实验室制备的铁、锰氧化物与自然水体生物膜中相应组分吸附铅、镉特征比较

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1、http://www.paper.edu.cn实验室制备的铁、锰氧化物与自然水体生物膜中相应1组分吸附铅、镉特征比较费珊珊，花修艺，董德明，李鱼，陈潇君吉林大学环境与资源学院（130012）E-mail:dmdong@mail.jlu.edu.cn摘要：用实验室制备的无定形铁、锰氧化物进行吸附Pb、Cd的热力学实验，将其吸附特征与自然水体生物膜中相应组分比较。研究结果表明：实验室制备的无定形铁氧化物与自然水体生物膜中的铁氧化物吸附铅的能力接近，锰氧化物能够较好的模拟自然水体中生物膜中的锰氧化物吸附镉的行为。关键词

2、：铁、锰氧化物；生物膜；铅；镉；吸附1.引言自然水体生物膜广泛存在于水环境中岩石、表层沉积物以及矿物颗粒表面，是一种由有机质与铁锰氧化物等各种矿物质结合在一起组成的复合体，对水环境中重金属有明显的富集作用。大量研究表明，生物膜中的金属氧化物主要以无定形态存在，其中铁、锰氧化物在重[1-3]金属的吸附过程中起至关重要的作用。从目前已有的报道来看，研究生物膜中每种组分的吸附贡献主要有两种方法，一种是将生物膜中组分有效分离的选择性萃取法，Dong等人采用选择性萃取－吸附－统计分析的方法发现生物膜对铅的吸附主要由锰氧化物

3、控制，对镉[2]的吸附主要由铁氧化物控制，铝氧化物和有机质的作用相对较小。另一种是用实验室制备的纯物质作为生物膜中各主要组分的替代物模拟其吸附行为。Nelson等用实验室制备的铁、锰氧化物和微生物等作为生物膜中铁、锰氧化物和有机质的替代物，分别进行吸附实验，估[4]算各组分的相对吸附贡献，并与不同水体生物膜的实际吸附结果进行了比较。由于自然水体中微生物和矿物质的多样性，不同水体甚至同一水体不同时间或地点培养的生物膜中各组分的性质都可能是不同的甚至是差异显著的，而且生物膜中各组分之间也存在相互作用，因此用固定的几种

4、替代物来替代不同生物膜中的各组分必然会带来一定的误差。为了考察这种方法的适用性，本文分别用快速沉淀法和高锰酸盐氧化法制备无定形铁、锰氧化物进行吸附铅、镉的实验，并将吸附参数与吉林省境内的长春南湖、净月潭、松花江和松花湖中培养的[1,2]生物膜中相应组分吸附铅镉的特征进行比较研究。1本课题得到国家教育部博士学科点专项基金（批准号：20020183056）资助。-1-http://www.paper.edu.cn2.实验部分2.1无定形铁、锰氧化物的制备和结构分析2.1.1铁氧化物的制备在磁力搅拌器的连续搅拌下，向含

5、0.1MFe(NO3)3的硝酸溶液（HNO3的浓度为0.15M）[5]中滴加3.0M的NaOH，使溶液pH值达到并保持在8.0±0.5，以促进Fe(OH)3胶体的形成。2.1.2锰氧化物的制备将8gKMnO4溶于200mL二次水中，在恒温水浴中加热到90°C，再向其中加入10mL5M的NaOH溶液。将15gMnCl2·4H2O溶于75mLddH2O中，再将其缓慢加入到上述溶[6]液中，90°C下加热1h。待冷却后用二次水低速离心洗涤，冻干后在干燥器里保存备用。2.1.3无定形铁、锰氧化物的XRD实验1将冻干后的铁

6、、锰氧化物进行X射线衍射，测试条件为：BeDeDX-raySystem，Cu靶，X射线为Cu－Kα，扫描范围10－70°，角度步长0.05°，停留时间0.5s，λ＝0.15418nm。2.2无定形铁、锰氧化物对铅、镉的吸附[5]进行吸附实验前，先将铁氧化物在母液中陈化30天，使其性质稳定；把冻干的锰氧[7]化物在微量矿物盐溶液（MMS）中浸泡24h。在160mLMMS溶液中分别加入一定体积的Pb(NO3)2或Cd(NO3)2标准储备液，配制成0-40µmol/L六种不同浓度的铅或镉溶液，用NaOH和HNO3调节p

7、H=6.0±0.1，然后向每个烧杯中加入1mL搅拌均匀的铁氧化物或锰氧化物悬浊液（此时溶液中铁氧化物浓度为3.8gFe/L，锰氧化物浓度为1gMn/L），保持温度为20±1°C，保持pH为6.0±0.1，用磁力搅拌器连续搅拌吸附6h（条件实验证明6h时吸附已达平衡）。吸附后从烧杯中取出25mL混合均匀的氧化物悬浊液，以4500g的转速离心5min，倾出上清液。剩余氧化物用二次水润洗两次后，加入10mL15%HNO3使铁氧化物溶解，或5mL2:1HCl使锰氧化物溶解。用FAAS测定酸溶液中Pb、Cd、Fe、Mn的浓

8、度及平衡溶液中Pb、Cd的浓度。2.3自然水体生物膜对铅、镉的吸附实验生物膜对铅的吸附实验在MMS溶液中进行。用MMS溶液配制5种浓度（0.2－2µmol/L）的铅或镉吸附溶液，每个浓度取2片带有生物膜的载玻片放入800mL的吸附溶液中，用0.01mol/LHNO3和NaOH调节吸附液pH=6.0±0.1,温度25±1°C，连续搅拌吸附24h。吸附后的载玻片用不含重金属的