目前，已经商业化的染料超过10万种，产量约为8×10⁵~9×10⁵ t/a，其中一半以上为偶氮染料。该染料在降解过程中易产生致癌、致畸的芳胺染料^〔1〕。因此，对偶氮染料废水进行处理十分必要。

目前，去除废水中染料最有效的方法为活性炭吸附，但其成本过高^〔2〕。生物吸附法具有来源广泛、操作成本低、去除效率高、二次污染小等优点，是替代或补充现有染料废水处理工艺的一种极具潜力的方法^〔3〕。烟曲霉是自然界广泛存在的一种腐生菌，已有研究表明其是一种优秀的染料脱色剂^〔4-5〕。对此，本研究采用灭活的烟曲霉菌体(AFB)作为生物吸附剂，并对其进行化学修饰，对比研究了AFB和改性后的烟曲霉菌体(MAFB)对阴离子染料刚果红(CR)的吸附性能。

实验所用菌株为从发霉的稻草中筛选获得。经形态以及分子生物学鉴定，为烟曲霉。

种子培养基：蔗糖10 g，硫酸亚铁0.01 g，氯化钾0.5 g，七水硫酸镁0.5 g，磷酸氢二钾1.0 g，硝酸钠3.0 g，加蒸馏水至1 000 mL。

PDA培养基：土豆200 g，葡萄糖20 g，琼脂15 g，蒸馏水1 000 mL。

将烟曲霉在PDA培养基上于37 ℃培养5 d，即可获得烟曲霉孢子。将其孢子制成10⁷ mL^-1的孢子悬液。在装有100 mL种子培养基的250 mL三角瓶中接入1 mL孢子悬液，然后于37 ℃、150 r/min条件下培养24 h，即可得到大小约为1~2 mm的菌丝球。将菌丝球用三号砂芯漏斗过滤，并用蒸馏水充分洗涤，然后于121 ℃灭菌10 min，再于-20 ℃冷冻干燥至恒重，得到AFB。

取4.0 g AFB加入到100 mL 1%(g/mL)的CTAB中，室温下以200 r/min搅拌24 h。过滤，用蒸馏水洗至无Br^-(用0.1 mol/L AgNO₃检测无AgBr沉淀产生为止)后，于-20 ℃冷冻干燥至恒重，得到MAFB。

根据有机化合物中氨基、醇羟基以及羧基的性质，采用不同的方法封闭AFB相应基团，研究其对CR的吸附性能，以考察该基团在吸附中的作用。

将1.0 g AFB与20 mL甲醛和40 mL甲酸混合，于30 ℃、150 r/min下反应5 h，即发生反应(1)，氨基被封闭。

(1)

将1.0 g AFB与50 mL乙酸酐于80 ℃回流反应10 h，即发生反应(2)，醇羟基被封闭。

(2)

将1.0 g AFB与80 mL甲醇、0.6 mL浓盐酸混合，于30 ℃、150 r/min下反应6 h，即发生反应(3)，羧基被封闭。

(3)

取100 mL一定浓度的CR溶液置于250 mL三角瓶中，向其中加入一定量的吸附剂，在恒温摇床上，以一定转速反应一定时间。取样，于8 000 r/min下离心5 min，然后在592 nm波长处测定上清液中残留的CR浓度。若无特别说明，实验反应条件：初始CR质量浓度200 mg/L，AFB投加量0.6 g/L，MAFB投加量0.5 g/L，pH=2.0，搅拌速度150 r/min，温度37 ℃，吸附时间2.0 h(经过实验证明，2.0 h可以达到吸附平衡)。

将吸附过CR的AFB和MAFB置于50 mL纯甲醇中，在恒温振荡器中在30 ℃下，以150 r/min振荡15 min。用蒸馏水洗涤至中性，离心，然后于-20 ℃下冻干，即得到再生后的AFB和MAFB。

由于pH既影响染料的化学性质，又影响生物吸附剂表面的活性中心，因此它是影响生物吸附过程的重要因素。初始pH对吸附效果的影响见图1。

由图1可知，随着pH的升高，吸附剂的吸附能力均下降。真菌细胞壁主要含有氨基、羧基和羟基^〔6〕。而大多数氨基酸的等电点约为pH=6^〔7〕。当pH＜氨基酸等电点时，氨基质子化而带正电荷，羧基则以其未离解形式存在，使得生物吸附剂呈正电性，这有利于通过离子键作用去除呈负电性的CR。当pH＞氨基酸等电点时，羧基以解离形式存在，而氨基以原型存在，从而导致生物吸附剂对染料的吸附能力较低。当pH超过吸附剂的零电荷点(pH_pzc)并进一步增加时，生物吸附剂上带负电荷的活性位点的数目增加，从而导致生物吸附剂和阴离子染料之间发生静电排斥，不利于生物吸附剂对染料的吸附。此外，当溶液初始pH＞7时，过量的羟基离子可能竞争生物吸附剂上的活性位点，导致吸附效率降低。在任意pH条件下，MAFB的吸附能力均优于AFB，这可能是因为CTAB修饰后的烟曲霉具有更高的表面积，但pH_pzc并未发生变化。

吸附剂投加量对吸附效果的影响如图2所示。

由图2可知，随着吸附剂用量的增加，CR吸附率呈先急剧增加后趋于平稳的变化趋势。随着吸附剂用量的增加，吸附CR的活性位点增多，促进了对CR的吸附。但吸附剂用量过高，则会因吸附剂聚集而使活性吸附位点降低，导致吸附量下降。与AFB相比，使用少量的MAFB即可获得更高的CR吸附率。从经济角度看，MAFB在实践中极具优势。

吸附时间对吸附效果的影响如图3所示。

由图3可知，当吸附时间为2.0 h时，吸附达到平衡。初始阶段吸附速度较快，是由于此时吸附剂表面的活性吸附位点较多；之后由于吸附剂表面的大部分活性位点被占据，剩余的活性位点由于吸附于吸附剂上的染料与溶液中的染料之间存在排斥力而难以被占据^〔8〕，导致吸附逐渐变慢，最终达到吸附平衡。

染料初始浓度对吸附效果的影响如图4所示。

由图4可知，随着CR初始浓度的增加，吸附剂对CR的吸附量增大。吸附初始阶段，吸附剂表面有足够的吸附活性位点，溶质CR向吸附剂表面的扩散速率为决定吸附速率的控速步骤，即初始染料浓度为克服水相和固相染料之间的传质阻力的重要驱动力。较高的染料浓度具有较高的驱动力，从而更有利于吸附剂对染料的吸附。此外，增加初始染料浓度会增加染料分子与吸附剂之间的接触^〔9〕，从而有利于吸附的进行。随着初始染料浓度的增加，MAFB对CR的吸附量与AFB相比增加更为显著。MAFB具有较高的染料吸附量可能是由于在表面修饰过程中引入了氨基——一种可以从溶液中吸附CR的基团。

在不同的温度下，分别采用AFB和MAFB进行吸附实验，并利用Langmuir和Freundlich等温吸附模型对实验数据进行拟合，结果见表1。

由表1可知，采用Freundlich模型可以更好地描述AFB和MAFB对CR的吸附。另外，q_max和K_F均随着温度的升高而增加，表明该吸附过程为吸热过程。K_L均随着温度的升高而降低，表明随着温度升高，吸附能力下降；从Freundlich模型的n值变化则发现，随着温度的升高，n值减小，表明随着温度的升高，吸附能力增大。

分别采用AFB和MAFB进行吸附实验，并利用伪一级动力学模型和伪二级动力学模型对实验数据进行拟合，结果见表2。

结果表明，AFB和MAFB对CR的吸附过程更符合伪二级动力学模型。由于伪二级动力学模型是以固相吸附容量为基础，并确认化学吸附是吸附过程的速率控制步骤，因此，可以合理地推断化学吸附机理可能是CR生物吸附总速率的控速步骤^〔10〕。

实验结果表明，氨基封闭后，AFB对CR的吸附率下降了75.26%，而封闭醇羟基和羧基则使AFB对CR的吸附率分别下降了26.83%和20.86%。结合pH对CR去除的影响，可以推测烟曲霉对CR的脱色机理如下：在低于氨基酸等电点的酸性条件下，生物吸附剂的氨基、羟基发生质子化，带正电荷的生物吸附剂与带负电荷的CR之间存在静电吸引作用；低pH条件下生物吸附剂的氨基、羟基质子化后与CR中的氧原子间可形成氢键^〔11〕；此外，范德华力和疏水-疏水相互作用等其他微弱的分子间作用力也可能参与了CR的去除。

经过简单的甲醇再生后的AFB和MAFB对CR的吸附结果见图5。

结果表明，AFB和MAFB均能用无水甲醇再生，且在分别重复使用5次和9次后，对染料的吸附能力基本保持不变。同时可以看出，使用MAFB可以显著降低废水处理成本。

AFB和MAFB均可有效吸附溶液中的CR；相比于AFB，MAFB对CR的吸附效果明显增强。吸附过程符合伪二级动力学模型以及Freundlich等温线模型。MAFB在不降低CR吸附率的前提下，可重复使用多达9个循环。AFB官能团封闭实验结果表明，氨基是吸附CR的主要基团，羟基和羧基则起着一定的作用。