枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)生物吸附六价铬(Cr(VI))的工艺条件优化及其在人工废水处理中的应用研究

本研究针对重金属Cr(VI)污染这一严峻环境问题，通过优化枯草芽孢杆菌(B. subtilis)的生物吸附工艺条件，系统探究了pH、温度、吸附剂剂量等参数对Cr(VI)去除效率的影响。研究发现，在pH 6、40°C、0.5 g/L吸附剂剂量条件下，Cr(VI)去除率高达95%，且吸附过程符合伪二级动力学模型和Langmuir等温模型。该研究为开发低成本、高效率的生物修复技术提供了重要理论依据，对工业废水处理具有显著应用价值。

　　

重金属污染已成为全球性环境挑战，其中六价铬(Cr(VI))因其高毒性、致癌性和环境持久性备受关注。传统处理方法如化学沉淀、离子交换等存在成本高、二次污染等问题，而微生物修复技术因其环境友好特性展现出巨大潜力。枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)作为非致病性微生物，具有细胞壁富含功能基团、培养成本低等优势，但其在Cr(VI)吸附中的优化条件和机制尚未充分阐明。

研究人员通过批式实验系统考察了吸附条件，采用FTIR、SEM-EDX、XRD等技术表征吸附机制。结果显示最佳条件为pH 6、40°C、0.5 g/L吸附剂量和60分钟接触时间，Cr(VI)去除率达95±1.5%。FTIR分析证实羟基(-OH)和烷基卤化物(500.75 cm^-1)是主要吸附位点，XRD显示生物吸附剂具有面心立方晶体结构(290.04°峰)。动力学研究表明伪二级模型(R²>0.97)优于伪一级模型，表明化学吸附占主导。等温线数据最符合Langmuir模型，最大吸附容量达89.6 mg/g(308K)。共存离子实验显示Na₂SO₄和重金属对吸附干扰较小。

研究结果部分：
3.1 生物质表征：SEM显示吸附后表面形态从均质变为不规则，TEM证实内部结构变化，FTIR鉴定出-OH(3347 cm^-1)和烷基卤化物(500.75 cm^-1)的关键作用。
3.3 初始浓度影响：8 mg/L时达到最大吸附率，超过后因质量转移限制而下降。
3.5 接触时间与剂量：60分钟和0.5 g/L为最优参数，过量会导致结合位点饱和。
3.6 pH效应：pH 6时Zeta电位转为负值但吸附效率最高，归因于功能基团质子化。
3.8 吸附动力学：伪二级模型表明化学吸附机制，颗粒内扩散是限速步骤。
3.9 等温模型：Langmuir模型拟合最佳，表明单层吸附，q_max达89.6 mg/g(308K)。

结论指出B. subtilis能高效还原Cr(VI)为低毒Cr(III)，其细胞壁功能基团和晶体结构是吸附关键。该技术符合美国EPA和欧盟水质指令要求，在可持续废水处理中展现出应用前景。未来需开展实际废水测试和规模化研究，并评估长期生态影响。研究为开发基于微生物的重金属修复技术提供了重要理论支撑和实践指导。