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掺杂生物膜组分对黄河乌海段表层沉积物吸附Cd2+的影响研究
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【微生物免疫学论文】掺杂生物膜组分对黄河乌海段表层沉积物吸附Cd2+的影响研究 镉（Cd）是一种具有高毒性、难降解、易残留的重金属元素。在自然界中镉主要以硫镉矿存在，小量赋存于锌矿中，所以是锌矿冶炼时的副产品。目前镉被广泛的应用于镍-镉电池、电镀、原子反应堆的控制棒
掺杂生物膜组分对黄河乌海段表层沉积物吸附Cd2+的影响研究
镉（Cd）是一种具有高毒性、难降解、易残留的重金属元素。在自然界中镉主要以硫镉矿存在，小量赋存于锌矿中，所以是锌矿冶炼时的副产品。目前镉被广泛的应用于镍-镉电池、电镀、原子反应堆的控制棒以及农业中特定的杀虫剂和杀菌剂。研究表明，被镉污染的空气、水体和食物对人体危害严重[1]。镉在体内蓄积，本文由网收集整理造成肾损伤，进而导致骨软化症，称为“痛痛病”。此外，慢性镉中毒对人体生育能力也有所影响[2]。目前国内外对于废水中Cd2+的去除方法主要有物理化学修复法，植物修复法和生物强化技术。然而，传统物理化学法中采用吸附法去除废水中的Cd2+使用较多，其吸附剂主要是表面具有大量微孔结构的活性炭、高炉矿渣、沸石、壳聚糖、梭甲基壳聚糖、活性氧化铝等，效果较好，但因其价格昂贵而限制了其工业应用的广泛性[3，4]。 水体表层沉积物（生物膜）[5]是水体中Cd2+的重要蓄积库，Cd2+在沉积物中的活动性最强，在环境条件改变时，束缚在沉积物中的Cd2+可重新释放造成二次污染[6，7]。Cd2+在表层沉积物上的吸附主要受矿物组成的影响，水铁矿（Ferrihydrite）是生物膜矿物组成成分之一，是生物膜吸附Cd2+的重要因素。在自然环境中，水铁矿以多种矿物形式存在[8]。在去除水体重金属时，镉盐通过内部球面综合体可结合到水铁矿上，在碱性条件下形成Fe（OH）3胶体，从而发生吸附共沉淀。此法对受重金属砷污染的水体研究较为广泛[9-12]，而对镉污染水体的研究甚少。另外，腐殖酸也是生物膜矿物组成成分之一，腐殖酸（Humic Acid）因含有若干含氧功能团，使其具有表面吸附、离子交换、络合作用、缓冲性能、氧化还原和生理活性等多种胶体特性。腐殖酸对水体中重金属污染的缓冲和净化机制主要有以下几方面：参与离子的交换反应，把重金属离子吸附固定，防止它们进入生物循环；稳定生物膜结构，为沉积物中的微生物活动提供基质和能源，从而间接地影响水体中重金属离子的活动能力；与水体中的重金属离子配合反应，起到钝化重金属离子的作用[13，14]。本文以黄河乌海段沉积物为研究对象，研究其掺杂水铁矿和腐殖酸后对含镉水的吸附效果并探讨其影响因素，这样既能起到良好的吸附作用，又不会引入新的污染源，为研究黄河乌海段水体中镉的活动性提供科学依据，也对修复被镉污染的水体具有理论指导作用，具有较强的实用性。 1材料与方法
1.1样品的采集与分析 采样点位于内蒙古乌海市，用箱式拉力采泥器取表层0～10 cm沉积物装入聚乙烯塑料袋中密封，在实验室低温保存。实验时在室温下晾干，过100目筛备用[15]，沉积物的有机质总量用经典的重铬酸钾法，
1.1样品的采集与分析 采样点位于内蒙古乌海市，用箱式拉力采泥器取表层0～10 cm沉积物装入聚乙烯塑料袋中密封，在实验室低温保存。实验时在室温下晾干，过100目筛备用[15]，沉积物的有机质总量用经典的重铬酸钾法，阳离子代换量采用钠离子交换，ICP测定法，沉积物中活性态Fe和Al含量的测定采用草酸铵/草酸法[16]，沉积物的粒径分析采用Mastersizer 2000激光粒度分析仪（Malvern Co.，UK），沉积物矿物种类和含量采用X射线衍射法，测试参照标准为：SY/T 5163-1995（沉积岩粘土矿物）。实验所用器皿均用稀盐酸浸泡过夜，所用药品均为分析纯。采样点位置及沉积物理化性质见表1，沉积物XRD成分分析及其含量见表2。 3结论 （1）腐殖酸和水铁矿的掺杂均提高了黄河乌海段表层沉积物对Cd2+的吸附能力，随着掺杂比例的增大，对Cd2+的吸附量增大；吸附均在2 h时达到吸附平衡，吸附速率随吸附时间的增加反而减小。 （2）掺杂生物膜主要组分对黄河乌海段水体Cd2+的吸附过程更符合Langmuir等温吸附曲线，除1%比例掺杂的R2为0.9828外，其他拟合相关系数R2≧0.99 （p≦0.01，n=7），属单分子层吸附；由于沉积物中有机质的含量较低（<0.23% ），所以各沉积物对Cd2+的饱和吸附量qmax不大。 （3）Cd2+迁移进入各吸附剂的容易程度为H-3> FeⅠ-3> H-2> FeⅠ-2> H-1> FeⅠ-1> Original。 （4）水体酸碱度对沉积物吸附Cd2+影响显著，研究 Cd2+的吸附时应考虑 pH的影响。Cd2+溶液pH值在2～4时为Cd2+的快速吸附增长区，但吸附效果较差；pH在4～8时为Cd2+的吸附保持区；pH大于8时为Cd2+的缓慢吸附增长区，沉积物对Cd2+的吸附量明显增大。
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