薇甘菊吸附亚甲基蓝的研究

杨新周 +段聪丽 +田先娇+杨子仙

摘要：研究薇甘菊活体在不同pH值、初始浓度、吸附时间条件下对水体中亚甲基蓝的吸附能力，并对薇甘菊的再生及重复吸附能力进行测试。结果表明：常温下，在亚甲基蓝溶液浓度为5～20 mg/L、pH值为8的亚甲基蓝溶液中，薇甘菊活体培养3 d后对亚甲基蓝的去除率可达99%。同一株薇甘菊可以在浓度为 10 mg/L、pH值为8的亚甲基蓝溶液中循环培养4次吸附效果最佳，去除率均可达到90%以上，吸附效果良好。

关键词：薇甘菊；亚甲基蓝；吸附；水培

中图分类号：S451文献标志码：A文章编号：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%.

印染行业是国务院2015年发布的《水污染防治行动计划》专项整治的重污染行业之一，是废水治理领域重点关注的领域。因此，加强印染废水的综合治理，达到污水排放标准是一个全球关注的热点问题[1-2]。染料废水对人、动物、植物造成极大的危害，并且具有致癌性。因此，加强印染废水的综合治理，提高污水净化水平是人类面临亟待解决的重要课题[1-4]。

目前去除染料最普遍的方法主要分为化学法、物理法、生物法3类[1-12]。化学法由于其成本高、能量消耗高、化学药剂投入多，仍然制约其应用到工业化的生产[5]。吸附技术，膜分离过滤技术，反渗透、电渗析等多种物理法已经得到广泛应用[7]，但这些技术都需要高昂的费用，后续处理工艺复杂。真菌脱色、微生物降解、生物吸附、生物修复等生物法已经成功得到工业化应用处理染料废水，主要是许多生物体，如细菌、酵母、藻类、真菌、水生植物有能够降解、富集污染物的优势[1，7-9]。传统生物法主要是应用厌氧法和好氧法来处理染料废水，是目前普遍应用的方法，但傳统法运行周期长。直接利用植物对水中污染物进行转移、转化和降解，使水体得到净化的技术，该技术能实现原位修复污染物、具有环境美学价值、处理费用低廉等优点，而且不产生二次污染，利用植物净化水体是近几年的热点，这种技术正日益受到人们的青睐[5]。

薇甘菊（Mikania micrantha H. B. K.） 别称小花蔓泽兰、小花假泽兰，属菊科（Asteraceae） 假泽兰属（Mikania）多年生草质或木质藤本植物，原产于中美洲，现成为热带及亚热带地区的一种恶性杂草[13-16]，在国内外对薇甘菊的医用活性和农药活性进行了大量研究[17-20]，目前将薇甘菊用于处理染料废水未见报道。薇甘菊兼有性和无性2种繁殖方式，薇甘菊生命力极强，在水体里面极易生长。薇甘菊的茎节和节间都能生根，利用薇甘菊这一特点，本研究中利用薇甘菊去除污水中的亚甲基蓝，为薇甘菊的生物质资源再利用以及在印染废水处理领域建立水体植物修复工程可行性提供相关支持和依据。

1材料和方法

1.1仪器和材料

1.1.1仪器722型分光光度计（上海美谱达仪器有限公司），酸度计（PHS-3c，上海雷磁仪器厂）；电子天平（AR224CN，奥豪斯上海仪器公司）。

1.1.2试验材料

薇甘菊采于云南省芒市，亚甲基蓝（天津市扬帆化学试剂公司，AR）。

1.2试验方法

1.2.1薇甘菊的来源和培养

薇甘菊来源于云南省芒市野外，截取一段薇甘菊将其培养于自来水中，将其放于实验室向阳处培养15 d，等其长出须根后用于吸附试验。

1.2.2吸附试验

选取根须为10 cm、质量为 10 g 左右的薇甘菊，将其插入250 mL一定浓度的亚甲基蓝溶液中，调节亚甲基蓝溶液pH值在6～8之间进行吸附试验，每天添加蒸馏水使其溶液体积为250 mL，培养一定时间后，吸取1 mL溶液测定其吸光度，计算去除率。

2试验结果与分析

2.1pH值对吸附效果的影响

为了探究溶液pH值对薇甘菊吸附亚甲基蓝的影响，将250 mL浓度为10 mg/L的亞甲基蓝溶液pH值分别调节至2～12之间，1株薇甘菊培养于其中，在不同的时间段进行取样测定溶液中的浓度，试验结果见图1。亚甲基蓝溶液pH值为2、3时，培养于其中的薇甘菊1 d后枯萎，pH值为2的溶液中2 d后死亡，吸附率为55%，pH值为3的溶液中3 d后死亡，吸附率为56%。从图1中可以看出，溶液pH值在4～12之间，薇甘菊对亚甲基蓝的去除率均在86%以上，随着培养时间的增加，pH值在4～11之间溶液中去除率逐渐增大，当培养时间到第7天时，薇甘菊对亚甲基蓝的去除率均达到最佳。当溶液pH值为12时，随着培养时间的延长，去除率逐渐下降，这是因为溶液pH值太大，溶液碱性过强，薇甘菊培养3 d有一些枯萎，8 d死亡，所以去除率逐渐下降。从图1可以看出当溶液pH值为7、8、9时，培养3 d后薇甘菊对亚甲基蓝的吸附率分别为97.1%、98.5%、95.7%，根据薇甘菊对在不同pH值的亚甲基蓝溶液中的去除率和培养时间的关系，选择亚甲基蓝溶液pH值为8。

从图2中可以看出，溶液pH值在2～5期间，通过薇甘菊处理过的亚甲基蓝溶液pH值有增大趋势，溶液pH值在6～12期间，通过薇甘菊处理过的亚甲基蓝溶液pH值明显下降，说明薇甘菊在吸附过程中，在碱性介质中可以吸附溶液中的氢氧根离子，在酸性介质中可以吸附溶液中的氢离子。从图2可以看出，吸附后溶液pH值都在向6靠拢，而且在溶液pH值为4～11之间未出现死亡，说明薇甘菊移入到新的生长环境中，对新的环境有较强的适应能力。

2.2不同初始浓度和时间对薇甘菊吸附亚甲基蓝的影响[HT]

由于亚甲基蓝染料具有一定的毒性，浓度越高，毒性可能越强，试验中薇甘菊为活体生物，存在[CM（21]对不同浓度下亚甲基蓝溶液的生存适度。为了[CM）]

研究薇甘菊在不同浓度的亚甲基蓝溶液中吸附效果，试验中将薇甘菊培养于浓度为5、10、15、20、30、40、50 mg/L的亚甲基蓝溶液中，每天测定溶液中亚甲基蓝浓度，计算去除率（图3）。通过试验发现薇甘菊培养于浓度为30～50 mg/L的亚甲基蓝溶液中，植物出现严重枯萎现象，所以在此试验中浓度为30～50 mg/L的亚甲基蓝溶液不进行深入研究。从图3中可以看出，薇甘菊培养于浓度为5～20 mg/L亚甲基蓝溶液中，培养 1 d 薇甘菊对亚甲基蓝吸附率均在86%以上，培养2 d对亚甲基蓝的吸附率均达到98%以上，随着培养时间的延长，薇甘菊对亚甲基蓝的吸附率逐渐变大，经过培养7 d对亚甲基蓝的吸附率均可达到99.60%以上。经过观察薇甘菊在浓度为5～20 mg/L 亚甲基蓝溶液中长势良好，并培养3 d后吸附率均可达到99%以上。薇甘菊适合吸附浓度为5～20 mg/L亚甲基蓝溶液中，并培养3 d后吸附效果最佳。[FL）]

2.3薇甘菊生物量变化

将培养于pH值为8，浓度为5～20 mg/L亚甲基蓝溶液中薇甘菊3 d后进行生物量的测定，在 5～20 mg/L亚甲基蓝溶液中薇甘菊生物量呈现明显增长趋势，增长率都在14%以上。根据薇甘菊在不同浓度下对亚甲基蓝中的吸附效果和生长状况，说明薇甘菊在5～20 mg/L亚甲基蓝溶液中生长状况良好，表明薇甘菊适合吸附浓度为5～20 mg/L 亚甲基蓝溶液，并培2.4薇甘菊再生试验

试验中截取吸附浓度为5～20 mg/L亚甲基蓝溶液后的薇甘菊根部上面，将其培养于自来水中，培养15 d左右，待其长出须根后，用于吸附浓度为5～20 mg/L亚甲基蓝溶液，培养3 d后，吸附效果和第1次吸附效果一样，反复进行第2、第3次操作，吸附效果良好。大于3次，薇甘菊出现枯萎，不能用于试验。

2.5薇甘菊循环吸附能力

选取10株长势良好的薇甘菊培养于2.5 L浓度为10 mg/L、pH值为8的亚甲基蓝溶液中，培养3 d后测定亚甲基蓝溶液浓度，并往原溶液中加入一定浓度的亚甲基蓝溶液，调节溶液中亚甲基蓝浓度为10 mg/L，重复此操作直到薇甘菊枯萎死亡为止。从图4中可以看出，随着培养次数的增多，薇甘菊对亚甲基蓝的去除率逐渐降低，在培养第1次时薇甘菊对亚甲基蓝的去除率达到99.6%，在培养1～4次期间，去除率均高于90%，而且薇甘菊生长状况良好，培养次数在5～6次期间，去除率达到80%以上，此时薇甘菊叶片有一些枯萎，当培养次数达到第7次时，大部分薇甘菊枯萎严重，一部分即将死亡。通过试验发现，同一株薇甘菊可以在浓度为10 mg/L、pH值为8的亚甲基蓝溶液中循环培养4次（即12 d）吸附效果最佳，去除率均可达到90%以上。

2.6红外光谱分析

植物细胞壁中含有许多蛋白质和多糖如半纤维素、纤维素、木质素、果胶等，此外还包含有机配体[CM（21]基团如羧基、羟基、羰基、醛基等。薇甘菊根、[CM）]

[FK（W10][TPYXZ4.tif][FK）]

茎、叶吸附亚甲基蓝前后红外光谱图结果如5、6、7所示，薇甘菊根官能团峰值主要为3 399、2 924、1 648、1 513、1 243、1 056 cm-1，这些峰值分别为羟基、烷基（亚甲基）、羰基、碳氢键、碳氧键、糖类物质。茎的官能团峰值主要为3 401、2 926、1 642、1 248、1 052 cm-1，这些峰值分别为羟基、烷基（亚甲基）、羰基、碳氧键、糖类物质。叶的官能团峰值主要为3 402、2 925、1 647、1 256、1 103 cm-1，这些峰值分别为羟基、烷基（亚甲基）、羰基、碳氧键、糖类物质。从图5至图7可以看出，薇甘菊根茎叶红外光谱图主要官能团相近。其中，3 400 cm-1 有很强的吸收，此处的峰值主要为 —OH，可能来自于薇甘菊中细胞壁碳水化合物和细胞壁物质。2 925 cm-1附近的官能团主要为 —CH2，可能来自于薇甘菊中碳水化合物、蛋白质或细胞物质。1 647 cm-1附近的官能团主要为（C[FY=，1]O），该官能团可能来自于植物中的酯类化合物等。1 256、1 103 cm-1附近的官能团主要为（C—O，糖苷键），可能来自于薇甘菊中细胞壁物质和糖类物质等。从图5中可以看出，根部在吸收亚甲基蓝后，在1 603 cm-1处多了1个吸收峰；从图6、图7中可以看出，茎部分、叶部分在 1 642 cm-1 附近处峰发生了红移。说明在吸附过程中 1 647 cm-1 附近的官能团受到了影响，发生了微弱的变化。可能是少量的亚甲基蓝通过薇甘菊的体内循环运输到了茎叶部分，薇甘菊体内官能团受到了影响。

根据图5至图7可以发现，薇甘菊在吸附亚甲基蓝的过程中，大部分的吸收峰没有发生明显变化[CM（21]，这说明亚甲基蓝没有使薇甘菊（根、茎、叶粉[CM）]

末）化学性质发生重大变化。薇甘菊的根部在 1 648～1 056 cm-1之间发生了一些变化，在此期间含有羰基、碳氧键等官能团，羰基官能团是植物细胞膜和细胞壁果胶的常见组成成分，这些都表明薇甘菊在生物特性吸附亚甲基蓝时起到关键作用。

3结论

野外截取的薇甘菊培养于自来水中15 d左右，可以用于处理亚甲基蓝溶液；

薇甘菊能生长于浓度为5～20 mg/L、pH值为8的亚甲基蓝溶液中，培养3 d后薇甘菊对亚甲基蓝的去除率可达99%。

处理完亚甲基蓝溶液中薇甘菊，取其根部上面培养出须根后可以用于去除亚甲基蓝，经过试验发现此操作可以重复3次，3次后培养出的薇甘菊出现枯萎。

通过试验发现，同一株薇甘菊可以在浓度为10 mg/L、pH值为8的亚甲基蓝溶液中循环培养4次（即12 d）吸附效果最佳，去除率均可达到90%以上。

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