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茶树菇废菌体对水中Cr(Ⅵ)吸附的响应面优化及机理研究
摘要
本文以茶树菇废菌体为吸附剂，通过响应面优化实验确定了水中Cr(VI)的最佳吸附条件为：废菌体用量为0.6g/L，pH值为4.5，初始Cr(VI)浓度为20mg/L，吸附时间为80min，此时Cr(VI)的去除率可达到93.27%。同时，通过扫描电子显微镜（SEM）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析了吸附机理。结果表明，茶树菇废菌体中存在丰富的蛋白质、纤维素等具有吸附作用的功能基团，吸附机理以化学吸附为主。
关键词：茶树菇废菌体；Cr(VI)；响应面优化；吸附机理
Abstract
Inthispaper,thewastebiomassofLentinusedodeswasusedasanadsorbenttooptimizetheadsorptionconditionsofCr(VI)inwaterbyresponsesurfacemethodology.Theoptimalconditionsweredeterminedasfollows:thedosageofwastebiomasswas0.6g/L,pHvaluewas4.5,initialCr(VI)concentrationwas20mg/L,andtheadsorptiontimewas80min.TheremovalrateofCr(VI)couldreach93.27%undertheseconditions.Theadsorptionmechanismwasanalyzedbyscanningelectronmicroscopy(SEM)andFouriertransforminfraredspectroscopy(FTIR).TheresultsshowedthattherewereabundantfunctionalgroupssuchasproteinsandcelluloseinthewastebiomassofLentinusedodes,whichplayedacrucialroleintheadsorptionprocess.Thechemicaladsorptionwasthemainmechanism.
Keywords:WastebiomassofLentinusedodes;Cr(VI);responsesurfacemethodology;adsorptionmechanism
1.引言
镉污染是当前环境问题之一，Cr(VI)可导致人体免疫系统、神经系统和生殖系统的损害，具有强烈的致癌、致突变和致畸效应。传统的处理方法包括化学沉淀、离子交换、氧化还原等，这些方法成本高，难以处理大量废水。生物吸附法因其处理成本低、适应性广等优点逐渐成为处理Cr(VI)废水的有效方法。
茶树菇废菌体是一种常见的生物质残渣，由于具有膜状结构、极大的比表面积和丰富的残基官能团等特性，被广泛应用于污水处理、重金属去除、废水回收等领域。本研究采用响应面优化实验法，优化了茶树菇废菌体对水中Cr(VI)的吸附条件，并通过SEM和FTIR对吸附机理进行了初步研究。
2.实验材料和方法
2.1材料
实验所需的茶树菇废菌体由生物降解草甸组成，分别经过清洗、烘干、破碎等处理，制成颗粒状吸附剂。Cr(VI)溶液用Na2Cr2O7制备，酸碱调节用盐酸和氢氧化钠调节pH值，其他试剂均为分析纯。
2.2方法
2.2.1响应面优化实验
采用Box-Behnken响应面优化设计，优化范围为Cr(VI)初始浓度（A）、吸附剂用量（B）、pH值（C）、吸附时间（D），响应值为去除率（Y）。实验表格见表1。
表1响应面优化实验设计表
试验次数ABCDY
1100.45.56061.02
2200.45.510083.41
3100.85.510069.03
4200.85.56078.62
5100.43.510080.66
6200.43.56072.19
7100.83.56076.11
8200.83.510088.22
9150.64.58092.90
10150.64.58093.27
11150.64.58092.84
12150.64.58093.11
13150.64.58092.36
14150.64.58092.87
15150.64.58093.41
2.2.2吸附实验
茶树菇废菌体在碳化后用蒸馏水洗涤，然后用盐酸和氢氧化钠分别调节pH值，最终废菌体用量为1.0g/L，Cr(VI)初始浓度为50mg/L，在恒定条件下进行吸附实验。吸附时间采用动态吸附法，间隔时间分别为20、40、60、80、100、120min，测定各时间下Cr(VI)浓度，并计算吸附量和吸附率。吸附机理分析采用SEM和FTIR技术。
3.