论文总字数：16712字

目 录

1.前言 5

1.1镉、铅的概述 5

1.2重金属污染的植物修复 5

1.3关于黄花水龙的概况 6

1.4该论文的研究目的与意义 6

2.黄花水龙对镉、铅的吸附原理 7

2.1 材料与方法 7

2.1.1供试材料 7

2.1.2预备实验 7

2.1.3吸附试验 7

2.2 结果分析 8

2.2.1黄花水龙吸附Cd2 和Pb2 含量 8

2.2.2黄花水龙对Cd2 、Pb2 的吸附随等温线 12

2.3 结论 16

3.温度、盐度和振动速率对黄花水龙吸附镉、铅的影响 16

3.1试验材料与方法 16

3.1.1实验材料 16

3.1.2吸附试验： 17

3.2实验结果分析 17

3.2.1不同温度条件下黄花水龙对镉和铅的吸附 17

3.2.2不同盐度条件下黄花水龙对镉和铅的吸附 18

3.2.3不同震荡速率条件下黄花水龙对镉和铅的吸附 19

3.3结论 20

3.4讨论 20

4.展望 20

参考文献 20

致谢 22

生物材料对水体中重金属铅和镉的

吸附特性及影响因素的研究

李然

，China

Abstract：This research was taken non-living Jussiaea stipulacea Ohwi as the research object. We experimentally studied the adsorption of non-living J. stipulacea to different concentrations of heavy metals, cadmium and lead, and investigated the effects of different temperature, salinity, pH, and the rate of oscillation on the adsorption efficiency of cadmium and lead. The results showed that the pH=5 was the best when it adsorbed heavy metals. The temperature, salinity and oscillation rate were positively and negatively correlated with the adsorption of heavy metals by J. stipulacea in different metal concentrations and environmental conditions. In addition, this research will also be different kinds of adsorbent for heavy metal cadmium, lead, adsorption effect compared to J. stipulacea made, the results showed that the adsorption of J. stipulacea time is shorter, the adsorption amount is larger, the results show that the J. stipulacea for cadmium, lead, has good adsorption effect and higher adsorption efficiency. The adsorption isotherm was simulated by the adsorption isotherm of cadmium and lead, and the adsorption isotherm was consistent with the Langmuir and Freundlich model. In view of the above results, J. stipulacea has a good adsorption effect of heavy metals and has great research and application potential in pollution ecological restoration.

Key words：Jussiaea stipulacea Ohwi; cadmium; lead; influencing factor

1.前言

1.1镉、铅的概述

镉（Cd）和铅（Pb）是当前环境中重要的重金属污染物，他们伴随着工业废水排入土壤和水源，会导致许多威胁人类健康和生态系统的环境问题（彭克俭等，2006）。镉和铅虽然不是植物必需元素，但植物的根会吸收土壤和水中的镉和铅，并将不同浓度的镉和铅积累在其可食用部分（M. Balaẑ等，2015）。因此，要控制植物中的镉和铅浓度，特别是在作物的可食部分，以确保食品安全（郭国等，2006）。研究表明，镉和铅会显著抑制土壤中各项酶的活性，从而影响土壤微生物尤其是细菌的活性，最终致使土壤肥力下降（江春玉，2008）。镉和铅极易被植物吸收并沿着食物链迁移，对人体健康带来危害（Liu et al.2007）。

镉是重金属是最重要的污染物之一，导致许多威胁人类健康和生态系统的环境问题，如“痛痛病”和“水俣病”（Taty-Costodes等，2003年；王忠全等，2009）。工业和农业废水都会将大量重金属排放到地表水中，并在降雨或降雪后通过从地表沥滤出微量污染地下水（Di Natale等，2008; Kılıç等，2013）。作为一种毒性极高的重金属，镉具有溶解性、流动性和生物积累性等特点（Sud等，2008; Belhalfaoui等，2009），而且它不仅对个体物种有害，对整个生物群落都有害。由于不可生物降解，它积聚在生物体内并破坏重要器官如肝，肾和肺的正常功能，并且还引起骨退化、癌症、高血压和艾滋病（Ebrahimi等，2015; Kim等，2015）。此外，对于金属镉的毒害而言，即使是在很低的浓度之下，镉也依旧具有很高的毒性。所以，镉被普遍认为是最具污染毒害作用的重金属之一。

铅（Pb）也是一种常见并具有高毒害作用的金属元素，在自然环境中铅通常以化合物的形式存在。在当今社会中，各类工业产业的发展都伴随着大量铅污染的产生。当铅进入土壤后，高浓度的铅会使得植物光合作用和呼吸作用等生理过程受到阻碍，对生长代谢具有潜在的毒害（王慧忠等，2003）。当植物体受到铅胁迫时，细胞代谢等活动会受到显著影响，直接抑制植物根系的生长，严重时甚至引起植物死亡（周启星等，2000）。而对于人和动物而言，血液中铅含量过高会显著影响人体的正常发育，在过量金属铅的影响下，人和动物的器官都会受到不同程度的损伤，严重时甚至引起器官衰竭最终导致死亡。此外，尤其是对于青少年和儿童而言，金属铅会影响他们的智力发育和骨骼生长（Akahori H等，1987）。所以，铅污染的治理是重金属防治的重要环节。

作为重金属污染，镉和铅进入土壤和水源后无法被降解，只能随着生化作用在生态系统中迁移、转化、扩撒、富集。所以对于重金属镉、铅在植物中的吸附特性的研究具有极高的必要性。

1.2重金属污染的植物修复

重金属污染是我国面临的重要环境问题，随着工业的不断发展，大量含镉、铅等重金属污染物的排放进入环境，从而使得环境污染加剧，环境问题变得日益突出。目前，已知在重金属污染的治理与修复方面的修复方法有：物理修复、化学修复以及生物修复等。目前最常用的修复方法主要是：通过施用非毒性改良试剂、深耕、排土、客土处理、化学处理等方法。这些方法虽然在修复效果上比较好，修复速度也较快，但是成本较高，所以只能用于急性的、小范围的重金属污染突发事件（谌金吾，2013）。而重金属的植物修复则是一种操作运用简便、价格成本低廉的重金属环境污染治理手段。植物中重金属量元素可以通过叶片表面或通过根系吸收（Bose等，2008），在国外的研究中指出一些水草如普通芦苇（Phragmites australis Cav. Trin ex. Steudel）和窄叶香蒲（Typha angustifolia L.）可以积累过量的重金属（Kufel和Kufel, 1980）。这一特征使得它们可以用于水和土壤中重金属污染的去除。

植物修复不仅指狭义上利用植物的生理功能去除水、土壤、大气中的各类污染物，除此之外，植物修复技术还可以修复生态环境、改善植被、修复景观等功效（石润等，2015）。而重金属作为一种难以降解、毒害作用大、半衰期长的污染物，其污染具有隐蔽性、长期性和不可逆性等特点，并且其污染普遍存在于土壤中（范检喜，2011），所以对于重金属污染物的去除，生物植物修复是一种简单高效的方法。

近年来，能够在地上部分积累极其高浓度重金属的植物，并把其用于植物修复中的课题受到了广泛关注，随着植物提取修复技术的进一步深入研究，筛选合适的超富集植物是植物提取修复成功进行的最关键一步（Li等，2009）。从分布的科属来看，超富集植物主要集中在十字花科，世界上研究最多的植物主要是芸答属（Brassica）、庭界属(Alyssums)以及遏蓝菜属(Thlaspi)等（Rascio等，2011）。而黄花水龙虽然不属于十字花科，但在吸附重金属镉、铅离子方面有着较强的吸附效果。因此，研究黄花水龙这一种容易生长繁殖，且具有高效生物吸附效果植物，并探究其对重金属吸附特性和植物的修复效果就显得尤为必要。对解决重金属污染、生态环境破坏等问题有着较强的现实意义。

1.3关于黄花水龙的概况

本实验所使用的材料为黄花水龙属多年生挺水草本，具匍匐茎，蔓生或直立生长，整株无毛，节间簇生白色气囊(气生根)。叶互生，长椭圆形。花开于枝顶，金黄色，径9～17mm，不结实，花期5-6月。黄花水龙作为一种土著物种对镉、铅有较好的耐受性，因此在去除吸附重金属污染方面黄花水龙有很好的应用。本实验通过对黄花水龙在不同环境中对于重金属镉、铅的吸附情况可以进一步了解黄花水龙的对于高浓度重金属污染的耐受能力，以及探求其在生物治理与生物修复方面的潜力。

1.4该论文的研究目的与意义

黄花水龙是一种常见的水生与沼生都可以生存的植物，而土壤和水源正是重金属污染最为严重的区域，所以通过实验研究重金属在不同条件下被黄花水龙吸附的情况可以进一步充分了解水龙等植物在不同污染情况和生长条件下对于污染物的耐受状况以，及其在污染防治领域有着什么样的利用价值。

重金属的污染与治理一直都是环境污染的重要课题，所以对于黄花水龙对镉、铅吸附特性的研究就有着重要的意义，其意义大致归为以下几点：

1. 重金属镉和铅是两种被普遍认为具有极高污染毒害作用的污染物，不论是已知的研究成果还是已经发生污染公害事件都已经充分证明其危害的严重性，所以如何有效的预防和治理这两种金属的污染，探究重金属污染的吸附情况以及作用机理就变得极为重要，并且可以通过研究黄花水龙对于这两种污染物的吸附特性可以为重金属引发植物生态污染提供重要具有参考价值的信息；
2. 黄花水龙是一种极易获得的植物，它具有生长条件简单、生长迅速、耐受性强等特点，除此之外，黄花水龙还对金属有较好的吸附性能。所以黄花水龙可以作为一种生物治理植物，因而探究它对于重金属的吸附特性就有了很强的现实意义；
3. 随着环保力度的加大，重金属污染也越发收到关注，黄花水龙是一种普遍存在于水中、沼泽和湿地的植物，是水生态系统和湿地生态系统的重要组成部分。通过研究黄花水龙对镉、铅等重金属的吸附特性可以在有针对性的情况下做到保护生态系统，并在生物吸附在生物治理方面有着重要意义。因此通过此课题的研究可以对重金属污染的生物治理提供方法和参考信息。

总之，对于重金属的污染黄花水龙的吸附特性的研究有着重要的现实意义。探究重金属镉、铅在非活体黄花水龙体内的吸附机理与吸附条件可以对重金属污染的治理、生态环境的保护提供良好帮助，具有重要的的学术价值和应用价值。

2.黄花水龙对镉、铅的吸附原理

2.1 材料与方法

2.1.1实验材料

本试验所用材料（黄花水龙）从南京市江心洲地区采样。采集长势良好的黄花水龙，带回实验室备用。将采集回来的黄花水龙先用静置1天的自来水冲洗干净，然后再用去离子水清洗并培养24小时，以去除黄花水龙体内残留的在野外吸收的重金属，减少实验误差。接着再用去离子水清洗三遍。用吸收纸吸干表面水分后，将黄花水龙放进烘箱，温度调至75℃烘干至恒重，研磨过筛0.5~3.15mm，并将处理好的样品置于干燥器中保存备用。

2.1.2预备实验

为了检测试验材料体内所残留的Cd² 、Pb² 含量，分别用0.01mol/L的H₂SO₄和去离子水浸泡试验材料，结果没有检测出这两种金属。

2.1.3吸附试验

试验1：在实验室中分别使用CdCl₂、Pb(NO₃)₂配制2L浓度50µmol/L的镉和铅处理液50mL于50mL的锥形瓶中，随后将实验溶液的pH值分别调至2、4、5、7、9，每个组处理设置三次重复实验。分别在每组加入0.2g研磨好的黄花水龙样品，在120rpm的摇床中25℃恒温条件下振荡3h。处理完毕后将其依次过滤，收集浸提液和植物材料用于分析Cd² 、Pb² 含量。由于试验结果显示pH在5.5时，吸附量达到最大值，所以后续的试验，均将pH值设为5.5。

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