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| 編輯推薦： |
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《重金属生物吸附》可供高等院校环境科学与工程专业的高年级本科生、研究生以及相关专业的师生和研究人员参考。
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| 內容簡介： |
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《重金属生物吸附》是一部关于重金属生物吸附基础及应用的研究成果专著，是作者十多年研究工作的系统总结与提升，引用了作者指导的硕士研究生、博士研究生的学位论文及博士后的出站报告。《重金属生物吸附》全面、深入地论述了重金属与生物材料之间的相互作用特性及机理，以及生物吸附在重金属废水处理中的应用。《重金属生物吸附》共8章，主要内容包括重金属及其污染、生物吸附基础、生物吸附剂及其改性与再生、生物吸附影响因素、生物吸附机理、生物吸附过程模拟以及重金属废水的生物处理等。《重金属生物吸附》理论与应用并重，内容丰富、新颖，实用性强。
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| 目錄：
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前言
第1章 重金属及其污染
1.1重金属及相关基础知识
1.1.1引言
1.1.2元素及元素周期表
1.1.3周期表中元素分类
1.1.4地壳中元素的组成、分布及主要存在形式
1.1.5金属元素及其分类
1.1.6重金属
1.2重金属的特性及环境领域中关注的重金属
1.2.1重金属的存在形态
1.2.2重金属的毒理毒性特点
1.2.3重金属对微生物的毒性机制
1.2.4我国水体中优先控制污染物黑名单
1.2.5环境领域中关注的重金属
1.3我国重金属污染特征分析
1.3.1引言
1.3.2主要污染的重金属种类
1.3.3主要污染行业
1.3.4重金属废水的特征
1.4重金属废水处理技术
1.4.1重金属废水处理技术分类
1.4.2重金属废水处理中需要考虑的关键问题
1.5重金属废水处理浓缩物中重金属的回收元害化处理
1.5.1引言
1.5.2重金属回收
1.5.3元害化处理
1.6关于重金属废水处理的几点建议
1.7重金属污染生物修复的重要性
参考文献
第2章 生物吸附基础
2.1生物吸附的提出和发展
2.1.1生物吸附概念的形成
2.1.2生物吸附研究的历史
2.1.3生物吸附的研究现状
2.1.4生物吸附的发展方向
2.2活细胞和死细胞、生物吸附和生物积累
2.3生物吸附的含义
2.4生物吸附处理重金属放射性废水的实现形式
2.4.1生物吸附处理重金属的典型工艺流程
2.4.2生物吸附过程的多种实现形式
2.5吸附质种类
2.6生物吸附剂种类
2.7生物吸附的主要研究内容
2.8生物吸附的技术特点
2.9生物吸附发展中存在的问题及分析
2.10生物吸附应用探索
2.10.1生物吸附的商业化尝试
2.10.2生物吸附实际应用的可行性分析
2.11生物吸附发展方向
2.11.1重新认识生物吸附的研究意义
2.11.2生物吸附成本核算与比较
2.11.3深入探讨生物吸附的本质及特性
2.11.4探索生物吸附与其他技术的综合利用
2.11.5开发出类似于离子交换树脂的商业化生物吸附剂
2.11.6加强生物吸附机理研究
2.11.7扩大生物吸附的应用领域
参考文献
第3章 生物吸附剂
3.1生物吸附剂及其类型
3.1.1生物吸附剂的定义
3.1.2生物吸附剂来源及其分类
3.1.3生物吸附剂的发展
3.2生物吸附的生物学基础
3.2.1概述
3.2.2细菌
3.2.3丝状真菌
3.2.4酵母菌
3.2.5藻类
3.2.6海藻、细菌、真菌细胞壁结构比较
3.2.7壳聚糖、纤维素、木质素、淀粉等天然有机生物大分子
3.2.8农林废弃物
3.2.9生物材料中与重金属生物吸附有关的官能团
3.3生物吸附剂评价标准
3.3.1评价及筛选标准
3.3.2生物吸附剂评价中需要注意的问题
3.4生物吸附实验
3.4.1引言
3.4.2生物吸附剂干重、生物吸附量、去除率的计算方法
3.4.3生物吸附动力学实验:确定生物吸附平衡时间te
3.4.4生物吸附平衡实验:确定平衡吸附量qe
3.4.5热力学实验:温度的影响
3.4.6举例酿酒酵母生物吸附性能研究:材料与方法
3.5生物吸附剂的吸附性能总结
3.5.1引言
3.5.2部分微生物对金属的吸附容量
3.5.3微生物吸附重金属的种类
3.5.4潜在的生物吸附剂种类
3.6细菌作为生物吸附剂
3.7真菌丝状真菌作为生物吸附剂
3.7.1简介
3.7.2青霉菌作为生物吸附剂
3.7.3曲霉菌作为生物吸附剂
3.7.4其他丝状真菌作为生物吸附材料
3.7.5真菌吸附重金属的选择性及比较
3.8酵母作为生物吸附剂
3.8.1酿酒酵母s.ceγe''v1S1αe作为生物吸附剂的优势
3.8.2生物吸附研究中酿酒酵母的各种利用形式
3.8.3酿酒酵母生物吸附性能
3.8.4酿酒酵母对不同金属离子吸附的比较
3.8.5酿酒酵母与其他吸附剂吸附性能的比较
3.9海藻作为生物吸附剂
3.10壳聚糖基生物吸附剂
3.10.1引言
3.10.2壳聚糖基生物吸附剂的性能
3.11廉价生物吸附剂
3.11.1引言
3.11.2农林废弃物吸附重金属研究进展
3.11.3甜高粱秸秤及其改性研究
3.12新型生物吸附剂
参考文献
第4章 生物吸附剂的改性与再生
4.1概述
4.2预处理方法
4.2.1引言
4.2.2物理方法
4.2.3化学方法
4.2.4生物方法
4.2.5各种预处理方法的研究进展
4.3生物吸附剂的固定化
4.3.1引言
4.3.2生物固定化方法
4.3.3生物固定化载体
4.3.4固定化生物吸附剂的研究进展
4.4生物吸附剂物理化学改性方法及表征:以壳聚糖基生物吸附剂为例
4.4.1引言
4.4.2用于重金属去除目的的壳聚糖改性方法
4.4.3物理改性
4.4.4化学改性
4.4.5壳聚糖复合材料
4.5吸附剂的解吸及重复利用
4.6废弃生物吸附剂的最终处置
4.7壳聚糖基生物吸附剂的制备及表征
4.7.1材料
4.7.2纳米磁性壳聚糖的制备
4.7.3磁性壳聚糖的制备
4.7.4二乙烯三胶改性磁性壳聚糖的制备
4.7.5二硫化碳改性磁性壳聚糖的制备
4.7.6磁性壳聚糖PVA复合颗粒制备方法
4.7.7磁性壳聚糖固定化酿酒酵母的制备方法
4.7.8纳米磁性壳聚糖表征
4.7.9二乙烯三胶改性磁性壳聚糖的表征
4.7.10二硫化碳改性磁性壳聚糖的表征
4.7.11磁性壳聚糖PVA复合颗粒的表征
4.7.12磁性壳聚糖固定化酿酒酵母壳聚糖生物固定化颗粒的表征
4.7.13小结
4.8木质纤维素材料的改性以及表征
4.8.1木质纤维素材料改性方法
4.8.2甜高粱秸秤乙醇发酵残渣及性能表征
4.8.3秸秤辐照接枝丙烯酸制备与表征方法
4.8.4辐照接枝条件的优化
4.8.5材料的表征:竣基含量、SEM、FTIR、XRD
4.8.6竣基功能化改性秸秤材料制备及表征
参考文献
第5章 生物吸附影响因素
5.1金属离子性质的影响
5.1.1引言
5.1.2实验及参数选择
5.1.3QSAR模型建立方法
5.1.4X2γ的影响
5.1.5Z2γ，logKOH，IP的影响
5.1.6极化力各种参数的影响
5.1.7其他离子性质的影响
5.1.8离子性质影响的小结
5.2反应条件对生物吸附的影响
5.2.1引言
5.2.2吸附时间
5.2.3重金属离子初始浓度生物量浓度
5.2.4温度的影响
5.2.5pH的影响
5.2.6金属离子初始浓度与生物吸附剂浓度的影响
5.2.7竞争离子共存离子其他共存物的影响
5.2.8离子强度的影响
5.3二元三元重金属离子体系的生物吸附特征
5.3.1磁性壳聚糖对PbII、CuII、ZnII的竞争吸附
5.3.2二硫化碳改性磁性壳聚糖对PbII、CuII、ZnII的竞争吸附
5.3.3二乙烯三胶改性磁性壳聚糖对CuII、N1II的竞争吸附
5.3.4秸秤及其改性材料对多元体系中金属离子的等温吸附特性
5.4生物细胞性质及培养条件对生物吸附的影响
5.4.1生物细胞种类
5.4.2微生物菌龄
5.4.3微生物培养的碳源
5.4.4其他成分对生物吸附的影响
5.5生物体材料对重金属的选择性或亲和性
5.5.1引言
5.5.2金属离子的选择性或亲和性研究
5.5.3利用配位理论分析吸附性能及吸附选择性
5.6需要考虑的几个问题
参考文献
第6章 生物眼附机理
6.1引言
6.1.1生物吸附机理主要研究内容
6.1.2生物吸附机理研究中需要考虑的问题
6.1.3生物吸附机理研究的方法学
6.1.4生物吸附机理研究思路及技术路线
6.2生物吸附过程
6.2.1引言
6.2.2被动吸附
6.2.3主动吸收
6.2.4重金属生物吸附过程分析
6.3生物吸附机理
6.3.1引言
6.3.2细胞外富集沉淀转化
6.3.3细胞表面吸附沉淀转化
6.3.4胞内吸附沉淀转化3866.4生物吸附机理的研究手段
6.4.1山述3886.4.2傅里叶变换红外光谱FTIR
6.4.3扫描电子显微镜-能谱SEM-EDX
6.4.4透射电子显微镜-能谱TEM-EDX
6.4.5原子力显微镜AFM4216.4.6紫外-可见光谱UV-Vs
6.4.7X射线光电子能谱XPS
6.4.8同步辐射光源的X射线吸收精细结构谱XAFS
6.4.9电感桐合等离子体-质谱ICP-MS
参考文献
第7章 生物吸附过程模拟
7.1吸附动力学模型
7.2等温吸附模型
7.3吸附热力学模型
7.4酿酒酵母生物吸附过程分析
7.4.1酿酒酵母吸附重金属离子的时间进程
7.4.2酵母吸附重金属离子的动力学模型
7.4.3等温吸附过程及模型拟合
7.4.4重金属离子生物吸附容量的比较
7.4.5温度对酿酒酵母生物吸附量的影响
7.5磁性壳聚糖对重金属的吸附特性
7.5.1磁性纳米壳聚糖吸附CuII的动力学
7.5.2磁性壳聚糖和二硫化碳改性磁性壳聚糖吸附PbII的动力学
7.5.3温度对纳米磁性壳聚糖吸附CuII的影响
7.5.4磁性壳聚糖和二硫化碳改性磁性壳聚糖吸附PbII、CuII、ZnII的等温吸附特征
7.5.5纳米磁性壳聚糖吸附CuII的热力学
7.5.6小结
7.6多元体系中Pb、Cu、Zn竞争吸附
7.6.1磁性壳聚糖对多元体系中PbII、CuII、ZnII的竞争吸附
7.6.2秸轩及其改性材料对Pb-Cu-Zn的竞争吸附特性
参考文献
第8章 重金属废水的生物处理
8.1生物对重金属的固定与溶解机制
8.1.1引言
8.1.2生物对重金属的固定机制
8.1.3生物对重金属的溶解机制
8.2重金属废水生物处理概况
8.2.1重金属废水生物处理原理
8.2.2重金属废水生物处理工艺
8.2.3重金属废水生物处理案例
8.3硫酸盐还原菌处理重金属废水
8.3.1硫酸盐还原菌简介
8.3.2SRB处理重金属废水的原理
8.3.3硫酸盐还原菌处理重金属废水的特性
8.3.4硫酸盐还原菌去除重金属离子的动力学
8.4藻菌生物膜系统处理重金属废水
8.4.1引言
8.4.2处理效果分析及机理探讨
8.5零价铁-硫酸盐还原菌ZVI-SRB处理重金属废水
8.5.1引言
8.5.2ZVI-SRB处理重金属废水的研究思路
8.5.3ZVI-SRB处理重金属废水的实
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| 內容試閱：
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第1章重金属及其污染
1.1重金属及相关基础知识
1.1.1引言
随着工业的发展，人们对重金属的使用越来越广泛。一方面，重金属资源出现了相对缺乏的局面；另一方面，伴随而来的是环境受到了重金属的污染。震惊世界的“水俣病”和“骨痛病”事件，以及我国出现的“镉大米”，就是由于重金属汞和镉的污染而引起的。
重金属作为矿产资源开发、金属冶炼和金属加工活动的主要污染物，其污染随着我国经济发展以及开发规模的不断扩大日益严重。部分地区污染严重，已引起公众高度关注。
重金属是对生态环境危害极大的一类污染物，其进入环境后不能被生物降解，而往往参与食物链循环并最终在生物体内积累，破坏生物体正常生理代谢活动，危害人体健康。因此，有效处理重金属废水并回收贵重金属，是当今环境保护领域中的一个亟待解决的重要问题。
表1-1列出了一些金属元素开采及利用的主要工业部门，这些部门排放的废水中可能含有金属离子，需要特别关注，进行适当的处理。
表1-1使用重金属的主要工业部门
1.1.2元素及元素周期表
2013年5月1日，国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）在其网站上发布了最新的元素周期表，以相对原子质量Ar12C=12为标准，提供了元素的相对原子质量（iupac.orgreportsperiodic_table）。
2013年10月1日，同位素丰度与原子量委员会（CIAAW）发布了最新的同位素周期表（http：www.ciaaw.orgpubsPeriodic_Table_Isotopes.pdf），相关技术报告参见Wieser等2013。其中，周期表中114号和116号元素，于2012年分别被正式命名为Flerovium和Livermorium，其化学符号分别为Fl和Lv，均为人工合成的超重元素，相对原子质量分别为289和292，存在时间极短，前者为半秒，后者仅有几毫秒。至此，自然界存在的和人工合成的元素共有114种（图1-1）。已发现的一百多种元素中，绝大部分是天然元素，只有少数是利用人工方法合成的。
图1-1IUPAC提供的元素周期表
1.1.3周期表中元素分类
元素周期表中主、副族有两种分类方法，并且并存了很长时间。
第一种分类方法是根据原子外围电子排布，把仅有最外层未填满的元素称为主族maingroups元素，其他为副族subgroups元素，如Se、Te、Po为主族，ⅥA；Cr、Mo、W为副族，ⅥB。把第二、第三周期的元素称为典型元素typicalelements，如O、S等。第二种分类方法是根据最高价阳离子电子排布及某种化合物稳定性规律，因此Cr、Mo、W定为主族，Se、Te、Po定为副族。这种方法强调了主、副族的不确定性。
1970年，IUPAC推荐使用第二种分类方法。1989年，IUPAC决定用18族周期表，其中碱金属为ⅠA族，逐渐右移，直到稀有气体为18族严宣申和王长富，2003。
1.1.4地壳中元素的组成、分布及主要存在形式
地壳包括围绕地球的大气圈（重约5.1×1018kg）、水圈（重约1.2×1021kg）以及地面以下16km以内的岩石圈重约1.6×1022kg。地壳中各元素的分布常用质量分数或原子分数表示，前者叫作质量Clarke值，后者是原子Clarke值。部分元素的Clarke值参见表1-2和表1-3严宣申和王长富，1999；2003。
表1-2地壳中部分元素的原子Clarke值
若按体积计，氧在地壳中约占90%。地壳中分布较多的一些元素，如C、O、H、N、K、Na、Mg、Ca、Fe、P及S，也是人体内含量较多的元素。
地壳中的元素分布很不均匀。由表1-2、表1-3可知，O和Si两种元素的总质量约占75％。含量较多的前12种元素，即O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg、H、Ti、Cl、P，其总质量约占99.5％，其余80多种元素仅占0.5％。
稀有元素：习惯上把地壳中含量少或分布稀散的元素称为稀有元素rareelement，RE，如Mo、W、Pt、Ga、Ge等。
稀有元素和普通元素的划分是相对的。例如，Ti在地壳中的含量不低，但因其冶炼困难，在相当长的时间内影响了人们对它的了解和应用，被列为稀有元素。Au的含量虽然低，但早已被人们所认识，因此归入了普通元素。目前，所谓的稀有元素（约占元素总数的23），是指到20世纪40年代时人们仍然较不熟悉的元素。
周期表中各元素在地壳中的主要存在形式有如下几种，如图1-2所示严宣申和王长富，1999；2003：①以卤化物、含氧酸盐存在，电解还原法制备其单质；②以氧化物或含氧酸盐存在，电解还原或化学还原法制备其单质；③主要以硫化物形态存在，先在空气中氧化成氧化物，而后还原成单质；④以单质存在于自然界；⑤以阴离子存在，有些以单质存在于自然界。
图1-2元素在地壳中的主要存在形式
除少数元素，如稀有气体、O2、N2、S、C、Au、Pt以单质存在外，其余元素均以化合态存在。化合态中主要以氧化物（含氧酸盐）和硫化物存在，前者为亲石元素（lithophileelements），后者为亲硫元素（chalcophileelements）严宣申和王长富，2003。
1.1.5金属元素及其分类1.金属元素100多种元素中，自然界存在的以及人工合成的金属元素已达90多种。通常，将具有正的温度电阻系数的物质定义为金属，它们位于元素周期表中的左方及左下方，位于“硼-砹分界线”的左下方，包括s区H除外、d区、ds区、f区的全部元素及p区左下角的元素，过渡元素全部是金属元素。
金属元素的原子结构特征：价电子数较少，在化学反应中较易失去电子。除锡（Sn）、锑（Sb）、铋（Bi）等少数几种金属的原子最外层电子数大于或等于4以外，绝大多数金属原子的最外层电子数均小于4。主族金属原子的外围电子排布为ns1或ns2或ns2np1~4，过渡金属的外围电子排布为n-1d1~10ns1~2。
2.金属元素的分类
为便于读者理解出现在各类文献中关于金属的名称及内容，下面简单介绍金属的分类及相应名称严宣申和王长富，1999；陈建华和马春玉，2009。
1）黑色金属
黑色金属包括铁、锰和铬以及它们的合金。
2）有色金属
相对黑色金属而言，是指铁、锰和铬以外的所有金属。
3）轻金属
密度小于4.5gcm3的有色金属，如钛、铝、镁、钾、钠、钙、锶、钡等。
4）重金属
密度大于4.5gcm3的有色金属，如铜、镍、钴、铅、锌、锡、锑、铋、镉、汞等。也有文献将密度大于5gcm3的元素列为重金属。
5）贵金属
包括金、银和铂族元素。它们在地壳中含量相对较少，开采和提取比较困难，价格贵，化学性质稳定。
6）碱金属和碱土金属
碱金属（alkalimetal）是周期表中ⅠA族元素，包括锂、钠、钾、铷、铯和钫6种元素。由于它们的氧化物溶于水呈碱性，所以称为碱金属，其中钫是放射性元素。碱土金属（alkalineearthmetal）是周期表中ⅡA族元素，包括铍、镁、钙、锶、钡和镭6种元素，由于CaO、SrO、BaO兼有碱性和土性（难溶于水和难熔融），所以又称为碱土金属。也有人认为，钙、锶、钡在性质上介于“碱性”的ⅠA族和ⅢA族之间，ⅢA族元素一般称为土族元素。因此，钙、锶、钡称为碱土金属，习惯上将铍、镁也包括在内。镭是放射性元素。
7）稀有金属元素
在1.1.4中已有所解释，“稀有”是相对的概念。稀有金属rareelement，RE是指在自然界中含量较少、存在比较分散、发现较晚且难以从原料中提取或制备的金属，包括锂、铷、铯、铍、钼、钨、钽、铌、钛、锆、钒、镓、铟、铊、稀土元素等。一些稀有金属，如Ti，在地壳中的含量并不少，甚至比金属铜、银、汞还高。
8）镧系元素
镧系元素lanthanideelements，用符号Ln表示一般是指原子序数为57~71的15种元素的总称，包括镧（La）、铈（Ce）、镨（Pr）、钕（Nd）、钷（Pm）、钐（Sm）、铕（Eu）、钆（Gd）、铽（Tb）、镝（Dy）、钬（Ho）、饵（Er）、铥（Tm）、镱（Yb）、镥（Lu），均为稀土元素。价电子层结构式为：4f1~145d0~16s2。镧系元素的外层和次外层的电子构型基本相同，电子逐一填充到4f轨道上。镧系元素也属于过渡元素，只是镧系元素新增加的电子大都填入了从外侧数第三个电子层（即4f电子层）中，所以镧系元素又可以称为4f系。外数第三层上电子数不同的叫作内过渡元素innertransitionelements。为了区别于元素周期表中的d区过渡元素，故又将镧系元素（及锕系元素，另一内过渡元素，原子序数为89~103）称为内过渡元素。由于镧系元素都是金属，所以又可以和锕系元素统称为f区金属。镧系元素最外层（6s的电子数不变，都是2。而镧原子核有57个电荷，从镧到镥，核电荷增至71个，使原子半径和离子半径逐渐收缩，这种现象称为镧系收缩。
9）锕系元素
锕系元素（actinideelements，用符号An表示）是元素周期表ⅢB族中原子序数为89～103的15种化学元素的统称，又称5f过渡系，包括锕（Ac）、钍（Th）、镤（Pa）、铀（U）、镎（Np）、钚（Pu）、镅（Am）、锔（Cm）、锫（Bk）、锎（Cf）、锿（Es）、镄（Fm）、钔（Md）、锘（No）、铹（Lr），均具有放射性，金属性较强，是放射性金属元素。锕、钍、镤、铀自然界天然存在。铀以后的元素称为超铀元素，共11种，是1940年以后用人工核反应合成的。锕系元素的价电子层结构为5f0~146d0~17s2，只有Th的价电子层为5f06d27s2。新增加的电子基本一次填入5f和6d。它们化学性质相似具有较强的金属性质；元素之间的性质相似，和镧系收缩类似，也存在离子半径收缩现象；化学性质比较活泼，空气中易氧化而自燃。常见价态为3~6价，个别可为2价或7价。能发生α衰变和自发裂变是锕系元素的重要核特性，随着原子序数的增大，半衰期逐渐缩短。238U的半衰期为44.68亿年，而260Lr的半衰期只有3min。锕系元素的毒性和辐射（特别是吸入人体内的α辐射）的危害较大，操作这些物质须配套防护措施。
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