珠吸附 Au[12 ]的结果相似。说明在一定的金属离 子浓度下 ,随着吸附剂浓度的提高 ,金属离子被吸附 剂吸附的量越多 ,即吸附率越高 ;但单位吸附剂所吸 附的金属离子量则减少 ,因此吸附量降低。 216 Pt4 + 起始浓度的影响 用不同起始浓度的 Pt4 + 溶液进行吸附试验。结 果(图 3) 表明 ,在 Pt4 + 起始浓度 50～250 mgΠL 范围 内 ,固定化菌体对 Pt4 + 的吸附量与 Pt4 + 浓度成线性 关系。 854 生 物 工 程 学 报 19 卷 © 1995-2003 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved
4期 胡洪波等:用固定化弗劳地柠檬酸杆菌ⅪPO5从溶液中回收铂 菌体吸附P可用 Langmiur和 Freundlich等温吸附 方程来描述。说明固定化XPO5菌体吸附P是 种化学的、平衡的和可饱和的机制,同时也是 种吸附部位的能量以指数分布、表面不均匀和静态 的( Imobile)吸附作用。 2.7固定化菌体从废铂催化剂处理液中回收铂的 0.51.01.5202.5304050 试验 在pH20,固定化菌体浓度4.0g/、30℃废铂 图2固定化菌体浓度对吸附作用的影响 催化剂处理液的P浓度分别为1116mg和 Fig 2 Bfect of immobilized biomass concentration 55.9mg/L的条件下吸附60min,固定化XPO5菌体 on adsorption of P 对P的吸附率分别为749%和79.53%吸附量分 别为20.94mgg和1. 11mg/go 28固定化菌体的洗脱试验 固定化菌体是否可重复使用,在于能否找到 种合适的洗脱剂及洗脱条件。为此,试验比较了6 种洗脱剂。除BIA为饱和溶液外,其他洗脱剂的 浓度均为0.5ml洗脱时间为60min。结果表明 HCI、NO3、硫脲、FDIA、尿素和HAC的洗脱率分别 Initial Pt4+/(mg/L) 为98.7%、98.6%、97.5%、75.8%73.5%和 P起始浓度对固定化菌体吸附Pt+的影响 61.9%。 Eifect of initial p concentration on immobilized 用不同浓度的H¤作洗脱剂探讨洗脱剂浓度的 XPos biomass adsorbing p 影响。结果HQ浓度为0.05、0.10、0.25、0.50、0.75 和1.00m时,洗脱率86.8%89.1%、93.3 个好的生物吸附过程模型不仅有助于分析和98.6%.93%和72.3%,即H浓度在0.5m 解释生物吸附的实验数据,而且可以正确地估计 附条件变化的影响,以确定最佳的吸附条件,进行正以下时,洗脱率随H浓度的提高而提高但当HC 确的工业设计。黄单胞菌和黄孢展齿革菌丝 脱剂效果较好,可能是在酸性溶液中由于H'、HO 球吸附Pb2可用 Langmiur方程描述;固定化芽枝 状枝孢霉菌体珠吸附A”过程符合 Freundlich模离子与固定化菌体细胞壁上带正电荷的结合位点竞 型纤维素基磁性聚偕肟胺树脂吸附Pa2和争结合P,使得吸附在菌体上的铂被洗脱下 Au‘,符合 Langmuir和 Freundlich吸附等温方 来。用浓度较高的Hα溶液洗脱菌体所吸附的铂 1m。为了求得吸附量与吸附平衡时P"浓度之时H可能使吸附剂上更多的功能基团暴露出来 间的关系,分别用 Langmuir和 Freundlich方程式来拟而与P2结合,影响了洗脱效果 合实验数据,并采用最小二乘法求得 Langmuir和 为了探讨洗脱时间的影响。试验用0.5ml Freundlich方程的各种参数,见表3 H洗脱固定化菌体吸附的P,洗脱5、15、30、6 表3 Langmuir和 Freundlich模型的参数值 和90min,结果洗脱率分别为 abe3 Parameters of Langmuir and Freundlich models86.2%98.7%和98.8%,说明洗脱速度很快。 Models Parameters Relativity(r) Fitting equation 29固定化菌体的重复使用 Langmuir ms=37.037mg0.996ce/Q=0.387+0.027 为了考察生物吸附剂的使用寿命,将洗脱后的 固定化菌体用蒸馏水洗涤,然后再次吸附。结果(表 Freundlich k=1419108951Q=2.694+0.1634)表明吸附剂重复使用4次,其吸附效果依然比较 好,吸附率达7.6%;重复使用至第5次吸附率才明 显下降。其重复使用寿命与经甲醛碱处理的黄孢 从拟合的相关系数r(表3)表明,固定化ⅹ5展齿革菌丝球相当,比固定化芽枝状枝孢霉菌体 2 61995-2003 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co, Lid All/s reserved
图 2 固定化菌体浓度对吸附作用的影响 Fig12 Effect of immobilized biomass concentration on adsorption of Pt4 + ———● Efficiency ; ———○ Capacity 图 3 Pt4 + 起始浓度对固定化菌体吸附 Pt4 + 的影响 Fig13 Effect of initial Pt4 + concentration on immobilized XP05 biomass adsorbing Pt4 + 一个好的生物吸附过程模型不仅有助于分析和 解释生物吸附的实验数据 ,而且可以正确地估计吸 附条件变化的影响 ,以确定最佳的吸附条件 ,进行正 确的工业设计。黄单胞菌[18 ] 和黄孢展齿革菌丝 球 [19 ]吸附 Pb2 + 可用 Langmiur 方程描述 ;固定化芽枝 状枝孢霉菌体珠吸附 Au3 + 过程符合 Freundlich 模 型 [12 ] ;纤维素基磁性聚偕肟胺树脂吸附 PtCl6 2 - 和 AuCl4 - , 符合 Langmuir 和 Freundlich 吸 附 等 温 方 程 [17 ] 。为了求得吸附量与吸附平衡时 Pt4 + 浓度之 间的关系 ,分别用Langmuir 和 Freundlich 方程式来拟 合实验数据 ,并采用最小二乘法求得 Langmuir 和 Freundlich 方程的各种参数 ,见表 3。 表 3 Langmuir 和 Freundlich模型的参数值 Table 3 Parameters of Langmuir and Freundlich models Models Parameters Relativity ( r 2 ) Fitting equation Langmuir Qmax = 371037 mgΠg b = 01072 01996 CeΠQ = 01387 + 01027Ce Freundlich k = 141791 n = 61135 01895 ln Q = 21694 + 01163 lnCe 从拟合的相关系数 r(表 3) 表明 ,固定化 XP05 菌体吸附 Pt4 + 可用 Langmiur 和 Freundlich 等温吸附 方程来描述。说明固定化 XP05 菌体吸附 Pt4 + 是一 种化学的、平衡的和可饱和的机制[18 ] , 同时也是一 种吸附部位的能量以指数分布、表面不均匀和静态 的(Immobile ) 吸附作用[12 ] 。 217 固定化菌体从废铂催化剂处理液中回收铂的 试验 在 pH 210、固定化菌体浓度 410 gΠL、30 ℃、废铂 催化剂处理液的 Pt4 + 浓度分别为 111176 mgΠL 和 5519 mgΠL 的条件下吸附 60 min ,固定化 XP05 菌体 对 Pt4 + 的吸附率分别为 7419 %和 79153 % ,吸附量分 别为 20194 mgΠg 和 11111mgΠg。 218 固定化菌体的洗脱试验 固定化菌体是否可重复使用 ,在于能否找到一 种合适的洗脱剂及洗脱条件。为此 ,试验比较了 6 种洗脱剂。除 EDTA 为饱和溶液外 ,其他洗脱剂的 浓度均为 015 molΠL ,洗脱时间为 60 min。结果表明 , HCl、HNO3 、硫脲、EDTA、尿素和 HAC 的洗脱率分别 为 9817 %、9816 %、9715 %、7518 %、7315 % 和 6119 %。 用不同浓度的 HCl 作洗脱剂探讨洗脱剂浓度的 影响。结果 HCl 浓度为 0105、0110、0125、0150、0175 和 1100 molΠL 时 ,洗脱率 8618 %、8911 %、9313 %、 9816 %、9413 %和 7213 % ,即 HCl 浓度在 015 molΠL 以下时 ,洗脱率随 HCl 浓度的提高而提高 ;但当 HCl 浓度大于 015 molΠL 时 ,洗脱率有所下降。用酸性洗 脱剂效果较好 ,可能是在酸性溶液中由于 H + 、H3O + 离子与固定化菌体细胞壁上带正电荷的结合位点竞 争结合 PtCl6 2 - ,使得吸附在菌体上的铂被洗脱下 来。用浓度较高的 HCl 溶液洗脱菌体所吸附的铂 时 ,HCl 可能使吸附剂上更多的功能基团暴露出来 , 而与 PtCl6 2 - 结合 ,影响了洗脱效果。 为了探讨洗脱时间的影响。试验用 015 molΠL HCl 洗脱固定化菌体吸附的 Pt4 + ,洗脱 5、15、30、60 和 90 min , 结 果 洗 脱 率 分 别 为 4911 %、7214 %、 8612 %、9817 %和 9818 % ,说明洗脱速度很快。 219 固定化菌体的重复使用 为了考察生物吸附剂的使用寿命 ,将洗脱后的 固定化菌体用蒸馏水洗涤 ,然后再次吸附。结果(表 4) 表明 ,吸附剂重复使用 4 次 ,其吸附效果依然比较 好 ,吸附率达 7716 % ;重复使用至第 5 次吸附率才明 显下降。其重复使用寿命与经甲醛2碱处理的黄孢 展齿革菌丝球相当[19 ] ,比固定化芽枝状枝孢霉菌体 4 期 胡洪波等 954 :用固定化弗劳地柠檬酸杆菌 XP05 从溶液中回收铂 © 1995-2003 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved
生物工程学报 19卷 的长。固定化芽枝状枝孢霉菌体吸附金,用曲线。 Iml/L的硫脲或0.2m的氰化钠乙醇溶液洗 脱,洗脱率达99%,但洗脱后的固定化菌体则不能 再用于吸附金。 表4固定化菌体的重复使用 lable 4 The reapplication of immobilized biomass Cycle Eificiencv/% Capacity/(mg/g) Desorption/% 120180240300360420 图5固定化X5菌体吸附P后的 19.4 动态洗脱曲线 Fig. 5 The curve of dynamic desorption 从图5中可见,在最初的90mn内,洗脱液中的 2.10固定化菌体的动态吸附和动态洗脱 P浓度随着洗脱时间的延长而提高,90mn时达 金属溶液的浓度流速pH值以及吸附系统的到最大值1213mg,90mn后则随着洗脱时间的 温度等都会影响填充床中固定化菌体吸附金属的能 延长而降低。该洗脱作用是一个较快的过程 力。当R溶液分别以12m/mn和1.7m/mn3小结 的流速流经吸附柱时,其动态吸附的参数和结果如 表5和图4所示。 固定化ⅹPO5菌体对P的吸附特性是XP5菌 表5不同流速下动态吸附过程的参数和结果 体和固定化基质的吸附特性的综合结果。固定化 XP05菌体吸附P的特性与游离菌体的有些不同, Table 5 The result and parameter of dynamic a dsorption under different flow rates 例如固定化XP5菌体吸附P的最适pH值为1.5, Rme( (ml/mi) bb/min I amin/(myQ(m比游离菌体(最适p值2的降低了05;对P的 24.7 吸附速率比游离菌体的慢一·些;吸附能力比游离菌体 (64.4mgg)的低。但与游离菌体一样,固定化菌体对 Adsorptive conditions:c=s0 mgL pH1.5、30℃, immobilized bior P的吸附受溶液的pH值、菌体浓度、P起始浓度 mass: 1.85 g( dry weight 等的影响。固定化菌体吸附P也是一种快速和可 逆的过程。在分批实验中,固定化XPO5菌体吸附量 为 P/g;在填充床反应器中的饱和吸附量 达247mgP/g;用固定化菌体从废铂催化剂处理 液回收铂,吸附量为20.9mg/g。固定化xos菌体经 次吸附解吸循环后吸附率仍j 说明该固定 t/min 化菌体有较好的应用前景 图4不同流速下的动态吸附曲线 REFERENCES(参考文献 g. 4 The curves of dynamic adsorption under dⅲ ferent flow rates [I Veglio F, Beolchini F. Remval of metals by biosorption: a review hydrometallurgy,1997,44:301-316 由图4可知流速加快,穿透时间(出口浓度达21Kab, Volesky B. Advances in the biosorption of heavy 到Img的时间)缩短,穿透吸附量减小。在实际 metals. Trends in Biotechnology, 1998, 16(7): 291-300 应用中,总是希望达到穿透之前的废水处理量能够[3] WANGJL(王建龙),HNYJ(韩英健),QLNY(钱易)A 尽量的多。但流速如果太慢,柱内的液体的返流及 ance in the microbial sorption of metal ions. Microbiolog(微生物 纵向混合严重,使操作时间延长。故应对流速做适 当控制,使整个填充床得到充分利用。 4]LUYY(刘月英),FUJK(傅锦坤), CHEN P陈平)ead.Sur dies on biosorption of Auby Bacillus megaterium. Acta Microbio 用流速为1.5m/min的0.5mH洗脱被 logica Sinica(微生物学报),2000,40(4):425-429 吸附在固定化菌体上的铂,得到如图5所示的洗脱[51 LiuYI,FuJK, Hu hb et al. Poperties and characterization of 2 61995-2003 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co, Lid All/s reserved
的长[12 ] 。固定化芽枝状枝孢霉菌体吸附金 , 用 1 molΠL 的硫脲或012 molΠL 的氰化钠2乙醇溶液洗 脱 ,洗脱率达 99 % ,但洗脱后的固定化菌体则不能 再用于吸附金。 表 4 固定化菌体的重复使用 Table 4 The reapplication of immobilized biomass Cycle EfficiencyΠ% CapacityΠ(mgΠg) DesorptionΠ% 1 8412 2110 9818 2 8119 2015 9819 3 8012 2010 9912 4 7716 1914 9914 5 7015 1716 9912 6 6214 1516 9911 2110 固定化菌体的动态吸附和动态洗脱 金属溶液的浓度、流速、pH 值以及吸附系统的 温度等都会影响填充床中固定化菌体吸附金属的能 力。当 Pt4 + 溶液分别以 112 mLΠmin 和 117 mLΠmin 的流速流经吸附柱时 ,其动态吸附的参数和结果如 表 5 和图 4 所示。 表 5 不同流速下动态吸附过程的参数和结果 Table 5 The result and parameter of dynamic adsorption under different flow rates Flow rateΠ(mLΠmin) bbΠmin t ∞Πmin QbΠ(mgΠg) Q ∞Π(mgΠg) 112 150 330 1713 2417 117 90 230 1513 2413 Adsorptive conditions : Ci = 50 mgΠL、pH 115、30 ℃,immobilized bio2 mass :1185 g(dry weight) 图 4 不同流速下的动态吸附曲线 Fig14 The curves of dynamic adsorption under different flow rates 由图 4 可知 ,流速加快 ,穿透时间 (出口浓度达 到 1 mgΠL 的时间) 缩短 ,穿透吸附量减小。在实际 应用中 ,总是希望达到穿透之前的废水处理量能够 尽量的多。但流速如果太慢 ,柱内的液体的返流及 纵向混合严重 ,使操作时间延长。故应对流速做适 当控制 ,使整个填充床得到充分利用。 用流速为 115 mLΠmin 的 015 molΠL HCl 洗脱被 吸附在固定化菌体上的铂 ,得到如图 5 所示的洗脱 曲线。 图 5 固定化 XP05 菌体吸附 Pt4 + 后的 动态洗脱曲线 Fig15 The curve of dynamic desorption 从图 5 中可见 ,在最初的 90 min 内 ,洗脱液中的 Pt4 + 浓度随着洗脱时间的延长而提高 ,90 min 时达 到最大值 12113 mgΠL ,90 min 后则随着洗脱时间的 延长而降低。该洗脱作用是一个较快的过程。 3 小 结 固定化 XP05 菌体对 Pt4 + 的吸附特性是 XP05 菌 体和固定化基质的吸附特性的综合结果。固定化 XP05 菌体吸附 Pt4 + 的特性与游离菌体的有些不同 , 例如固定化 XP05 菌体吸附 Pt4 + 的最适 pH 值为 115 , 比游离菌体(最适 pH值 210) 的降低了 015 ;对 Pt4 + 的 吸附速率比游离菌体的慢一些;吸附能力比游离菌体 (6414 mgΠg)的低。但与游离菌体一样 ,固定化菌体对 Pt4 + 的吸附受溶液的 pH 值、菌体浓度、Pt4 + 起始浓度 等的影响。固定化菌体吸附 Pt4 + 也是一种快速和可 逆的过程。在分批实验中 ,固定化 XP05 菌体吸附量 为 3512 mg Pt4 + Πg ; 在填充床反应器中的饱和吸附量 达 2417 mg Pt4 + Πg ; 用固定化菌体从废铂催化剂处理 液回收铂 ,吸附量为 2019 mgΠg。固定化 XP05 菌体经 4 次吸附2解吸循环后吸附率仍达 78 % , 说明该固定 化菌体有较好的应用前景。 REFERENCES(参考文献) [ 1 ] Veglio F , Beolchini F. Removal of metals by biosorption : a review. Hydrometallurgy , 1997 , 44 :301 - 316 [ 2 ] Kraatochvil D , Volesky B. Advances in the biosorption of heavy metals. Trends in Biotechnology , 1998 ,16(7) :291 - 300 [ 3 ] WANGJ L (王建龙) , HAN Y J (韩英健) ,QIAN Y(钱易) . Ad2 vance in the microbial sorption of metal ions. Microbiology (微生物 学通报) ,2000 ,27(6) : 449 - 452 [ 4 ] LIU Y Y(刘月英) ,FU J K(傅锦坤) ,CHEN P(陈平) et al. Stu2 dies on biosorption of Au3 + by Bacillus megaterium. Acta Microbio2 logica Sinica (微生物学报) ,2000 ,40 (4) :425 - 429 [ 5 ] Liu Y Y, Fu J K, Hu H B et al. Properties and characterization of 064 生 物 工 程 学 报 19 卷 © 1995-2003 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved
4期 胡洪波等:用固定化弗劳地柠檬酸杆菌ⅪPO5从溶液中回收铂 Au+-adsorption by mycelial waste of Streptomces aureoaciences sporum cladosporioides biomass beads. Journal g Biafechnolo Chinese Science Bulletin, 2001 46(20): 1709-1712 g,1998,63:121-136 [6]FUJK(傅锦坤),LUYY(刘月英),PY(古萍英)ea.[13] CAIS X(蔡树型), HUANG C(黄超). Analysis of Precious met als. Beijing, Metallurgical Industry Press冶金工业出版社),1984 (1) by Lactobacillus sp. A09. Acta Physico Chimica Sinica(4J [14] Kapoor A, Viraraghavan T. Biosorption of heavy metals on Aspergil- 化学学报),2000,16(9):779-782 lus niger. Biaresourte Technology, 1998, 12(2): 91-95 [7] LIU Y(刘月英),HUJK(傅锦坤) LI RZ(李仁忠)ea.[15]HNM(陈), GAN YR(甘一如). Biosorption of heavy metal Studies on biosorption of Pd by bacteria. Aaa Microbiaogica Sini- Chemical Industry and Engineening(化学工业与工程),19,16 ca(微生物学报)200040(5):535-539 (1):19-25 [8 Liu Y Y, FuJ K, Zhou Z H et al. A study of P*-adsorption and [16 Fourest E, RouxJ C. Heavy metal biosorption by fungal mycelial by- its reduction by Bacillus megaterium. Chemica Research in Chinese products: mechanisms and influence of pH. Applied Microbidogy and Universities,2000,16(3):246-249 [9] Ting Y p,SunG. parative study on polyviny alcohol and alg-[17]wJY(吴锦远), YANGC X(杨超雄). Studies on cellulose- rate for cell immobilization in biosorption. Water science d Technolo based magnetic poly amidoxime adsorbents Il. Adsorption kinetics of g,2000,42(5-6):85-90 BMAO for moble-metal complex anions. Jounal df Cellulase Science [ 10] Texier A C, Andres Y, Cloirec Le. Selective biosorption of lanthanide nd Technology(纤维素科学与技术),1998,6(2):45-56 ene& echnology,200142(5~6):9-9 omass as biosorbent for lead. Joumal d Applied Microbiology, 1998 [11] Brierly JA, Vance D B. Recovery of precious metals by microbial 84:63-67 biomass. Biohrydrometal, Proceedings of intemational symposia.1987[19]WJ(吴涓)LlQB(李清彪), DENG X(邓旭)ea. Studies on (Pub,1988) biosorption of Pb by Phanerochaete chrysosporium. Acta Microbio [12] Pethkar A V, Paknikar KM. Recovery of gold from solutions usin logica Sinice(微生物学报),1999,39(1):87-90 Recovery of Platinum with Immobilized Citrobacter freudii XP05 Biomass bng-Bo' LIU Yue- Ying" FU Jim Kun XUE Ru G Ping Ying? School d Life Sciences, School d Chemistry Chemistry Engineering, Xiamen Uninersity, Xiamen 361005, China) Abstract The objective of this work was to develop a valuable adsorbent for recovery of platinum by studying the properties of P-adsorption with immobilized Citrobacter freudii XP05 biomass. Five metods for immobilization of Citrobacter freudii XP05 biomass were compared. The method with gelatimalginate sodium as entrapment matrix was considered to be the optimal. Spherr m beads were produced and the SEM micrograph indicated that the cell of strain XPO8 wer within the matrix. The adsorption of A by immobilized XP5 biomass was affected with adsorptive time, pH value of the sour tion, immobilized biomass concentration, Pt initial concentration The adsorption was a rapid process. The optimal pH value for P adsorption was 1. 5, and its adsorptive capacity increased linearly with increasing P initial concentrations in the range of 50-250 mg/L. The experimental data could be fitted to Langmuir and Freundlich mdels of adsorption isotherm. The adsorptive capacity reached 35. 2 mg/g under the conditions of 250 Pt" mg/L, 2.0 gL immobilized biomass, pH 1. 5 and 30 C for 60 min. 98.7% of Pt adsorbed on immobilized biomass could be desorbed with 0. 5 ml HC/L. The characteristics of dynan adsorption and desorption of immobilized XP05 biomass in packed bed reactor were investigated. The saturation uptake was 24. 66 mg P/g under the conditions of flow rate 1. 2 mL/min, pH 1.5, 50 mg Pt"A and 1. 85 g biomass( dry weight).Ad sorptive efficiency of Pt" by the immobilized XPo5 biomass was above 78 %for 4 cycles of adsorption and desorption The recovery of platinum from waste platinum catalyst was studied. The adsorptive capacity was 20 94 mg Pt"/g immbi- lized biomass under the conditions of 4. 0 g/L immobilized XP05 biomass, 117. 76 mg Pt/ and pH 1. 5 for 60 min. The imm- bilized XP5 biomass is potentially applicable to the recovery of platinum from waste and wastewater containing platinum Key words biosorption, immobilized biomass, Citrobacter freudii, platinum Received: 01-19-2003 This work was supported by Grant from NSFC(No. 29876026 Corresponding author. Tel: 86592-5916401; Fax: 86592-2186392: Email liuying401(@sina 5 61995-2003 Tsinghua long/ane Oplical Disc Co, Ltd. All rights reserved
Au3 + 2adsorption by mycelial waste of Streptomyces aureoaciences. Chinese Science Bulletin , 2001 ,46 (20) :1709 - 1712 [ 6 ] FU J K(傅锦坤) ,LIU Y Y(刘月英) , GU P Y(古萍英) et al. Spectroscopic characterization on the biosorption and bioreductuion of Ag(1) by Lactobacillus sp. A09. Acta Physico2Chimica Sinica (物理 化学学报) , 2000 , 16 (9) :779 - 782 [ 7 ] LIU Y Y(刘月英) , FU J K(傅锦坤) ,LI R Z(李仁忠) et al. Studies on biosorption of Pd2 + by bacteria. Acta Microbiologica Sini2 ca (微生物学报) ,2000 ,40 (5) :535 - 539 [ 8 ] Liu Y Y , Fu J K ,Zhou Z H et al. A study of Pt4 + 2adsorption and its reduction by Bacillus megaterium. Chemical Research in Chinese Universities , 2000 ,16 (3) :246 - 249 [ 9 ] Ting Y P , Sun G. Comparative study on polyvinyl alcohol and algi2 nate for cell immobilization in biosorption. Water science & Technolo2 gy , 2000 , 42 (5 - 6) :85 - 90 [10 ] Texier A C ,Andrès Y,Cloirec Le. Selective biosorption of lanthanide (La , Eu , Yb) ions by an immobilized bacterial biomass. Water Sci2 ence & Technology , 2001 ,42(5～6) :91 - 94 [11 ] Brierly J A , Vance D B. Recovery of precious metals by microbial biomass. Biohydrometal , Proceedings of international symposia. 1987 (Pub , 1988) , pp. 477 - 485 [12 ] Pethkar A V , Paknikar K M. Recovery of gold from solutions using Cladosporium cladosporioides biomass beads. Journal of Biotechnolo2 gy , 1998 , 63 :121 - 136 [13 ] CAI S X (蔡树型) ,HUANG C(黄超) . Analysis of Precious met2 als. Beijing ,Metallurgical Industry Press(冶金工业出版社) ,1984 [14 ] Kapoor A , Viraraghavan T. Biosorption of heavy metals on Aspergil2 lus niger. Bioresource Technology , 1998 , 12(2) : 91 - 95 [15 ] CHEN M (陈 ) ,GAN Y R(甘一如) . Biosorption of heavy metal. Chemical Industry and Engineering (化学工业与工程) ,1999 ,16 (1) :19 - 25 [16 ] Fourest E , Roux J C. Heavy metal biosorption by fungal mycelial by2 products : mechanisms and influence of pH. Applied Microbiology and Biotechnology , 1992 ,37 :399 - 403 [17 ] WU J Y (吴锦远) , YANG C X(杨超雄) . Studies on cellulose2 based magnetic poly amidoxime adsorbents Ⅱ. Adsorption kinetics of BMAO for noble2metal complex anions. Journal of Cellulose Science and Technology (纤维素科学与技术) , 1998 , 6(2) :45 - 56 [ 18 ] Morron M L , Ben O N , Gonzalez M T et al. Myxococcus xanthus bi2 omass as biosorbent for lead. Journal of Applied Microbiology ,1998 , 84 :63 - 67 [19 ] WU J (吴涓) ,LI Q B(李清彪) ,DENG X(邓旭) et al. Studies on biosorption of Pb2 + by Phanerochaete chrysosporium. Acta Microbio2 logica Sinica (微生物学报) , 1999 , 39 (1) :87 - 90 Recovery of Platinum with Immobilized Citrobacter freudii XP05 Biomass HU Hong2Bo1 LIU Yue2Ying13 FU Jin2Kun2 XUE Ru2 GU Ping2Ying2 ( 1 School of Life Sciences , 2 School of Chemistry & Chemistry Engineering , Xiamen University , Xiamen 361005 , China) Abstract The objective of this work was to develop a valuable adsorbent for recovery of platinum by studying the properties of Pt4 + 2adsorption with immobilized Citrobacter freudii XP05 biomass. Five methods for immobilization of Citrobacter freudii XP05 biomass were compared. The method with gelatin2alginate sodium as entrapment matrix was considered to be the optimal. Spheri2 cal and uniform beads were produced and the SEM micrograph indicated that the cell of strain XP08 were uniformly dispersed within the matrix. The adsorption of Pt4 + by immobilized XP05 biomass was affected with adsorptive time , pH value of the solu2 tion , immobilized biomass concentration , Pt4 + initial concentration The adsorption was a rapid process. The optimal pH value for Pt4 + adsorption was 115 , and its adsorptive capacity increased linearly with increasing Pt4 + initial concentrations in the range of 50～250 mgΠL. The experimental data could be fitted to Langmuir and Freundlich models of adsorption isotherm. The adsorptive capacity reached 3512 mgΠg under the conditions of 250 Pt4 + mgΠL , 210 gΠL immobilized biomass , pH 115 and 30 ℃for 60 min. 9817 % of Pt4 + adsorbed on immobilized biomass could be desorbed with 015 mol HClΠL. The characteristics of dynamic adsorption and desorption of immobilized XP05 biomass in packed2bed reactor were investigated. The saturation uptake was 24166 mg Pt4 + Πg under the conditions of flow rate 112 mLΠmin , pH 115 , 50 mg Pt4 + ΠL and 1185 g biomass(dry weight) . Ad2 sorptive efficiency of Pt4 + by the immobilized XP05 biomass was above 78 % for 4 cycles of adsorption and desorption. The recovery of platinum from waste platinum catalyst was studied. The adsorptive capacity was 20194 mg Pt4 + Πg immobi2 lized biomass under the conditions of 410 gΠL immobilized XP05 biomass , 117176 mg Pt4 + ΠL and pH 115 for 60 min. The immo2 bilized XP05 biomass is potentially applicable to the recovery of platinum from waste and wastewater containing platinum. Key words biosorption , immobilized biomass , Citrobacter freudii , platinum Received : 0121922003 This work was supported by Grant from NSFC(No. 29876026) . 3 Corresponding author. Tel :86259225916401 ; Fax :86259222186392 ; E2mail :liuying6401 @sina. com 4 期 胡洪波等 164 :用固定化弗劳地柠檬酸杆菌 XP05 从溶液中回收铂 © 1995-2003 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved
