黑曲霉發(fā)酵菌渣對臧紅T的吸附研究

魏姜勉 魯雷震 焦國寶 劉家揚 陸雋鶴

（1. 黃淮學(xué)院生物與食品工程學(xué)院，駐馬店 463000；2. 河南仰韶生化工程有限公司，三門峽 472400；3. 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，南京 210095）

黑曲霉發(fā)酵菌渣對臧紅T的吸附研究

魏姜勉1魯雷震1焦國寶2劉家揚1陸雋鶴3

（1. 黃淮學(xué)院生物與食品工程學(xué)院，駐馬店 463000；2. 河南仰韶生化工程有限公司，三門峽 472400；3. 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，南京 210095）

將糖化酶發(fā)酵生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的黑曲霉菌渣作為一種復(fù)合吸附劑進行了染料吸附研究，以挖掘其吸附潛力。首先對菌渣的理化性質(zhì)進行了分析，然后以臧紅T為模型染料，考察了幾種因素（接觸時間、溶液溫度、吸附劑量、初始濃度和鹽離子）對吸附的影響，并將所得數(shù)據(jù)用等溫吸附方程、動力學(xué)方程和熱力學(xué)方程進行了模型擬和。結(jié)果表明，吸附可在2 h內(nèi)達(dá)到平衡，吸附過程符合準(zhǔn)二級動力學(xué)模型，屬于化學(xué)吸附，膜擴散模型比內(nèi)擴散模型更適合解釋吸附行為；溫度對吸附有促進作用，吸附過程是一個自發(fā)的吸熱反應(yīng)；通過Langmuir方程可計算出最大單分子層吸附容量為166.67 mg/g，但Freundlich能更好的描述吸附行為，說明菌渣表面存在多個不同的吸附位點。此外，菌渣投加量和鈉離子濃度均可影響吸附效果，染料去除率最高可達(dá)91%。

黑曲霉菌渣；吸附；臧紅T；動力學(xué)；等溫吸附

糖化酶是食品級酶制劑，生產(chǎn)該酶的微生物主要是黑曲霉，發(fā)酵過程中會產(chǎn)生大量的菌體殘渣［5］。已有的研究表明，黑曲霉菌渣（主要包括菌絲體和剩余培養(yǎng)基等）含有豐富的營養(yǎng)成分，多被用于動物飼料成分之一［6］。隨著糖化酶提取工藝的改進，如在下游分離過程中添加一定量的珍珠巖、硅藻土等，黑曲霉菌渣的組成也隨之發(fā)生較大的變化，其作為動物飼料來源的安全性和營養(yǎng)價值則受到了挑戰(zhàn)。據(jù)了解，該工藝下，菌渣多采用隨處堆放處理，其價值不能被充分開發(fā)出來。已有農(nóng)戶將未經(jīng)任何處理的菌渣進行還田，卻發(fā)現(xiàn)土壤的酸堿性也發(fā)生改變，對作物的生長和收成勢造成了負(fù)面影響。據(jù)報道，目前微生物菌渣的處理方法主要有混合堆肥、焚燒、還田及進一步發(fā)酵處理等［7-9］。也有研究將微生物菌渣作為吸附劑用來去除水中的重金屬及有機物［10-11］。為此，本研究將黑曲霉菌渣作為一種復(fù)合吸附劑，揭示其對染料的吸附性能，為菌渣的重新利用、尋找新型生物吸附劑及解決染料廢水污染提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 吸附劑 糖化酶由黑曲霉發(fā)酵生產(chǎn)，經(jīng)過濾提取后的濾餅為黑曲霉菌渣（Aspergilus niger waste），由河南仰韶生化工程有限公司提供。取發(fā)酵后新鮮的菌渣在蒸餾水中浸泡4 h后離心，去除菌渣表面粘附的蛋白等雜質(zhì)，之后于60℃條件下烘干至恒重，室溫下保存?zhèn)溆?。用JW-BK100A型比表面及孔徑分析儀對菌渣吸附劑的物理性質(zhì)（比表面積、孔容和孔徑）進行分析。菌渣中粗纖維（CC）、粗脂肪（CF）、粗蛋白（CP）、粗灰分（CA）的含量分別采用國標(biāo)GB/T 6434-2006、GB/T 6433-2006、GB/T 6432-1994、GB/T 6438-2007進行測定。

1.1.2 染料臧紅T 臧紅T購于國藥集團化學(xué)試劑有限公司，50 mg/L的染料溶液用U-3600 紫外-可見分光光度計（島津公司，日本）進行全波長掃描，其最大吸收峰在554 nm處。配置染料溶液所用的水為通過Mili-Q 純化系統(tǒng)（重慶利迪水處理技術(shù)公司）制備的超純水。在吸附實驗中根據(jù)實驗需要將染料配置成不同的濃度，制作染料溶液標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.1.3 主要儀器 主要儀器有梅特勒電子分析天平、DHG-924OA型鼓風(fēng)干燥箱（常州諾基儀器）、YF-118高速中藥粉碎機（瑞安市永歷制造）、恒溫震蕩水浴鍋（江蘇金怡儀器科技有限公司）、Hitachi SU8010掃描電鏡、Nicolet iS10 FT-IR光譜儀（Thermo Fisher，美國）、JW-BK100A型比表面及孔徑分析儀（北京精微高博科學(xué)技術(shù)有限公司）和INESA可見分光光度計（上海儀電分析儀器）。

1.2 方法

1.2.1 吸附實驗 染料吸附實驗在250 mL三角瓶中并于震蕩條件下（100 r/min）進行，內(nèi)含50 mL染料溶液，吸附劑量、溫度、染料濃度根據(jù)實驗需要而調(diào)整。吸附后4 000 r/min離心5 min，取上清液根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)方程測定染料濃度，然后計算染料去除率（公式1）和菌渣的吸附容量（公式2），其中Co為初始染料濃度（mg/L），Ce為吸附后染料濃度（mg/L），V是溶液體積（L），W是吸附劑量（g），qe是吸附容量（mg/g）。

1.2.2 吸附動力學(xué) 其他實驗條件不變（pH自然，吸附劑量2 g/L，溫度室溫，初始濃度50 mg/L），考察不同吸附時間（0-10 h）對吸附的影響。將不同吸附時間下的吸附數(shù)據(jù)分別用Lagergren準(zhǔn)一級（公式3）和Ho’s準(zhǔn)二級動力學(xué)方程（公式4）進行擬合［12］，其中 qe（mg/g）和 qt（mg/g）分別是吸附平衡和吸附t時間下的吸附容量，K1為準(zhǔn)一級動力學(xué)速率常數(shù)（min-1），K2為準(zhǔn)二級吸附速率常數(shù)（L/mg·min）。

用膜擴散模型（公式5）和內(nèi)擴散模型（公式6）對吸附行為進行擬合，qe（mg/g）和 qt（mg/g）分別是吸附平衡和吸附t時間下的吸附容量，K3為平衡速率常數(shù)（min-1），K4為內(nèi)擴散速率常數(shù)［mg/（g·min1/2）］，C為粒子擴散方程常數(shù)。

1.2.3 吸附熱力學(xué) 其他實驗條件不變（pH自然，吸附劑量2 g/L，初始濃度50 mg/L，吸附時間4 h），考察不同溫度（20-60℃）對吸附的影響。根據(jù)公式（7）和（8）計算吸附過程的吉布斯自由能變化、熵變和焓變［12］，其中R為常數(shù)（8.314 3 J/（md·K），T為開氏溫度，qe（mg/g）和Ce（mg/L）分別是吸附平衡是的吸附容量和染料濃度。

1.2.4 吸附等溫方程 其他實驗條件不變（pH自然，吸附劑量2 g/L，溫度室溫，吸附時間4 h），考察不同染料初始濃度（20-600 mg/L）對吸附的影響。將不同染料濃度下的吸附數(shù)據(jù)分別用Langmuir和Freundlich等溫吸附方程進行擬合［12］。Langmuir線性方程如下（公式9），其中Kα（L/mg）是吸附常數(shù)，qm（mg/g）是單層最大吸附容量，qe（mg/g）和Ce（mg/L）分別是吸附平衡是的吸附容量和染料濃度。

Freundlich線性方程如下（公式10），其中KF是吸附容量（mg/g），1/n為吸附常數(shù)。

1.2.5 電鏡觀察和紅外光譜分析 用Hitachi SU8010掃描電鏡對菌渣進行微觀結(jié)構(gòu)觀察，加速電壓為10 kV，工作距離8.1-8.7 mm。分別對染料吸附前后的菌渣進行紅外光譜分析（FTIR），設(shè)備為Nicolet iS10 FT-IR光譜儀（Thermo Fisher，美國），掃描波長為 4 000-400 cm-1。

2 結(jié)果

2.1 黑曲霉菌渣的物理化學(xué)特性及臧紅T標(biāo)準(zhǔn)曲線

對黑曲霉菌渣進行了電鏡觀察（圖1），從中可以看出黑曲霉菌的球形菌絲體以及不同形狀、大小的巖土。

圖1 黑曲霉菌渣（A）及其電鏡照片（B）

進一步分析了菌渣的化學(xué)組成，結(jié)果如圖2所示。該黑曲霉菌渣含量最高的是灰分（CA），約70%；其次是粗蛋白（CP），約16%；粗脂肪和粗纖維含量則相對較少。在實際生產(chǎn)過程中，為提高糖化酶提取效率，每升發(fā)酵液中分別加入了50 g珍珠巖和70 g硅藻土，因此與未添加珍珠巖和硅藻土的黑曲霉菌渣營養(yǎng)成分相比［6］，該菌渣中大部分成分為灰分。此外，物理性質(zhì)分析表明黑曲霉菌渣的比表面積為1.923 m2/g，總孔容為0.022 cm3/g，平均孔徑為39.404 nm。染料吸附前后的菌渣紅外光譜圖如圖2-B所示，菌渣的主要吸收峰出現(xiàn)在3 620 cm-1-3 284 cm-1、2 925 cm-1、1 649 cm-1、1 039 cm-1、787 cm-1和462 cm-1附近，分別對應(yīng)O-H的伸縮振動、C-H伸縮振動、C=O伸縮振動、C-O-C彎曲振動、雜環(huán)芳烴（1 000 cm-1以下）；吸附后的譜峰在這些區(qū)域均發(fā)生明顯變化，表明了化學(xué)基團的參與［13-14］。

圖2 黑曲霉菌渣中幾種主要成分的相對含量

將50 mg/L的染料溶液用U-3600 紫外-可見分光光度計（島津公司，日本）進行全波長掃描，其最大吸收峰在554 nm處（圖3-A），與孫哲等［15］的報道一致。染料溶液加入菌渣進行吸附24 h后，554 nm處的吸收峰明顯降低，且在可見光范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)新的吸收峰，說明菌渣可高效吸附臧紅T，且不會在溶液中引入新的污染物。在吸附實驗中根據(jù)實驗需要將染料配置成不同的濃度，制作染料溶液標(biāo)準(zhǔn)曲線（圖3-B）。

圖3 臧紅T化學(xué)結(jié)構(gòu)及吸附前后的全波長掃描（室溫下）（A）及標(biāo)準(zhǔn)曲線（B）

2.2 吸附動力學(xué)

圖4描述了時間對吸附的影響和兩個動力學(xué)模型。由圖可知，快速吸附發(fā)生在開始的30 min內(nèi)，染料去除率可到達(dá)65%以上。1-2 h內(nèi)的吸附逐漸緩慢，2 h以后則達(dá)到了吸附平衡，染料去除率和吸附容量均不再增加，推測屬于膜擴散行為。通過動力學(xué)方程可以看出，準(zhǔn)二級動力學(xué)方程（圖4-C）能更好的描述吸附過程（R2=0.999），相關(guān)參數(shù)列于表1。由準(zhǔn)二級動力學(xué)方程計算出的qe（19.57 mg/g）與實驗值（19.35 mg/g）也非常接近。準(zhǔn)一級動力學(xué)認(rèn)為物理吸附是限速步驟，準(zhǔn)二級則將化學(xué)吸附描述為限速步驟。因此，菌渣吸附臧紅T的過程屬于化學(xué)吸附。

圖4 接觸時間對吸附的影響（A）及動力學(xué)方程（B：準(zhǔn)一級動力學(xué)；C：準(zhǔn)二級動力學(xué)）

表1 菌渣吸附臧紅T的動力學(xué)參數(shù)

實驗數(shù)據(jù)分別用膜擴散模型和內(nèi)擴散模型進行了模擬，結(jié)果如圖5所示。通過相關(guān)系數(shù)的比較，發(fā)現(xiàn)膜擴散模型能更好的描述菌渣對染料臧紅T的吸附。但二者模擬的相關(guān)系數(shù)均不是很高，可能菌株吸附臧紅T的過程包含了膜擴散和內(nèi)擴散。

圖5 菌渣吸附臧紅T的膜擴散模型（A）和內(nèi)擴散模型（B）

2.3 吸附熱力學(xué)

考察了20-60℃范圍內(nèi)不同溫度對吸附的影響并計算了不同溫度下的反應(yīng)吉布斯自由能，結(jié)果如圖6所示。菌渣對臧紅T的吸附隨著溫度的升高而不斷增加，從20-60℃，染料去除率幾乎提高了30%，說明吸附過程為吸熱過程。通常提高環(huán)境溫度可以增加分子運動和吸附劑表面活力，進而促進吸附效率的提高［12］。在5個溫度條件下，ΔG°均為負(fù)值，說明反應(yīng)可自發(fā)進行。以溫度為橫坐標(biāo)，ΔG°為縱坐標(biāo)進行作圖（圖6-B），并根據(jù)公式計算出 ΔS° =103.9 J/（mol·K），ΔH°=29 734 J/mol，進一步表明吸附為吸熱反應(yīng)，實際工業(yè)廢水中的熱量則利用吸附的進行［4］。在多巴胺改性的沙棘合成材料（PDA@SBP）吸附水體中臧紅T的實驗中也得到了類似的熱力學(xué)結(jié)果［14］。

圖6 不同溫度對吸附的影響（A）及熱力學(xué)方程（B）

2.4 等溫吸附方程

考察了不同染料初始濃度對染料去除率和吸附容量的影響，結(jié)果如圖7-A所示。隨著染料濃度的增加，由于吸附位點逐漸被占據(jù)，從而去除率不斷下降，而吸附容量則不斷增大。在染料濃度20 mg/L時，去除率最高，達(dá)到84%；在染料濃度600 mg/L時，去除率約為46%，吸附容量約為137 mg/g。將實驗數(shù)據(jù)分別用Langmuir和Freundlich等溫吸附方程進行模擬，結(jié)果如圖7-B，7-C所示。在兩個等溫吸附模型中，F(xiàn)reundlich能更好的描述吸附過程（R2=0.99），表明菌渣吸附劑表面有多個不同類型的吸附位點，吸附臧紅T的過程為多分子層吸附。相關(guān)吸附參數(shù)經(jīng)過計算列于表2。由等溫吸附方程和表2可知，菌株對臧紅T的最大單層吸附容量為166.67 mg/g，比海藻酸纖維對臧紅T的吸附容量（約11 mg/g）高約 15 倍［15］。Mandal等［13］用聚丙烯酸鈉和羧甲基纖維素鈉合成水溶膠作為吸附劑去除水相中的臧紅T，得到了最大吸附容量9.45 mg/g和去除率94.5%。Xu等［14］用多巴胺改性的沙棘合成材料（PDA@SBP）吸附水體中的臧紅T發(fā)現(xiàn)，其最大吸附容量為54 mg/g。

圖7 不同染料濃度對吸附的影響（A）及等溫吸附方程（B：Langmuir；C：Freundlich）

表2 菌渣吸附臧紅T的等溫吸附參數(shù)

2.5 吸附劑量與鹽離子對吸附的影響

其他實驗條件不變（pH自然，初始濃度50 mg/L，吸附時間4 h，溫度室溫），考察了不同吸附劑量（0.2-8 g/L）和氯化鈉濃度（0-1 mol/L）對吸附的影響，結(jié)果如圖8。隨著菌渣劑量的增加，溶液中臧紅T的去除率不斷提高，但吸附容量則明顯下降，當(dāng)吸附劑量超過3 g/L時，染料去除率增速則趨于緩慢［1］。當(dāng)吸附劑量為8 g/L時，去除率最大為91%，此時的吸附容量僅為30 mg/g。溶液中未被吸附的染料分子（約10%）可能是解吸附過程造成的。在實際應(yīng)用中，建議菌渣的使用量為2-4 g/L。該實驗中，當(dāng)吸附劑量為2 g/L時（其他條件同上），低濃度的鈉離子對菌渣去除水體中的臧紅T具有明顯的增強作用，當(dāng)鈉離子濃度為0.1 mol/L時染料去除率達(dá)到80%，是未添加鈉離子時的3倍。但鈉離子濃度進一步高于此濃度時，增強作用基本趨于平衡。

圖8 不同吸附劑量（A）及氯化鈉濃度（B）對吸附的影響

3 討論

該研究首次將工業(yè)發(fā)酵黑曲霉菌渣作為一種吸附劑并考察了其對染料臧紅T的吸附效果。論文中使用的黑曲霉菌渣和已有報道的菌渣吸附劑有較大的不同，之前的研究多集中在利用單一的發(fā)酵菌體進行吸附［16-18］。該菌渣是一種包含黑曲霉菌體、珍珠巖和硅藻土等主要成分的復(fù)合吸附劑，研究表明這三種成分均具有較好的吸附能力［16］，因此和單一的發(fā)酵菌體相比具有獨特的優(yōu)勢，尤其是處理含有多種污染物的廢水時可能具有較好的凈化效果。此外，染料溶液加入菌渣進行吸附后，染料的特征吸收峰明顯降低甚至消失，并在可見光范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)新的吸收峰，說明菌渣可高效吸附染料，且不會在溶液中引入新的污染物，這與植物性吸附劑材料相比同樣具有優(yōu)勢［1，4］。

黑曲霉菌渣對臧紅T的吸附可用準(zhǔn)二級動力學(xué)模型描述，準(zhǔn)一級動力學(xué)模型則稍差，說明吸附過程包含了物理和化學(xué)吸附，以化學(xué)吸附為主要限速步驟。用海藻酸纖維、多巴胺改性的沙棘合成材料（PDA@SBP）等材料吸附水體中的臧紅T也都可用準(zhǔn)二級動力學(xué)模型準(zhǔn)確地描述吸附臧紅T［14，15］，用黑曲霉菌粉吸附染料直接耐曬翠藍(lán)199也同樣符合準(zhǔn)二級動力學(xué)模型［19］。溫度是吸附反應(yīng)的一個重要影響因素，因為多數(shù)工業(yè)廢水排放時均含有一定的熱量［4］。該實驗中，菌株對染料的吸附隨溫度升高而增加，說明吸附為吸熱反應(yīng)，實際工業(yè)廢水中的熱量則利用吸附的進行，在一定程度上可減少操作費用的投入。

在等溫吸附模型中，F(xiàn)reundlich比Langmuir能更好的描述吸附過程，表明菌渣吸附劑表面有多個不同類型的吸附位點，吸附臧紅T的過程為多分子層吸附，這可能是由于菌渣是一種復(fù)合材料，各個材料均表現(xiàn)出了吸附特征。工業(yè)印染廢水中除了含有高濃度的染料分子外，還含有少量的金屬離子，金屬離子對吸附可能產(chǎn)生一定的抑制作用［12］。但該實驗中，低濃度的鈉離子對菌渣去除水體中的臧紅T具有明顯的增強作用，當(dāng)鈉離子濃度為0.1 mol/L時染料去除率是未添加鈉離子時的3倍，這進一步說明了工業(yè)發(fā)酵黑曲霉菌渣在實際印染廢水處理中的潛在應(yīng)用價值。

4 結(jié)論

菌渣添加量（＜4 g/L）對溶液中臧紅T的去除率具有較大影響，去除率最高可達(dá)到91%。通過Langmuir方程計算，單層最大吸附容量為166.67 mg/g。Freundlich可以較好地描述吸附行為，說明菌渣吸附臧紅T屬于多分子層吸附。吸附可在2 h達(dá)到吸附平衡，吸附過程符合準(zhǔn)二級動力學(xué)方程。溫度的增加可促進菌渣對染料的吸附，且吸附是一個自發(fā)的吸熱反應(yīng)。低濃度的鈉離子（＜0.1 mol/L）對菌渣吸附臧紅T具有增強作用。實驗結(jié)果表明發(fā)酵生產(chǎn)糖化酶后的黑曲霉菌渣可以作為一種有效的生物吸附劑用于去除水體中的染料分子，其對染料的吸附包括菌體、珍珠巖和硅藻土等成分的聯(lián)合吸附作用。

［1］陳春強, 吳娟, 鄔欣慧, 等. 水熱氫氧化鉀改性花生殼對染料的吸附性能［J］. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報, 2016, 35（11）：2224-2230.

［2］任南琪, 周顯嬌, 郭婉茜, 等. 染料廢水處理技術(shù)研究進展［J］.化工學(xué)報, 2013, 64（1）：84-89.

［3］Hameed BH. Spent tea leaves：A new non-conventional and lowcost adsorbent for removal of basic dye from aqueous solutions［J］.Journal of Hazardous Materials, 2009, 161（2-3）：753-759.

［4］Afroze S, Sen TK, Ang M, et al. Adsorption of methylene blue dye from aqueous solution by novel biomass Eucalyptus sheathiana bark：equilibrium, kinetics, thermodynamics and mechanism［J］.Desalination and Water Treatment, 2016, 57（13）：5858-5878.

［5］梁銳君, 何翠紅, 許少玉, 等. 黑曲霉菌渣在雞鴨飼料中的利用研究［J］. 飼料研究 , 2012, 4（1）：52-53.

［6］陳秀龍, 蔡冠杰, 覃新導(dǎo), 等. 黑曲霉菌渣資源化再利用途徑分析［J］. 熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué), 2011, 31（6）：24-27.

［7］劉曉梅, 鄒亞杰, 胡清秀, 等. 菌株纖維素降解菌的篩選與鑒定［J］. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報, 2015, 34（7）：1384-1391.

［8］ 李再興, 田寶闊, 左劍惡, 等. 抗生素菌株處理處置技術(shù)進展［J］. 環(huán)境工程 , 2012, 30（2）：72-75.

［9］Zhang Z, Zhao J, Yu C, et al. Evaluation of aerobic co-composting of penicillin fermentation fungi residue with pig manure on penicillin degradation, microbial population dynamics and composting maturity［J］. Bioresource Technology, 2015, 198：403-409.

［10］張金麗, 孫道華, 景孝廉, 等. Au（III）離子在黑曲霉菌上的吸附熱力學(xué)和動力學(xué)特性［J］. 化工學(xué)報, 2013, 64（4）：1281-1292.

［11］Wang BE, Hu YY. Bioaccumulation versus adsorption of reactive dye by immobilized growing Aspergillus fumigatus beads［J］.Journal of Hazardous Materials, 2008, 157（1）：1-7.

［12］Park D, Yun YS, Park JM. The past, present, and future trends of biosorption［J］. Biotechnology and Bioprocess Engineering,2010, 15（1）：86-102.

［13］Mandal B, Ray SK. Removal of safranine T and brilliant cresyl blue dyes from water by carboxy methyl cellulose incorporated acrylic hydrogels：Isotherms, kinetics and thermodynamic study［J］.Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, 2016, 60：313-327.

［14］Xu X, Bai B, Wang H, et al. Enhanced adsorptive removal of Safranine T from aqueous solutions by waste sea buckthorn branch powder modified with dopamine：Kinetics, equilibrium, and thermodynamics［J］. Journal of Physics and Chemistry of Solids,2015, 87：23-31.

［15］孫哲, 全鳳玉, 徐文, 等. 海藻酸纖維對臧紅T的吸附動力學(xué)研究［J］. 廣州化工 , 2012, 40（3）：7-10.

［16］Binupriya AR, Sathishkumar M, Swaminathan K, et al. Comparative studies on removal of Congo red by native and modified mycelial pellets of Trametes versicolor in various reactor modes［J］.Bioresource Technology, 2008, 99（5）：1080-1088.

［17］Hajahmadi Z, Younesi H, Bahramifar N, et al. Multicomponent isotherm for biosorption of Zn（II）, CO（II）and Cd（II）from ternary mixture onto pretreated dried Aspergillus niger biomass［J］. Water Resources and Industry, 2015, 11：71-80.

［18］Rostami K, Joodaki MR. Some studies of cadmium adsorption using Aspergillus niger, Penicillium austurianum, employing an airlift fermenter［J］. Chemical Engineering Journal, 2002, 89（1-3）：239-252.

［19］施建臣, 孟雪嬌, 鄭天凌, 等. 黑曲霉菌粉對直接耐曬翠藍(lán)199的吸附反應(yīng)動力學(xué)研究［J］. 廈門大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版,2013, 52（6）：830-834.

Adsorption of Safranine T by Aspergilus niger Biomass Waste

WEI Jiang-mian1LU Lei-zhen1JIAO Guo-bao2LIU Jia-yang1LU Jun-he3
（1. Biongineering Division，Huanghuai University，Zhumadian 463000 ；2. Henan Yangshao Biochemical Engineering Co. Ltd.，Sanmenxia 472400 ；3. College of Resources and Environment，Nanjing Agricultural University，Nanjing 210095）

The present work aims to investigate the adsorption of dye safranine T by Aspergillus niger biomass waste from amylase production as novel composite adsorbent. The biomass waste was first characterized concerning its physico-chemical properties and then evaluated for its potential of adsorbing safranine T under different conditions，namely contact time，temperature，sorbent dosage，initial dye concentration and metal ion. The isotherms，dynamics，and thermodynamics were fitted with the above data，which showed that pseudo second order dynamics equation better described the adsorption with equilibrium achieved within 2 h，suggesting it was chemosorption，and film diffusion model was more suitable to explain the adsorption than internal diffusion model. Higher temperatures significantly promoted dye removal，and adsorption was both spontaneous（ΔG ° ＜ 0）and endothermic（ΔH ° ＞ 0）. The maximal monolayer adsorption capacity was calculated to be around 166.67 mg/g through Langmuir equation while Freundlich was more suitable to explain the adsorption，indicating that there were multiple absorptive sites on the surface of biomass waste. In addition，sorbent dosage and sodium ion concentration both impacted adsorption with the highest removal rate of 91%.

Aspergilus niger biomass waste；adsorption；safranine T；dynamic model；isotherm equation

10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2017-0196

隨著人類社會的發(fā)展，工業(yè)化進程日益加快，環(huán)境污染也日趨嚴(yán)重。生命過程離不開水源，水體污染是環(huán)境污染中最為值得關(guān)注的一個方面，其主要污染物有無機金屬離子和有機化合物，如染料分子［1］。染料廣泛應(yīng)用于多個領(lǐng)域，廢水排放量非常巨大，且多數(shù)染料化學(xué)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、難降解、具有一定的生物毒性，所以染料廢水的處理成為污水處理的難點之一［2］。目前已有較多的染料廢水處理方法，但各有利弊。吸附法是極具應(yīng)用潛力和前景的處理方法之一，具有吸附劑種類繁多、來源廣泛、吸附效率高等明顯的優(yōu)勢。常見的吸附劑包括農(nóng)業(yè)廢棄物、活性炭、合成材料、微生物菌體及餐廚垃圾等，但不同材料的吸附性能及行為都有較大的不同［3-4］。尋找新型、廉價和高效吸附劑具有一定的研究和應(yīng)用價值。

2017-03-15

國家自然科學(xué)基金項目（51503074）

魏姜勉，女，碩士，助教，研究方向：微生物與環(huán)境；E-mail：mianmian628@126.com

劉家揚，博士，副教授，研究方向：發(fā)酵工程與酶制劑；E-mail：jyliu@uga.edu

陸雋鶴，博士，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向：環(huán)境化學(xué)；E-mail：jhlu@njau.edu.cn

（責(zé)任編輯 狄艷紅）