銅離子對(duì)水葫蘆根系吸附鎘離子的競(jìng)爭(zhēng)抑制研究

鄭家傳，豐惠敏，林漢華

1.蘇州市環(huán)境科學(xué)研究所，江蘇 蘇州 215007

2.中新蘇州工業(yè)園區(qū)清城環(huán)境發(fā)展有限公司，江蘇 蘇州 215122

3.香港城市大學(xué)生物化學(xué)系，中國(guó) 香港

銅離子對(duì)水葫蘆根系吸附鎘離子的競(jìng)爭(zhēng)抑制研究

鄭家傳1，豐惠敏2，林漢華3

1.蘇州市環(huán)境科學(xué)研究所，江蘇 蘇州 215007

2.中新蘇州工業(yè)園區(qū)清城環(huán)境發(fā)展有限公司，江蘇 蘇州 215122

3.香港城市大學(xué)生物化學(xué)系，中國(guó) 香港

研究了水葫蘆根系作為生物吸附劑凈化廢水中的Cu和Cd污染。結(jié)果表明，在單金屬污染條件下，水葫蘆根系對(duì)2種重金屬都表現(xiàn)出較高的去除率，但在Cu-Cd復(fù)合污染條件下，Cu2+的存在對(duì)Cd2+的吸附表現(xiàn)出強(qiáng)烈的抑制作用。通過(guò)測(cè)定吸附前后溶液中Ca2+、Mg2+、K+和H+濃度變化確定了生物選擇性吸附過(guò)程中離子交換機(jī)理的作用。X射線光電子能譜檢測(cè)表明，根系表面的胺和含氧官能團(tuán)在吸附過(guò)程中通過(guò)螯合方式去除重金屬離子起到了非常重要的作用。Cu2+的存在可以替代吸附劑上Cd2+的所有吸附位點(diǎn)。在多種金屬?gòu)?fù)合污染條件下，競(jìng)爭(zhēng)抑制作用是導(dǎo)致凈化效果差異的關(guān)鍵因素，并闡明了競(jìng)爭(zhēng)抑制機(jī)理。

競(jìng)爭(zhēng)抑制；水葫蘆根系；吸附

近年來(lái)，水環(huán)境污染已經(jīng)成為世界范圍內(nèi)廣泛關(guān)注的環(huán)境問(wèn)題[1]。隨著冶金、采礦、制革等行業(yè)的快速發(fā)展，大量富含重金屬的廢水流入水體，由于它們具有毒性強(qiáng)、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、易生物積累等特點(diǎn)，使得重金屬污染廢水的修復(fù)和治理變得尤為重要和迫切[2]。Cd和Cu是很多工廠排放廢水中的常見(jiàn)污染物，Cu污染主要來(lái)源于無(wú)線電生產(chǎn)和電子行業(yè)，也常見(jiàn)于廚房用具、肥料、殺菌劑等[3]。Cu是動(dòng)植物的必需微量元素之一，但當(dāng)暴露濃度過(guò)高時(shí)，將會(huì)對(duì)動(dòng)植物產(chǎn)生嚴(yán)重傷害，尤其是對(duì)魚(yú)類，短時(shí)間暴露可能會(huì)影響呼吸、細(xì)胞壁的正常功能，長(zhǎng)時(shí)間暴露可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重疾病甚至死亡[4]。Cd常用于電池、防火系統(tǒng)、低熔點(diǎn)的合金等行業(yè)[5]。當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間暴露時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致腎和骨骼的嚴(yán)重?fù)p傷[6]。這2種金屬經(jīng)常復(fù)合出現(xiàn)在工業(yè)廢水中，不僅加大了廢水的毒性，而且增加了治理的難度[7]。

筆者利用水葫蘆根系作為生物吸附劑凈化廢水中Cu和Cd污染，研究了在單金屬污染和Cu-Cd復(fù)合污染條件下根系表現(xiàn)出的凈化效果差異，并闡明了競(jìng)爭(zhēng)抑制機(jī)理。

1 材料和方法

1.1 水葫蘆根系的準(zhǔn)備

水葫蘆植株采自蘇州某河流，根系分離后用自來(lái)水沖洗5～7遍，蒸餾水沖洗3遍，105 ℃烘干直至恒重，剪切成3～5 cm小段，放入干燥器中備用。

1.2 水葫蘆根系的性質(zhì)

取適量根系，采用雙陽(yáng)極Mg Kα射線(1 253.6 eV)作為輻射源進(jìn)行X射線光電子能譜(XPS)分析，分析試驗(yàn)在ESCALAB MK Ⅱ光度計(jì)上進(jìn)行。XPS峰強(qiáng)度通過(guò)CPS(counts per second)記錄。利用XPS Peak 4.1軟件對(duì)C1s和O1s峰進(jìn)行去卷積計(jì)算，并用Tougaard基線和Gaussian-Lorentzian總函數(shù)迭代最小二乘擬合算法進(jìn)行分析[8]。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在Cu-Cd金屬競(jìng)爭(zhēng)抑制試驗(yàn)中，固定一種金屬離子的濃度(30 mgL)，改變另一種金屬離子濃度。在pH影響試驗(yàn)中，使用20 mg的水葫蘆根系吸附劑，50 mL的金屬離子溶液，Cu2+和Cd2+濃度均為30 mgL。在動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)中，使用50 mg的水葫蘆根系吸附劑，100 mL的金屬離子溶液，Cu2+和Cd2+濃度均為30 mgL，以蒸餾水作為空白。

所有試驗(yàn)均在恒溫振蕩器中進(jìn)行，除pH影響試驗(yàn)外，其他試驗(yàn)初始pH均被調(diào)節(jié)為5.50±0.05。在反應(yīng)過(guò)程中，分別從溶液中取樣1.0 mL至容量瓶，用2%HNO3溶液定容至刻度，使用電感耦合等離子體-原子發(fā)射光譜(ICP-AES)測(cè)定Cu2+、Cd2+濃度以及Ca2+、Mg2+、K+濃度。

2 結(jié)果與分析

2.1 條件試驗(yàn)

2.1.1 生物吸附過(guò)程中Cu2+對(duì)Cd2+的抑制作用

溶液pH為3.0～6.0時(shí)，Cu和Cd在水溶液中均以二價(jià)形式存在[9-11]。圖1顯示單金屬體系及Cu-Cd復(fù)合體系中Cu2+和Cd2+吸附量隨時(shí)間的變化。由圖1可見(jiàn)，在單金屬體系中，水葫蘆根系吸附劑對(duì)Cd2+的吸附能力比Cu2+強(qiáng)，但在Cu-Cd復(fù)合體系中，吸附劑對(duì)Cd2+的吸附能力明顯受到Cu2+的抑制，雖然反應(yīng)初期對(duì)Cd2+的吸附量達(dá)到最大，但隨著反應(yīng)的繼續(xù)，部分已經(jīng)被吸附在根系吸附劑表面的Cd2+又重新釋放到溶液中。

注：Cd和Cu的濃度均為30 mgL。

2.1.2 共存金屬離子對(duì)生物吸附的影響

生物吸附過(guò)程中可能會(huì)受到共存離子的顯著影響。圖2顯示Cd-Cu復(fù)合體系中水葫蘆根系吸附劑對(duì)金屬的吸附情況。由圖2(a)可以看出，Cd2+的存在并沒(méi)有顯著降低Cu2+的吸附量，對(duì)Cu2+的吸附影響較小，隨著金屬?gòu)?fù)合體系中Cd2+濃度從0增至40 mgL，吸附劑對(duì)Cu2+的吸附能力僅下降了13%。但是，Cu2+的存在顯著降低了水葫蘆根系吸附Cd2+的能力，當(dāng)溶液中Cu2+濃度為40 mgL時(shí)，其對(duì)Cd2+的吸附能力幾乎完全消失〔圖2(b)〕。Cu2+的存在對(duì)水葫蘆根系吸附Cd2+的強(qiáng)烈競(jìng)爭(zhēng)影響表明，水葫蘆根系作為生物吸附劑對(duì)Cu2+具有更強(qiáng)的親和力。

圖2 pH為5.50±0.05時(shí)水葫蘆根系在Cd-Cu復(fù)合體系中的吸附Fig.2 Uptake of heavy metals in a Cd-Cu dual metal system with pH 5.50±0.05

2.1.3 溶液初始pH對(duì)Cd2+抑制過(guò)程的影響

圖3顯示溶液初始pH對(duì)Cd-Cu復(fù)合體系吸附的影響(Cd2+和Cu2+濃度均為30 mgL，pH為3.0～6.0)。

圖3 Cd2+和Cu2+濃度為30 mgL時(shí)溶液初始pH對(duì)Cu-Cd復(fù)合體系吸附的影響Fig.3 Effect of solution pH on adsorption in binary system, concentrations of Cd2+ and Cu2+ were both 30 mgL

由圖3可見(jiàn)，在初始pH為3.0時(shí)，由于H+的競(jìng)爭(zhēng)影響[12]，根系對(duì)Cu2+的吸附量?jī)H為6.78 mgg，而幾乎完全抑制了Cd2+的吸附。隨著溶液pH的增加，H+的競(jìng)爭(zhēng)影響減少，水葫蘆根系對(duì)2種金屬的吸附量均有所提高，但提高幅度相差較大，當(dāng)pH增加到6.0時(shí)，Cu2+的吸附量增至21.45 mgg，而Cd2+的吸附量增加較慢，最后維持在4.50 mgg。表明溶液pH并沒(méi)有顯著改變Cu2+對(duì)水葫蘆根系吸附Cd2+的競(jìng)爭(zhēng)抑制影響。Cu2+的存在對(duì)生物吸附Cd2+的影響受pH的影響較小。

2.2 競(jìng)爭(zhēng)抑制機(jī)理研究

2.2.1 吸附過(guò)程中輕金屬離子的釋放

重金屬離子的生物吸附通常是一個(gè)離子交換的過(guò)程，包括吸附劑表面的陽(yáng)離子(如H+，Ca2+等)與溶液中被吸附離子的交換過(guò)程[13]。試驗(yàn)中同時(shí)監(jiān)測(cè)了溶液體系pH及Ca2+、Mg2+和K+濃度的變化(圖4)。由圖4可見(jiàn)，生物吸附過(guò)程中pH及Ca2+濃度的變化非常顯著，但Mg2+和K+濃度的變化較小，可以忽略。另外在Cu和Cd的單金屬體系中Mg2+濃度的變化趨勢(shì)幾乎相同。

從圖4(a)可以看出，水葫蘆根系的加入導(dǎo)致了空白體系pH的增加，這是由于根系表面含有的大量官能團(tuán)的緩沖作用[11]。在Cu的單金屬體系中，水葫蘆根系的生物吸附過(guò)程導(dǎo)致了溶液pH的降低，而在Cd的單金屬體系中，吸附過(guò)程卻導(dǎo)致體系pH的增加，但增幅較空白對(duì)照小〔圖4(a)〕，這表明在吸附過(guò)程中，Cd2+和Cu2+都與根系表面的H+發(fā)生了離子交換，但交換的程度不同，顯然在吸附過(guò)程中Cu2+置換了更多的H+。

圖4 吸附過(guò)程中溶液pH及Ca2+，Mg2+，K+濃度的變化Fig.4 Changes in solution pH and concentration of Ca2+, Mg2+ and K+ during the course of biosorption

與空白對(duì)照試驗(yàn)比較可知，吸附過(guò)程中Ca2+的釋放無(wú)論在Cd2+的單金屬體系還是在Cu2+的單金屬體系中都顯著增加〔圖4(b)〕，這也證實(shí)了吸附過(guò)程中重金屬離子與水葫蘆根系上的Ca2+發(fā)生了離子交換過(guò)程。在Cu2+的單金屬體系中Ca2+濃度變化更顯著，這可能是由于水葫蘆根系表面的結(jié)合位點(diǎn)對(duì)Cu2+具有更高的親和力。

2.2.2 Cd2+的解吸

由于水葫蘆根系表面對(duì)不同金屬離子的親和力差異顯著，導(dǎo)致Cu2+的存在對(duì)水葫蘆根系吸附Cd2+具有顯著的競(jìng)爭(zhēng)抑制作用。另外，從動(dòng)力學(xué)的試驗(yàn)結(jié)果可以看出，在Cd-Cu復(fù)合體系中，吸附劑對(duì)Cd2+的吸附量在初始反應(yīng)的10 min即達(dá)到飽和，隨著反應(yīng)的進(jìn)行吸附量反而有所下降(圖1)。為了進(jìn)一步了解生物吸附劑對(duì)這2種金屬的親和力，在Cd2+的單金屬體系中將吸附完成后的水葫蘆根系取出，分別放入50 mL蒸餾水中及濃度為30 mgL的Cu2+溶液中，研究Cd2+的解吸情況，結(jié)果如圖5所示。從圖5可見(jiàn)，Cd2+在蒸餾水中的解吸程度非常小，但在Cu2+溶液中，已經(jīng)吸附在根系表面95%的Cd2+被解吸下來(lái)。這表明根系表面被Cd2+占據(jù)的吸附活性位點(diǎn)逐漸被Cu2+所置換取代。

圖5 水葫蘆根系表面吸附的Cd2+在蒸餾水和Cu2+溶液(30 mgL)中的解吸Fig.5 Desorption of Cd2+ in distilled water and Cu2+ solution (30 mgL)

圖6顯示解吸過(guò)程中溶液pH、Ca2+濃度以及Cu2+吸附量的變化。吸附完Cd2+的水葫蘆根系在Cu2+溶液中對(duì)Cu2+同樣表現(xiàn)出非常強(qiáng)的吸附能力，吸附量與原根系幾乎相當(dāng)〔圖6(a)〕。這表明根系表面吸附的Cd2+沒(méi)有顯著影響其對(duì)Cu2+的吸附。另外，在Cu2+的單金屬體系中，使用原始根系吸附后，體系的pH由5.61降到5.08；而使用吸附完Cd2+的根系吸附，體系的pH由5.60降到5.26，反應(yīng)過(guò)程pH的變幅變小，這可能是由于吸附Cd2+的過(guò)程中結(jié)合在生物吸附劑根系表面的許多H+已經(jīng)被Cd2+取代所致。

另外，對(duì)比圖4(b)和圖6(b)可見(jiàn)，Cu2+將根系表面置換下來(lái)的Ca2+最終濃度為5.4 mgL，而Cd2+將根系表面置換下來(lái)的Ca2+最終濃度為3.0 mgL，有一部分Ca2+不能被Cd2+置換下來(lái)。根據(jù)圖6(b)可以看出，吸附完Cd2+的水葫蘆根系在Cu2+溶液中可以置換出Ca2+的最終濃度為2.3 mgL，不能被Cd2+置換下來(lái)的Ca2+在Cu2+溶液中被置換下來(lái)，證明水葫蘆根系對(duì)Cu2+的吸附能力較對(duì)Cd2+強(qiáng)。

圖6 吸附完Cd2+后的水葫蘆根系在Cu2+溶液中的吸附及Ca2+的釋放和pH的變化Fig.6 Sorption amount of Cu2+, Ca2+ concentration and pH of solution on Cd-sorbed water hyacinth roots

2.2.3 X射線光電子能譜分析

注：(a)和(d)為原水葫蘆根系；(b)和(e)為吸附完Cd2+的水葫蘆根系；(c)和(f)為吸附完Cu2+的水葫蘆根系。

因?yàn)樗J根系具有相對(duì)較小的比表面積[11]，物理吸附并不是其吸附Cd2+和Cu2+的主要方式，試驗(yàn)表明，在吸附過(guò)程中存在Ca2+和H+的釋放，這表明吸附過(guò)程包含離子交換的機(jī)理。另外，水葫蘆根系表面具有大量有機(jī)官能團(tuán)，其對(duì)金屬的吸附過(guò)程可能存在配位、螯合等化學(xué)吸附反應(yīng)，因此對(duì)吸附前后的水葫蘆根系進(jìn)行了高分辨XPS光譜掃描分析。水葫蘆根系表面存在以蛋白質(zhì)和多肽形式存在的氨基官能團(tuán)，Cu2+和Cd2+能夠通過(guò)螯合的形式與其形成復(fù)合物。圖7顯示了水葫蘆根系吸附金屬前后的高分辨XPS光譜。對(duì)原根系樣品中的N1s峰進(jìn)行去卷積處理后可以產(chǎn)生3個(gè)單獨(dú)的峰〔圖7(a)〕，其結(jié)合能分別以399.6、400.2和401.4 eV為中心，分別對(duì)應(yīng)的是胺基、氨基和質(zhì)子化的氨基官能團(tuán)。對(duì)吸附Cd的根系樣品中的N1s峰進(jìn)行去卷積處理，也可以得到3個(gè)峰〔圖7(b)〕，但是結(jié)合能有所偏移(399.7、400.4和401.6 eV)，由于氮原子上的孤對(duì)電子對(duì)金屬離子的空軌道的貢獻(xiàn)，促使配合物上面的電子云密度向金屬中心偏移，從而使得N1s峰向更高的結(jié)合能偏移，這暗示了Cd2+吸附在這些官能團(tuán)上。但是對(duì)吸附Cu的根系樣品中的N1s峰進(jìn)行去卷積處理，僅得到2個(gè)峰，分別以399.7和400.2 eV為中心〔圖7(c)〕，質(zhì)子化的氨基官能團(tuán)相對(duì)應(yīng)的峰已經(jīng)消失，氨基中氮原子的孤對(duì)電子可以與H+結(jié)合，形成質(zhì)子化的氨基，也可以與金屬離子絡(luò)合，形成絡(luò)合物。水葫蘆吸附金屬離子后，很多氨基被金屬離子占據(jù)，造成質(zhì)子化的氨基數(shù)量減少，甚至消失(吸附Cu2+后)。吸附Cu的根系的質(zhì)子化的氨基峰消失，說(shuō)明Cu2+已取代H+，占據(jù)了H+原來(lái)占用的氨基。這表明Cu2+和Cd2+一樣，也能與水葫蘆根系表面的胺基官能團(tuán)形成配位化合物。另外，它還可以利用根系表面質(zhì)子化的氨基官能團(tuán)，將原先結(jié)合的H+釋放出來(lái)。

由于水葫蘆根系主要由木質(zhì)素和纖維素組成，所以根系表面的含氧官能團(tuán)也可能對(duì)金屬離子的吸附產(chǎn)生較大影響。圖7(d)～(f)展示了吸附重金屬前后水葫蘆根系的O1s譜圖。對(duì)原根系樣品的O1s峰進(jìn)行去卷積后可以產(chǎn)生3個(gè)單獨(dú)的峰，結(jié)合能分別以531.3、532.7和534.5 eV為中心。它們分別被定性為C=O〔酮、內(nèi)酯和羰基，定義為O(Ⅰ)〕，C—O〔醇式羥基和醚，定義為O(Ⅱ)〕以及C(=O)O結(jié)合物〔酯，羧基和羧酸酯，定義為O(Ⅲ)〕[14-15]。隨著Cd2+的吸附，導(dǎo)致根系表面的O1s峰去卷積后產(chǎn)生的3個(gè)峰的結(jié)合能發(fā)生一定偏移(531.2、532.8和534.9 eV)。O(Ⅰ)O(Ⅱ)的比值從22%減少到14%。當(dāng)吸附Cu2+后，根系表面的O1s峰去卷積后產(chǎn)生的3個(gè)峰的結(jié)合能，分別以531.9、532.9和534.4 eV為中心，其O(Ⅰ)O(Ⅱ)的比值從22%增加到82%。這種結(jié)合能的偏移也象征著多種含氧官能團(tuán)上電子云密度的變化，可能是由于與金屬離子形成復(fù)合物引起的。另外，吸附過(guò)程也改變了官能團(tuán)上部分氧原子的化學(xué)狀態(tài)，Cu2+的吸附產(chǎn)生的變化更明顯，這意味著與含氧官能團(tuán)發(fā)生的作用更強(qiáng)烈。也說(shuō)明了水溶液中Cu2+的存在對(duì)水葫蘆根系吸附去除Cd2+產(chǎn)生的競(jìng)爭(zhēng)抑制影響。

3 結(jié)論

利用水葫蘆根系作為生物吸附劑凈化廢水中的Cd2+和Cu2+，在單金屬體系中，水葫蘆根系對(duì)Cd2+和Cu2+均表現(xiàn)出較強(qiáng)的吸附能力，吸附量分別為32.2和22.7 mgg，但在Cu-Cd復(fù)合體系中，Cu2+的存在對(duì)根系吸附Cd2+具有強(qiáng)烈的抑制影響。Ca2+和H+的釋放不僅證明了吸附過(guò)程中離子交換機(jī)理的存在，而且也證明了根系表面對(duì)2種金屬離子的吸附結(jié)合位點(diǎn)不同。將吸附完Cd2+的水葫蘆根系放入Cu2+的單金屬體系中，可以將吸附在根系表面的Cd2+成功地解吸下來(lái)，且不會(huì)顯著減少根系對(duì)Cu2+的吸附量，表明水葫蘆根系對(duì)Cu2+的親和力比Cd2+更強(qiáng)，原先被Cd2+所占據(jù)的結(jié)合位點(diǎn)可以被Cu2+所取代。通過(guò)X射線光電子能譜分析顯示，金屬離子與胺基以及含氧官能團(tuán)的螯合作用也是水葫蘆根系吸附Cd2+和Cu2+的重要方式。水葫蘆根系作為生物吸附劑可以成功去除廢水中的Cd2+或Cu2+污染，但是當(dāng)有多重金屬共同存在時(shí)，應(yīng)當(dāng)充分考慮競(jìng)爭(zhēng)抑制的影響。

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《環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報(bào)》征稿啟事

《環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報(bào)》是中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)部主管、中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院主辦，面向國(guó)內(nèi)外公開(kāi)發(fā)行的環(huán)境工程技術(shù)領(lǐng)域綜合性科技期刊。

本刊的主要欄目有：水污染控制技術(shù)與資源化利用，大氣污染控制技術(shù)與清潔能源的利用，土壤污染防治與農(nóng)村環(huán)境綜合整治技術(shù)，固體廢物污染防治與資源化技術(shù)，生物、生態(tài)工程與恢復(fù)技術(shù)，基于循環(huán)經(jīng)濟(jì)的污染綜合防治技術(shù)，輻射與振動(dòng)污染防治技術(shù)，其他環(huán)境系統(tǒng)工程與管理技術(shù)(包括環(huán)境信息集成技術(shù)、監(jiān)測(cè)與監(jiān)控技術(shù)、區(qū)域環(huán)境整治及城市污染綜合治理示范性工程技術(shù)等)方面的研究新成果論文、環(huán)境工程新技術(shù)推廣應(yīng)用案例；環(huán)保產(chǎn)業(yè)政策與管理，行業(yè)動(dòng)態(tài)，熱點(diǎn)論壇，研究簡(jiǎn)報(bào)，學(xué)術(shù)活動(dòng)信息等。

為了將《環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報(bào)》辦成匯集環(huán)保工程技術(shù)創(chuàng)新、環(huán)保工程技術(shù)新成果及推廣應(yīng)用、環(huán)保產(chǎn)業(yè)政策、行業(yè)動(dòng)態(tài)、專家言論于一體的我國(guó)環(huán)保工程技術(shù)領(lǐng)域的高端精品刊物，《環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報(bào)》堅(jiān)持全心全意依靠本學(xué)科專家辦刊，聘請(qǐng)來(lái)自國(guó)內(nèi)外著名研究機(jī)構(gòu)和高等院校的知名專家學(xué)者組成編委會(huì)。在編委會(huì)的領(lǐng)導(dǎo)下，形成以編委、學(xué)科帶頭人和著名專家教授為核心的約稿、初篩選、評(píng)審、定稿、審讀的“專家系統(tǒng)”及規(guī)范化的稿件深加工系統(tǒng)，形成高效規(guī)范化運(yùn)作機(jī)制。

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CompetitiveInhibitionofCd2+SorptiononWaterHyacinthRootsbyCu2+

ZHENG Jia-chuan1， FENG Hui-min2， LIN Han-hua3

1.Suzhou Environmental Science Research Institute, Suzhou 215007, China
2.CS SIP Tsingcheng Environment Development Co., Ltd, Suzhou 215122, China
3.Department of Biology and Chemistry, City University of Hong Kong, Hong Kong, China

The removal of Cu2+and Cd2+in water by water hyacinth roots was studied. The results show that with individual metal pollution, water hyacinth roots can remove Cu2+and Cd2+efficiently. However, in a dual-metal arrangement, Cu2+was found to pose a strong inhibition effect on Cd2+uptake by the biosorbent. The release of Ca2+, Mg2+, K+and H+from water hyacinth roots confirms the existence of an ion exchange process in the biosorption of the two cationic metal ions. X ray photoelectron spectroscopy further reveals that amine and oxygen-containing groups in the biosorbent also contribute to the metal uptake via chelation. Experiment with Cd2+-sorbed biosorbent shows that Cu2+can displace almost all of the adsorbed Cd2+from their binding sites on the biosorbent. In a several-metal arrangement, the competitive inhibition is a critical factor causing the different sorption amounts. The mechanism of competitive inhibition was also studied.

inhibition; water hyacinth roots; sorption

1674-991X(2013)05-0405-07

2013-04-09

收稿日期:江蘇省環(huán)境保護(hù)科研課題(2012041)；蘇州市科技計(jì)劃項(xiàng)目(SS201233)

鄭家傳(1979—)，男，工程師，博士，主要從事污染場(chǎng)地調(diào)查修復(fù)及技術(shù)應(yīng)用、污水處理工程等工作，zhengjc@mail.ustc.edu.cn

X703.1

A

10.3969j.issn.1674-991X.2013.05.063