红假单胞菌在煤系黄铁矿表面吸附量的测定.pdf

第3 6 卷第1 期中国矿业大学学报 V 0 1 ．3 6N o ．1 2 0 0 7 年1 月J o u r n a lo fC h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n g T e c h n o l o g yJ a n ．2 0 0 7 文章编号1 0 0 0 1 9 6 4 2 0 0 7 0 1 0 0 8 1 0 4 红假单胞菌在煤系黄铁矿表面吸附量的测定 周长春，陶秀祥，刘炯天 中国矿业大学化工学院，江苏徐州2 2 1 1 1 6 摘要微生物在黄铁矿表面吸附量的大小，直接影响微生物对黄铁矿的表面改性，决定浮选脱硫 效果的优劣．利用红假单胞茵，通过测定吸附前后茵液浓度的变化，对煤系黄铁矿进行吸附量测 定试验，重点考察了菌种的浓度、矿浆浓度、p H 值等因素对吸附量的影响．研究结果表明，红假 单胞茵在黄铁矿表面的吸附量遵守L a n g m u i r 等温方程式，吸附量与矿浆浓度成反比，p H 值对 红假单胞茵吸附量有影响，在中性环境下吸附量最高，在碱性环境下吸附量较小，在酸性环境下 吸附量最低．红假单胞菌与黄铁矿的吸附作用中，存在静电引力． 关键词红假单胞茵；黄铁矿；吸附量；影响因素 中图分类号T D9 2 5 ．5文献标识码A M e n s u r a t i o no fA d s o r p t i o nA m o u n to f R h o d o p s e u d o m o n a sS p h e r o i d so nS u r f a c eo fC o a lP y r i t e Z H O UC h a n g c h u n ，T A OX i u x i a n g ，L I UJ i o n g t i a n S c h o o lo fC h e m i c a lE n g i n e e r i n ga n dT e c h n o l o g y ，C h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n g T e c h n o l o g y 。 X u z h o u ，J i a n g s u2 2 1 1 1 6 ，C h i n a A b s t r a c t T h es u r f a c em o d i f i c a t i o no fp y r i t ei sd i r e c t l ya f f e c t e db yt h em i c r o o r g a n i s ma d s o r p t i o na m o u n to nc o a l p y r i t es u r f a c e ，w h i c hw i l ld e t e r m i n et h ee f f i c i e n c yo ff l o a t a t i o nd e s u l f u r i z a t i o n ．T h ea d s o r p t i o na m o u n to fc o a l p y r i t ew a sm e n s u r a t e db ym e a s u r i n gt h ec o n c e n t r a t i o n c h a n g e so fr h o d o p s e u d o m o n a ss p h e r o i d sb e f o r ea n da f t e ra d s o r p t i o n ．T h ee f f e c t so fc o n c e n t r a t i o no ft h eb a c i l l u sa n ds l u r r y ，p Hv a l u e so na d s o r p t i o na m o u n tw e r em a i n l ye x a m i n e d ．T h er e s e a r c hr e s u l t ss h o wt h a tt h ea d s o r p t i o na m o u n to fr h o d o p s e u d o m o n a ss p h e r o i d so ns u r f a c eo f c o a l p y r i t ef o l l o w sL a n g m u i rt h e r m o i s o p l e t h ，w h i c hi si ni n v e r s ep r o p o r t i o nt oc o n c e n t r a t i o no f t h es l u r r y ．T h ep Hv a l u e si n f l u e n c et h ea d s o r p t i o na m o u n to fr h o d o p s e u d o m o n a ss p h e r o i d s ， b u ti ti sn o tr e m a r k a b l e ．T h ea d s o r p t i o na m o u n t saret h el a r g e s t ，s m a l l e ra n ds m a l l e s tr e s p e c t i v e l yu n d e rn e u t r a l ，a l k a l i n ea n da c i dc o n d i t i o n s ．T h e r ei sas t a t i cg r a v i t a t i o ni nt h ea d s o r p t i o n o fr h o d o p s e u d o m o n a ss p h e r o i d sa n dc o a l p y r i t e ． K e yw o r d s r h o d o p s e u d o m o n a ss p h e r o i d e s ；p y r i t e ；a d s o r p t i o na m o u n t ；i n f l u e n c i n gf a c t o r s 煤炭作为一种有机岩，是一种储量丰富、用途 广泛的物质资源，是能源、冶金、化工和建材的重要 原料．但是，煤炭的大规模应用，也为人类带来全球 性的灾难，由此引发了严重的环境和社会问题．硫 是煤中最常见的有害元素，煤炭作为一次能源直接 燃烧时，其中的硫有9 0 ％转化为S O 。排人大气，由 此造成的酸雨不仅危害农作物和树木生长，而且会 腐蚀建筑设施，直接危害人类健康和生态环境阻3 | ． 收稿日期2 0 0 6 一0 3 2 5 基金项目国家自然科学基金项目 5 0 3 7 4 0 6 8 ；国家杰出青年科学基金项目 5 0 4 2 5 1 6 8 ；中国矿业大学科技基金项目 O H 4 5 4 2 作者简介周长春 1 9 7 2 一 ，男，山东省枣庄市人，副教授，博士研究生，从事煤炭生物技术方面的研究． E - m a i l c h a n g c h u n z h o u 1 6 3 ．c o r n T e l 0 5 1 6 - 8 3 8 8 4 8 3 9 万方数据 8 2 中国矿业大学学报 第3 6 卷 利用微生物的选择性吸附作为一种表面调整剂，改 变煤系黄铁矿的表面疏水性，可以克服常规浮选脱 硫效果不高的缺点．微生物浮选脱硫效果的优劣， 与微生物在黄铁矿表面的吸附量有直接关联，单位 质量黄铁矿表面的吸附量越大，表面改性就越显 著，脱硫效果也必然越好．有关研究表明[ 4 - 6 ] ，红假 单胞菌是一种性能优越的脱硫微生物，利用其对煤 进行表面预处理，可以有效提高浮选脱硫效果．为 此，我们选用了红假单胞菌，通过检测吸附前后菌 液浓度的变化，计算不同条件下其在黄铁矿表面的 吸附量，为微生物浮选脱硫研究提供理论依据． 1 试验材料与方法 1 ．1 试验用黄铁矿 试验所用黄铁矿采自枣庄矿务局某矿，黄铁矿 为手选大块，经破碎、摇床分选，总硫含量3 7 ．3 ％， 黄铁矿的粒度为0 ．1 2 5 ～0 ．0 7 4m m ，试验前磨碎， 以减少黄铁矿的氧化． 1 ．2 试验用微生物 本试验采用的微生物是红假单胞菌，是从中国 矿业大学污水处理厂采集，并通过富集培养得到 的．有关球形红假单胞菌性质如下[ 7 ‘8 ] 细胞呈球形，直径0 ．7 ～4t i m ，在含糖培养基 中，细胞呈卵形， 2 ～2 ．5 肛m 2 ．5 ～3 ．5 肛m ， 革兰氏阴性，以二等分裂方式繁殖，代时1 4 4r a i n ； 光能异养菌，兼性好氧，可在光下厌氧生活，也可在 黑暗处好氧生活；接触角1 8 0 ．5 。，最佳生长温 度2 5 ～3 0 ℃，p H 值7 ～8 ．5 ； 红假单胞菌斜面培养基采用Q r i e n t 培养基， 扩大培养基采用中国矿业大学提供的专用培养基， 成分见表1 ，2 ． 表1红假单胞茵培养基 T a b l e1C u l t u r em e d i u mo fr h o d o p s e u d o m o n a ss p h e r o i d e s 表2无机盐液组成成分 T a b l e2 C o m p o n e n t so fi n o r g a n i cc o m p o u n d 成分 F e C l 3C u S 0 4H 3 8 0 3M n C l 2Z n S 0 4C o N 0 3 2 1 ．3 浓度标准曲线的绘制 利用分光光度计测定微生物浓度，首先必须绘 制浓度的标准曲线．红假单胞菌正常培养一周后， 用血球板计数器在显微镜下镜检观察、计数．菌液 自然浓度2 ．0 3 1 0 8 个／m L ，用培养基进行稀释， 镜检观察浓度，在7 2 1 分光光度计上测定其吸光 度，以菌液浓度为横坐标、吸光度为纵坐标，绘制浓 度～吸光度的标准曲线，见图1 ． 0 ．9 0 ．8 0 ．7 { 懿0 ．6 皋0 ．5 螫O4 0 ．3 0 ．2 O ．1 U24b8l U1 21 4 菌液浓度／ 1 0 7m L 。 图1浓度与吸光度的标准曲线 F i g ．1 S t a n d a r dc u r v eo fc o n c e n t r a t i o na n da b s o r b e n c y 1 ．4 吸附置的测量与计算 每次试验，首先量取2 份1 0m L 的菌液放入 烧杯中，一份用来测定吸光度，查出菌液浓度，作为 吸附起始浓度C ，，另一份加入一定质量的黄铁矿， 吸附1 0m i n 特殊要求除外 ，离心5m i n ，转速 10 0 0r p m ，取上层清液测定吸光度，扣除空白样 不加黄铁矿，其他离心条件相同 吸光度，查出菌 液浓度C ，认为吸附前后菌液体积没有发生改变， 所以单位质量黄铁矿表面的吸附量计算公式为 ，1厂1 r 一生垫V ． m 式中m 为吸附质量． 2 试验结果与讨论 2 ．1 红假单胞菌的吸附等温方程 研究发现∞] ，红假单胞菌浓度对脱硫效果影响 明显．为此，首先考察了菌液浓度与吸附量之间的 关系，选取矿浆浓度5 ％，菌液p H 7 ，吸附作用时 间1 0m i n ，进行吸附量的测定试验． 量取不同体积的菌液，分别用离心机浓缩或用 培养基稀释，测定菌液浓度，取不同浓度的菌液各 1 0m L ，分别加入相同质量的黄铁矿约0 ．5 2 0g ，吸 附1 0m i n 后，用离心机离心，测定吸光度，查出菌 液浓度，计算吸附量，菌液浓度与吸附量的关系见 图2 ．可以看出，随浓度的增大，单位黄铁矿表面的 吸附量呈近线性增长的趋势，但当浓度增大到一定 范围时，随菌液浓度的增大，吸附量增加不明显．在 前面的脱硫试验中，也发现在一定范围，随菌液浓 度的增大，脱硫效果提高，但浓度增大到一定值后， 再增大浓度，脱硫效果增加也不明显．原因可能是， 万方数据 第1 期周长春等红假单胞菌在煤系黄铁矿表面吸附量的测定 在较低的菌液浓度时，黄铁矿表面只有部分被细菌 占据，随浓度增大，黄铁矿表面被细菌占据的面积 也增大，当浓度增大到一定程度时，黄铁矿表面的 特异吸附点基本饱和，无法再接受细菌，所以吸附 量不再增加． C 菌／ 1 0 7 个m L 。1 图2菌液浓度与吸附量的关系 F i g ．2 T h er e l a t i o no fc o n c e n t r a t i o no ft h eb a c i l l u s a n da d s o r p t i o na m o u n t 从吸附的等温曲线可以看出，细菌在固体表面 的吸附显示L a n g m u i r 吸附形式，所以可以采用 L a n g m u i r 吸附等温方程进行模拟． 设r 一毒毛，令y 一{ 一击，a ，一a ． 则y b z a7 ，有关计算数据见表3 ． ∑z 。Y i ∑z i 一∑y i ∑z 2 i b ∑z 。 2 一咒∑z ； ∑z 。∑Y i 一咒∑z 批 ∑Y i2 一竹∑ 一2 ．3 4 1 0 一， 0 ．1 1 4 则了1 一。．1 1 4 百1 2 ．3 4 1 泸 所以，红假单胞菌吸附等温方程为 r 一丽可≥蠹面 匹． 表3菌液浓度与吸附量的有关计算数据 T a b l e3T h ed a t ao fc o n c e n t r a t i o no fb a c i l l u sa n d a d s o r p t i o na m o u n t 2 ．2 矿浆浓度与吸附量 为考察矿浆浓度与吸附量之间的关系，分别选 取3 ％，4 ％，5 ％，6 ％，1 0 ％，1 5 ％，2 0 ％，2 5 ％的矿 浆浓度，试验条件p H 值7 ，作用时间1 0r a i n ，进行 吸附量的测定，矿浆浓度与吸附量的关系见图3 ． 1 1 f1 曲 l 七 b 苣 图3矿浆浓度与吸附量 F i g ．3 T h er e l a t i o no fs l u r r yc o n c e n t r a t i o n a n da d s o r p t i o na m o u n t 由图3 可知，随着矿浆浓度的增大，吸附量呈 逐渐下降的趋势，原因可能是在细菌总数一定的 前提下，黄铁矿越多 矿浆浓度大 ，单位质量黄铁 矿表面的细菌数目就会越少．从矿浆浓度与吸附量 的关系图可以看出，吸附量与矿浆浓度近似呈反比 关系，点的分布接近一条双曲线，可以建立如下数 学模型． 1 一 设r 一旦 a ． 叫矿 1 令Y 。一r ，z 。一一1 ．则y 一b x i a ． 有关计算数据见表4 ． a 一粤等事挲 - - 8 ．6 2X2 埘，“ ∑z i 2 一咒∑z i ⋯ b 一瓷瓣刮．7 3 舢7 ．“一 ∑z ； 2 一，z ∑z ； 一。⋯“1 “’ 所以，矿浆浓度与吸附量的关系为 r 一堡 丕 Q 一8 ．6 2 1 0 ，． 表4矿浆浓度- f f 吸附量的有关计算数据 T a b l e4T h ed a t ao fs l u r r yc o n c e n t r a t i o n 2 ．3 p H 值对吸附量的影响 试验选取了不同酸碱环境，保持其它试验条件 万方数据 8 4中国矿业大学学报第3 6 卷 不变矿浆浓度5 ％，吸附作用时间1 0m i n ，p H 值 与吸附量关系见图4 ． 图4p H 值与吸附量 F i g ．4 T h er e l a t i o no fp Hv a l u e s a n da d s o r p t i o na m o u n t 由图4 可以看出，p H 值对红假单胞菌吸附量 有影响．在中性环境下，吸附量最高；在碱性环境 下，吸附量较小；在酸性环境下，吸附量最低．这是 细菌和黄铁矿在不同的酸碱环境时其表面电性不 同，导致其吸附量发生了变化．通常情况下，矿物颗 粒和细菌表面都带有一定的电荷，具有一定的电位 和双电层结构．当细菌与矿物颗粒表面相互接近 时，由于它们的电性相反，双电层将相互叠加，产生 静电引力．但这种结合力一般比较小，不太牢固，所 以有可能脱附． 研究发现，红假单胞菌在p H 值 3 ．4 时，表面荷负电；而煤中 黄铁矿粉，在p H 值 6 ．0 时，带正电荷．在本次实验中，酸性较强的环境 下 p H 值 6 ．0 时，细菌与黄铁矿表面的电性又相反， 静电引力存在，吸附量增大．由此可见，在红假单胞 菌与黄铁矿的吸附中，静电引力确实发挥了一定作 用． 3结论 1 微生物在黄铁矿表面的吸附量，随菌液浓 度的增大而呈线性增长，在保持其它条件不变的前 提下，红假单胞菌在黄铁矿表面的吸附量随菌液浓 度的增大而增长，细菌的吸附等温方程为 1 1 一 C 苗 0 ．1 1 4 2 ．3 4 1 0 ～C 菌‘ 2 随着矿浆浓度的增大，红假单胞菌在黄铁 矿表面的吸附量呈反比下降的趋势，吸附量与矿浆 浓度关系为 1 1 一兰 i 丕塑 叫矿 3 p H 值对红假单胞菌吸附量有影响，在中性 环境下，吸附量最高，在碱性环境下，吸附量较小， 在酸性环境下，吸附量最低． 4 红假单胞菌与黄铁矿的吸附作用中，存在 着静电引力． 参考文献 E 1 ] 成玉琪，杜铭华．中国洁净煤技术发展评述[ J ] ．洁净 煤技术，1 9 9 9 ，5 1 5 - 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J ] ．P r o g r e s sI nG e o p h y s i c s ，2 0 0 2 ，1 7 1 7 8 8 3 ． [ 1 0 ] 余继峰，李增学．测井数据的小波变换及其地质意 义[ J ] ．中国矿业大学学报，2 0 0 3 ，3 2 3 3 3 2 3 3 9 ． Y UJ i f e n g ．L IZ e n g x u e ．W a v e l e tt r a n s f o r mo fl o g g i n gd a t aa n di t sg e o l o g i c a ls i g n i f i c a n c e [ J ] ．J o u r n a l o fC h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n g T e c h n o l o g y ，2 0 0 3 ， 3 2 3 3 3 2 - 3 3 9 ． [ 1 1 ] 李江涛，余继峰，李增学．基于测井数据小波变换的 层序划分[ J ] ，煤田地质与勘探，2 0 0 4 ，3 2 2 4 8 5 0 ． L IJ i a n g t a o ，Y UJ i f e n g ，L IZ e n g x u e ．T h ed e m a r c a t i n go fs t r a t i g r a p h i cs e q u e n c eb a s e dO nw a v e l e t t r a n s f o r mo fw e l l l o g g i n gd a t a [ J ] ．C o a lG e o l o g y [ 1 2 ] [ 1 3 ] E x p l o r a t i o n ，2 0 0 4 ，3 2 2 4 8 5 0 ． 雷克辉，朱广生，毛宁波，等．在小波时频域中研究 沉积旋回_ J ] ．石油地球物理勘探，1 9 9 8 ，3 3 增1 7 2 7 9 ． L E IK e h u i ，Z H UG u a n g s h e n g ，M A ON i n g b o ，e t a 1 ．R e s e a r c ho ns e d i m e n t a r yc i r c l ei nt i m ea n df r e q u e n c yf i e l do fw a v e l e t [ J ] ．O i lG e o p h y s i c a lP r o s p e c t i n g ，1 9 9 8 ，3 3 S u p p l 7 2 7 9 ． 李江涛，李增学，余继峰，等．基于测井数据小波变 换的层序地层对比一以鲁西和济阳地区石炭、二叠 系含煤地层为例[ J ] ．沉积学报，2 0 0 5 ，2 3 4 6 3 9 6 4 5 ． L IJ i a n g - t a o ，L IZ e n g x u e ，Y Uj i f e n g ，e ta 1 ．S t r a t i g r a p h i cs e q u e n c ec o r r e l a t i o n b a s e do nw a v e l e t t r a n s f o r mo fw e l l l o g g i n gd a t a T a k i n gt h ec o a l b e a r i n gs t r a t ao fP e r m o c a r b o n i f e r o u ss y s t e m i n L u x ia n dJ i y a n ga r e aa sa ne x a m p l e [ J ] ．A c t aS e d i m e n t o l o g i c aS i n i c a ，2 0 0 5 ，2 3 4 6 3 9 6 4 5 ． 责任编辑姚志昌 上接第8 4 页 [ 6 ] 张明旭，李庆，王勇，等．皖南高硫煤微生物一浮m o n a s [ J ] ．J o u r n a lo fG u a n g x iT e a c h e r sC o l l e g e ， 选法脱硫的研究[ J ] ．煤炭学报，2 0 0 1 ，2 6 6 6 7 1 2 0 0 1 ，1 8 2 9 - 1 2 ． 6 7 5 ． [ 8 ] 张兴，肖 雷，王永志．3 种微生物对煤中黄铁矿 Z H A N GM i n g N U ，L IQ i n g ，W A N GY o n g ，e ta 1 ．A 抑制作用的研究[ J ] ．中国矿业大学学报，2 0 0 1 ，3 0 s t u d yo fb i o s u r f a c em o d i f i c a t i o ni nt h es e p e r a t i o no f 6 6 0 4 6 0 7 ． W a n n a np y r i t ec o a lb yf r o t hf l o t a t i o n [ J ] ．J o u r n a lo fZ H A N GX i n g ，X I A OL e i ，W A N GY o n g z h i ．S u p C h i n aC o a lS o c i e t y ，2 0 0 1 ，2 6 6 6 7 1 - 6 7 5 ．p r e s s i o ne f f e c t so nt h r e eb a c t e r i ao np y r i t ei nc o a l [ 7 ] 张新英，莫天砚，刘斌．红假单胞菌的分离及菌种d u r i n gf l o t a t i o np r o c e s s [ J ] ．J o u r n a lo fC h i n aU n i 一 保存试验研究[ J ] ．广西师院学报，2 0 0 1 ，1 8 2 9 - 1 2 ．v e r s i t yo fM i n i n g T e c h n o l o g y ，2 0 0 1 ，3 0 6 6 0 4 一 Z H A N GX i n y i n g ，M oT i a n y a n ，L i uB i n ．AS t u d y6 0 7 ． o ni s o l a t i o na n dc u l t u r ep r e s e r v a t i o no fR h o d o p s e u d o 一 责任编辑骆振福 万方数据