高效Cr(VI)吸附剂提升蛋白核小球藻应用价值的综合研究

推荐：针对含Cr(VI)废水处理难题，研究人员通过优化蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)脂质、多糖和蛋白质提取工艺，利用残渣制备改性生物炭(LC800K2/SC800K2/PC800K2)，在pH=2、4 g/L投加量下对300 mg/L Cr(VI)去除率达98.99%，吸附容量达74.24 mg/g。该研究实现了微藻资源高值化利用与废水净化的双重目标。

　　

铬(Cr)作为水体生态系统中常见污染物，其六价形态Cr(VI)具有强致癌性和迁移性，传统处理方法存在成本高、效率低等问题。微藻因其生长周期短、环境适应性强，成为生物吸附剂研究热点，但提取高价值组分后的残渣吸附性能下降制约其应用。针对这一瓶颈，中国研究团队在《Ecotoxicology and Environmental Safety》发表研究，系统探索了蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)的综合利用策略。

研究采用CPME-95%乙醇联合提取脂质(得率22.74%)、碱热法提取蛋白质(得率28.72%)和热水浸提多糖(得率7.03%)，通过热解(800℃)和KOH改性(质量比2:1)制备三种生物炭LC₈₀₀K₂、SC₈₀₀K₂和PC₈₀₀K₂。结合BET、FTIR、XPS表征和密度泛函理论(DFT)计算，阐明了吸附机制。

3.1 生物活性物质高效提取
脂质提取最优条件为CPME-乙醇(2:3, v/v)、65℃、3 h，脂肪酸以C16-C18为主(98.81%)，适合生物柴油制备；蛋白质中必需氨基酸占比28.46%，可作为饲料原料；多糖中葡萄糖(71.02 μg/mg)和鼠李糖(33.85 μg/mg)含量突出，具有食品替代潜力。

3.3 吸附剂筛选
KOH改性使生物炭比表面积提升3.4-11.36倍(LC₈₀₀K₂达881.39 m²/g)，孔径缩小至2.60-2.97 nm。SEM显示改性后形成丰富孔隙结构，为Cr(VI)提供更多吸附位点。

3.4 吸附性能优化
在pH=2时，LC₈₀₀K₂对300 mg/L Cr(VI)的120 min吸附平衡容量达73.68 mg/g，较原始藻渣(8 g/L投加量下60.94%去除率)显著提升。共存离子实验中，SO₄^2-和PO₄^3-对吸附干扰最大(抑制率14.95%)。

3.6 表征分析
XPS证实Cr 2p谱中Cr(III)占比65.52%(LC₈₀₀K₂)，表明吸附伴随还原反应。DFT计算显示-OH(-2.86 eV)和吡咯N(-2.80 eV)的吸附能最低，电荷转移量达0.887 e，静电势分析验证其为主要活性位点。

4. 结论
该研究创新性地将微藻高值组分提取与残渣资源化结合，开发的生物炭通过孔隙填充、静电吸附和氧化还原等多机制协同，实现Cr(VI)高效去除。LC₈₀₀K₂在4 g/L投加量下较原始藻渣减少50%用量，去除率提升至98.99%，为微藻生物精炼和重金属污染治理提供了可推广的技术范式。