薇甘菊吸附亞甲基藍的研究

楊新周 +段聰麗 +田先嬌+楊子仙

摘要：研究薇甘菊活體在不同pH值、初始濃度、吸附時間條件下對水體中亞甲基藍的吸附能力，并對薇甘菊的再生及重復(fù)吸附能力進行測試。結(jié)果表明：常溫下，在亞甲基藍溶液濃度為5～20 mg/L、pH值為8的亞甲基藍溶液中，薇甘菊活體培養(yǎng)3 d后對亞甲基藍的去除率可達99%。同一株薇甘菊可以在濃度為 10 mg/L、pH值為8的亞甲基藍溶液中循環(huán)培養(yǎng)4次吸附效果最佳，去除率均可達到90%以上，吸附效果良好。

關(guān)鍵詞：薇甘菊；亞甲基藍；吸附；水培

中圖分類號：S451文獻標(biāo)志碼：A文章編號：1003-935X（2016）04-0012-06[KH+7mmD]

Study on Absorption of Methylene Blue by Mikania micrantha

[KH+7mmD][WT5BZ][JZ（]YANG Xinzhou1，2，DUAN Congli2，TIAN Xianjiao2，YANG Zixian1

[WT5”BZ]（1.Science and Engineering Department，Dehong Teachers College，Dehong 6784000，China；2. The Research Institute of Ethnic Minority Medicine，Dehong Teachers College，Dehong 6784000，China）

[JZ）][KH+7mmD][WT5”HZ]Abstract：

[WT5”BZ]The absorption capacity of Mikania micrantha on methylene blue in water was studied in different pH，initial concentration and absorption time，and its regeneration and repeated absorption capacity were also tested. The removal efficiency of M. micrantha on methylene blue was 99% at methylene blue concentrations of 5～20 mg/L，methylene blue at pH 8，and M. micrantha in vivo after 3 d. The same strain of M. micrantha could be cultured for 4 times in methylene blue solution with concentration of 10 mg/L and pH 8 at this time absorption capacity was best，and the removal rate could reach more than 90%.

印染行業(yè)是國務(wù)院2015年發(fā)布的《水污染防治行動計劃》專項整治的重污染行業(yè)之一，是廢水治理領(lǐng)域重點關(guān)注的領(lǐng)域。因此，加強印染廢水的綜合治理，達到污水排放標(biāo)準(zhǔn)是一個全球關(guān)注的熱點問題[1-2]。染料廢水對人、動物、植物造成極大的危害，并且具有致癌性。因此，加強印染廢水的綜合治理，提高污水凈化水平是人類面臨亟待解決的重要課題[1-4]。

目前去除染料最普遍的方法主要分為化學(xué)法、物理法、生物法3類[1-12]。化學(xué)法由于其成本高、能量消耗高、化學(xué)藥劑投入多，仍然制約其應(yīng)用到工業(yè)化的生產(chǎn)[5]。吸附技術(shù)，膜分離過濾技術(shù)，反滲透、電滲析等多種物理法已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用[7]，但這些技術(shù)都需要高昂的費用，后續(xù)處理工藝復(fù)雜。真菌脫色、微生物降解、生物吸附、生物修復(fù)等生物法已經(jīng)成功得到工業(yè)化應(yīng)用處理染料廢水，主要是許多生物體，如細菌、酵母、藻類、真菌、水生植物有能夠降解、富集污染物的優(yōu)勢[1，7-9]。傳統(tǒng)生物法主要是應(yīng)用厭氧法和好氧法來處理染料廢水，是目前普遍應(yīng)用的方法，但傳統(tǒng)法運行周期長。直接利用植物對水中污染物進行轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化和降解，使水體得到凈化的技術(shù)，該技術(shù)能實現(xiàn)原位修復(fù)污染物、具有環(huán)境美學(xué)價值、處理費用低廉等優(yōu)點，而且不產(chǎn)生二次污染，利用植物凈化水體是近幾年的熱點，這種技術(shù)正日益受到人們的青睞[5]。

薇甘菊（Mikania micrantha H. B. K.） 別稱小花蔓澤蘭、小花假澤蘭，屬菊科（Asteraceae） 假澤蘭屬（Mikania）多年生草質(zhì)或木質(zhì)藤本植物，原產(chǎn)于中美洲，現(xiàn)成為熱帶及亞熱帶地區(qū)的一種惡性雜草[13-16]，在國內(nèi)外對薇甘菊的醫(yī)用活性和農(nóng)藥活性進行了大量研究[17-20]，目前將薇甘菊用于處理染料廢水未見報道。薇甘菊兼有性和無性2種繁殖方式，薇甘菊生命力極強，在水體里面極易生長。薇甘菊的莖節(jié)和節(jié)間都能生根，利用薇甘菊這一特點，本研究中利用薇甘菊去除污水中的亞甲基藍，為薇甘菊的生物質(zhì)資源再利用以及在印染廢水處理領(lǐng)域建立水體植物修復(fù)工程可行性提供相關(guān)支持和依據(jù)。

1材料和方法

1.1儀器和材料

1.1.1儀器722型分光光度計（上海美譜達儀器有限公司），酸度計（PHS-3c，上海雷磁儀器廠）；電子天平（AR224CN，奧豪斯上海儀器公司）。

1.1.2試驗材料

薇甘菊采于云南省芒市，亞甲基藍（天津市揚帆化學(xué)試劑公司，AR）。

1.2試驗方法

1.2.1薇甘菊的來源和培養(yǎng)

薇甘菊來源于云南省芒市野外，截取一段薇甘菊將其培養(yǎng)于自來水中，將其放于實驗室向陽處培養(yǎng)15 d，等其長出須根后用于吸附試驗。

1.2.2吸附試驗

選取根須為10 cm、質(zhì)量為 10 g 左右的薇甘菊，將其插入250 mL一定濃度的亞甲基藍溶液中，調(diào)節(jié)亞甲基藍溶液pH值在6～8之間進行吸附試驗，每天添加蒸餾水使其溶液體積為250 mL，培養(yǎng)一定時間后，吸取1 mL溶液測定其吸光度，計算去除率。

2試驗結(jié)果與分析

2.1pH值對吸附效果的影響

為了探究溶液pH值對薇甘菊吸附亞甲基藍的影響，將250 mL濃度為10 mg/L的亞甲基藍溶液pH值分別調(diào)節(jié)至2～12之間，1株薇甘菊培養(yǎng)于其中，在不同的時間段進行取樣測定溶液中的濃度，試驗結(jié)果見圖1。亞甲基藍溶液pH值為2、3時，培養(yǎng)于其中的薇甘菊1 d后枯萎，pH值為2的溶液中2 d后死亡，吸附率為55%，pH值為3的溶液中3 d后死亡，吸附率為56%。從圖1中可以看出，溶液pH值在4～12之間，薇甘菊對亞甲基藍的去除率均在86%以上，隨著培養(yǎng)時間的增加，pH值在4～11之間溶液中去除率逐漸增大，當(dāng)培養(yǎng)時間到第7天時，薇甘菊對亞甲基藍的去除率均達到最佳。當(dāng)溶液pH值為12時，隨著培養(yǎng)時間的延長，去除率逐漸下降，這是因為溶液pH值太大，溶液堿性過強，薇甘菊培養(yǎng)3 d有一些枯萎，8 d死亡，所以去除率逐漸下降。從圖1可以看出當(dāng)溶液pH值為7、8、9時，培養(yǎng)3 d后薇甘菊對亞甲基藍的吸附率分別為97.1%、98.5%、95.7%，根據(jù)薇甘菊對在不同pH值的亞甲基藍溶液中的去除率和培養(yǎng)時間的關(guān)系，選擇亞甲基藍溶液pH值為8。

從圖2中可以看出，溶液pH值在2～5期間，通過薇甘菊處理過的亞甲基藍溶液pH值有增大趨勢，溶液pH值在6～12期間，通過薇甘菊處理過的亞甲基藍溶液pH值明顯下降，說明薇甘菊在吸附過程中，在堿性介質(zhì)中可以吸附溶液中的氫氧根離子，在酸性介質(zhì)中可以吸附溶液中的氫離子。從圖2可以看出，吸附后溶液pH值都在向6靠攏，而且在溶液pH值為4～11之間未出現(xiàn)死亡，說明薇甘菊移入到新的生長環(huán)境中，對新的環(huán)境有較強的適應(yīng)能力。

2.2不同初始濃度和時間對薇甘菊吸附亞甲基藍的影響[HT]

由于亞甲基藍染料具有一定的毒性，濃度越高，毒性可能越強，試驗中薇甘菊為活體生物，存在[CM（21]對不同濃度下亞甲基藍溶液的生存適度。為了[CM）]

研究薇甘菊在不同濃度的亞甲基藍溶液中吸附效果，試驗中將薇甘菊培養(yǎng)于濃度為5、10、15、20、30、40、50 mg/L的亞甲基藍溶液中，每天測定溶液中亞甲基藍濃度，計算去除率（圖3）。通過試驗發(fā)現(xiàn)薇甘菊培養(yǎng)于濃度為30～50 mg/L的亞甲基藍溶液中，植物出現(xiàn)嚴(yán)重枯萎現(xiàn)象，所以在此試驗中濃度為30～50 mg/L的亞甲基藍溶液不進行深入研究。從圖3中可以看出，薇甘菊培養(yǎng)于濃度為5～20 mg/L亞甲基藍溶液中，培養(yǎng) 1 d 薇甘菊對亞甲基藍吸附率均在86%以上，培養(yǎng)2 d對亞甲基藍的吸附率均達到98%以上，隨著培養(yǎng)時間的延長，薇甘菊對亞甲基藍的吸附率逐漸變大，經(jīng)過培養(yǎng)7 d對亞甲基藍的吸附率均可達到99.60%以上。經(jīng)過觀察薇甘菊在濃度為5～20 mg/L 亞甲基藍溶液中長勢良好，并培養(yǎng)3 d后吸附率均可達到99%以上。薇甘菊適合吸附濃度為5～20 mg/L亞甲基藍溶液中，并培養(yǎng)3 d后吸附效果最佳。[FL）]

2.3薇甘菊生物量變化

將培養(yǎng)于pH值為8，濃度為5～20 mg/L亞甲基藍溶液中薇甘菊3 d后進行生物量的測定，在 5～20 mg/L亞甲基藍溶液中薇甘菊生物量呈現(xiàn)明顯增長趨勢，增長率都在14%以上。根據(jù)薇甘菊在不同濃度下對亞甲基藍中的吸附效果和生長狀況，說明薇甘菊在5～20 mg/L亞甲基藍溶液中生長狀況良好，表明薇甘菊適合吸附濃度為5～20 mg/L 亞甲基藍溶液，并培2.4薇甘菊再生試驗

試驗中截取吸附濃度為5～20 mg/L亞甲基藍溶液后的薇甘菊根部上面，將其培養(yǎng)于自來水中，培養(yǎng)15 d左右，待其長出須根后，用于吸附濃度為5～20 mg/L亞甲基藍溶液，培養(yǎng)3 d后，吸附效果和第1次吸附效果一樣，反復(fù)進行第2、第3次操作，吸附效果良好。大于3次，薇甘菊出現(xiàn)枯萎，不能用于試驗。

2.5薇甘菊循環(huán)吸附能力

選取10株長勢良好的薇甘菊培養(yǎng)于2.5 L濃度為10 mg/L、pH值為8的亞甲基藍溶液中，培養(yǎng)3 d后測定亞甲基藍溶液濃度，并往原溶液中加入一定濃度的亞甲基藍溶液，調(diào)節(jié)溶液中亞甲基藍濃度為10 mg/L，重復(fù)此操作直到薇甘菊枯萎死亡為止。從圖4中可以看出，隨著培養(yǎng)次數(shù)的增多，薇甘菊對亞甲基藍的去除率逐漸降低，在培養(yǎng)第1次時薇甘菊對亞甲基藍的去除率達到99.6%，在培養(yǎng)1～4次期間，去除率均高于90%，而且薇甘菊生長狀況良好，培養(yǎng)次數(shù)在5～6次期間，去除率達到80%以上，此時薇甘菊葉片有一些枯萎，當(dāng)培養(yǎng)次數(shù)達到第7次時，大部分薇甘菊枯萎嚴(yán)重，一部分即將死亡。通過試驗發(fā)現(xiàn)，同一株薇甘菊可以在濃度為10 mg/L、pH值為8的亞甲基藍溶液中循環(huán)培養(yǎng)4次（即12 d）吸附效果最佳，去除率均可達到90%以上。

2.6紅外光譜分析

植物細胞壁中含有許多蛋白質(zhì)和多糖如半纖維素、纖維素、木質(zhì)素、果膠等，此外還包含有機配體[CM（21]基團如羧基、羥基、羰基、醛基等。薇甘菊根、[CM）]

[FK（W10][TPYXZ4.tif][FK）]

莖、葉吸附亞甲基藍前后紅外光譜圖結(jié)果如5、6、7所示，薇甘菊根官能團峰值主要為3 399、2 924、1 648、1 513、1 243、1 056 cm-1，這些峰值分別為羥基、烷基（亞甲基）、羰基、碳氫鍵、碳氧鍵、糖類物質(zhì)。莖的官能團峰值主要為3 401、2 926、1 642、1 248、1 052 cm-1，這些峰值分別為羥基、烷基（亞甲基）、羰基、碳氧鍵、糖類物質(zhì)。葉的官能團峰值主要為3 402、2 925、1 647、1 256、1 103 cm-1，這些峰值分別為羥基、烷基（亞甲基）、羰基、碳氧鍵、糖類物質(zhì)。從圖5至圖7可以看出，薇甘菊根莖葉紅外光譜圖主要官能團相近。其中，3 400 cm-1 有很強的吸收，此處的峰值主要為 —OH，可能來自于薇甘菊中細胞壁碳水化合物和細胞壁物質(zhì)。2 925 cm-1附近的官能團主要為 —CH2，可能來自于薇甘菊中碳水化合物、蛋白質(zhì)或細胞物質(zhì)。1 647 cm-1附近的官能團主要為（C[FY=，1]O），該官能團可能來自于植物中的酯類化合物等。1 256、1 103 cm-1附近的官能團主要為（C—O，糖苷鍵），可能來自于薇甘菊中細胞壁物質(zhì)和糖類物質(zhì)等。從圖5中可以看出，根部在吸收亞甲基藍后，在1 603 cm-1處多了1個吸收峰；從圖6、圖7中可以看出，莖部分、葉部分在 1 642 cm-1 附近處峰發(fā)生了紅移。說明在吸附過程中 1 647 cm-1 附近的官能團受到了影響，發(fā)生了微弱的變化。可能是少量的亞甲基藍通過薇甘菊的體內(nèi)循環(huán)運輸?shù)搅饲o葉部分，薇甘菊體內(nèi)官能團受到了影響。

根據(jù)圖5至圖7可以發(fā)現(xiàn)，薇甘菊在吸附亞甲基藍的過程中，大部分的吸收峰沒有發(fā)生明顯變化[CM（21]，這說明亞甲基藍沒有使薇甘菊（根、莖、葉粉[CM）]

末）化學(xué)性質(zhì)發(fā)生重大變化。薇甘菊的根部在 1 648～1 056 cm-1之間發(fā)生了一些變化，在此期間含有羰基、碳氧鍵等官能團，羰基官能團是植物細胞膜和細胞壁果膠的常見組成成分，這些都表明薇甘菊在生物特性吸附亞甲基藍時起到關(guān)鍵作用。

3結(jié)論

野外截取的薇甘菊培養(yǎng)于自來水中15 d左右，可以用于處理亞甲基藍溶液；

薇甘菊能生長于濃度為5～20 mg/L、pH值為8的亞甲基藍溶液中，培養(yǎng)3 d后薇甘菊對亞甲基藍的去除率可達99%。

處理完亞甲基藍溶液中薇甘菊，取其根部上面培養(yǎng)出須根后可以用于去除亞甲基藍，經(jīng)過試驗發(fā)現(xiàn)此操作可以重復(fù)3次，3次后培養(yǎng)出的薇甘菊出現(xiàn)枯萎。

通過試驗發(fā)現(xiàn)，同一株薇甘菊可以在濃度為10 mg/L、pH值為8的亞甲基藍溶液中循環(huán)培養(yǎng)4次（即12 d）吸附效果最佳，去除率均可達到90%以上。

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