一、课题来源：黑龙江省科技厅(编号：GC13C304) 金属铬(Cr)是一种典型的重金属，在 工业领域应用广泛，是电镀废水、皮革废水、印染废水、制药废水中主要污染物质。六价铬 Cr(VI)对生物体及人体有很强的毒害作用，已经被列为对人体危害最大的 8 种化学物质之一， 同时也被美国环境保护署(EPA)列为最高优先级控制的物质。Cr(VI)去除的方法很多，如化 学法、生物法、物理法等，但是每种方法都各有利弊。吸附法处理废水中的 Cr(VI)吸附剂可 再生，吸附效果稳定，投资成本低，操作简单，应用范围广等，同时还在在来源上、价格上 都具备明显的优势，是目前最有发展前景、最具潜力的重金属废水处理方式。 生物制剂处理废水中的重金属是国家"十二五"优先发展的方法。其中，生物质材料包括 细菌、真菌、藻类和农林废弃物。对于重金属废水来说，高浓度时，不同类群微生物对重金 属污染的耐性也不同，通常为真菌＞细菌＞放线菌。真菌在自然界中分布广泛，是生物界中 很大的一个类群，世界上已被描述的真菌约有 1 万属 12 万余种，许多真菌对重金属离子具 有很强的吸附能力，在含重金属离子废水的处理中真菌起到了重要的作用。真菌的细胞壁由 甘露聚糖、葡聚糖、几丁质、纤维素和蛋白质等成分组成，这些物质带有较强的负电荷，能 吸附金属阳离子。它与传统方法相比，具有绿色安全、原料来源广泛、品种多、成本低、吸 附速度快、吸附量大、选择性好等优点。其中，黑曲霉是一种在自然界中分布十分广泛的腐 生真菌，常见于粮食、植物性产品和土壤中，黑曲霉是曲霉属真菌，属半知菌亚门，丝孢纲， 丛梗孢科，具有球形顶囊，双层小梗，分生孢子头为黑褐色呈放射状，菌丝发达多分枝，具 有长短不一的分生孢子梗。黑曲霉具有产酶能力强、酶系丰富等特点，可以分泌植酸酶、蛋 白酶、纤维素酶等多种消化酶，是经美国 FDA 批准允许应用在饲料中的益生菌之一，所以 用黑曲霉活菌作为重金属吸附剂是相当安全的。 前期研究发现活体黑曲霉菌种在固体培养基上生长会产生一种休眠体-孢子，它的吸附 量远高于菌丝体，同时避免了目前菌丝体吸附剂的开发和利用过程中暴露出诸多的问题和局 限性，如吸附剂的成本昂贵及再生费用昂贵、吸附材料存在二次污染等问题。 黑曲霉产孢子培养基随手可得，可以利用生物质的农林废弃物作为培养基。传统的黑曲 霉菌吸附重金属往往集中在营养菌丝上，对于孢子吸附的研究则鲜见报道。 本课题以黑曲霉孢子为主要研究对象，系统深入地研究黑曲霉孢子吸附水体中 Cr(VI) 2 的吸附特性。通过单因素实验考察了黑曲霉孢子吸附 Cr(VI)影响因素，初步建立了吸附动力 学及热力学模型，为实际日后工业应用提供理论指导和科学依据。 二、项目研究内容 鉴于 Cr(VI)的毒性危害以及其在水体中污染的现状，结合当前黑曲霉孢子资源化再利用 的发展趋势，本文选取了黑曲霉孢子作为吸附材料，系统的研究了黑曲霉孢子对水体中 Cr(VI) 的吸附特性及影响因素，构建黑曲霉孢子对 Cr(VI)的吸附动力学模型及热力学模型，并初步 探讨了吸附机理，另外对黑曲霉孢子进行了固定化处理并研究了固定化黑曲霉孢子对水体中 Cr(VI)的吸附特性及影响因素，为黑曲霉孢子作为吸附材料的实际应用提供理论指导和科学 依据。 三、项目创新点 近年来采用黑曲霉孢子作为吸附剂处理重金属废水的文献鲜有报道，本项目采用固态发 酵法培养菌株，简化以往液体培养步骤，从而降低生物吸附剂的成本，利用黑曲霉孢子作为 吸附剂处理含铬废水，并且对其吸附特性展开研究，建立了吸附动力学和热力学模型。 四、主要研究内容 1、分析黑曲霉孢子物理化学性质，对去除 Cr(VI)反应过程中各影响因素进行了探讨， 建立动力学模型和热力学模型。 2、利用 SEM、EDS、FT-IR 等表征手段分析改性前后黑曲霉孢子粉末的表面形貌、化 学组成等性质的变化；研究了黑曲霉孢子吸附 Cr(VI)的主要吸附官能团，探讨了吸附反应机 理。 3、固定化技术的研究及吸附影响因素的考察。 五、解决的技术难点 1、通过固态发酵法培养菌株，代替以往液体发酵法，大大降低生物吸附剂培养的成本。 2、利用单因素法，研究了黑曲霉孢子吸附水体中 Cr(VI)的影响因素，并建立吸附动力 学和热力学模型。 3、采用包埋技术固定化黑曲霉孢子，研究固定化霉孢子吸附水体中 Cr(VI)的影响因素。 六、达到的技术指标 1、申请发明专利 2 项； 2、发表论文 2 篇； 3、编写验收报告 1 份； 4、处理含六价铬的重金属污水最高浓度为 2000mg/L，处理低浓度废水浓度范围为 3 10~100mg/L，吸附容量可达到 43.5mg/g； 5、六价铬浓度为 100mg/L，pH 值为 2.0，温度为 30℃，吸附剂投加量 2.0g/L~3.0g/L， 反应时间为 180min，去除率达 99%。

黑龙江省科学院高技术研究院

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