《Journal of Cleaner Production》：Efficient biosorption of molybdenum (VI) using
Chlorella pyrenoidosa biomass: Mechanistic insights and sustainable application in water remediation
宋志新|崔玲芳|李旭南|张志晨|张超|宋钢福|赵宇|唐文忠
华北水利水电大学生态与环境学院，中国郑州，450011
摘要
钼（Mo(VI)）排放量不断增加，对水生生态系统构成了严重的生态风险。本研究探讨了小球藻（Chlorella pyrenoidosa）生物质去除Mo(VI)的生物吸附潜力，重点对其吸附机制进行了全面解析，并评估了其可持续应用的可能性。在优化条件下（pH 3、0.04克生物质剂量、20°C、120分钟接触时间），小球藻对10毫克/升的Mo(VI)的最大吸附效率达到了65%。吸附过程可以用朗缪尔等温线（R > 0.98）和伪二级动力学（R > 0.98）很好地描述，表明为单层化学吸附。本研究的一个创新点是采用了多种技术进行表征（SEM-EDS、BET、FT-IR和XPS），结果明确显示，藻类表面的羟基和羧基主要通过静电作用和配位作用促进了Mo(VI)的结合。此外，系统评估了酸化预处理的效果，发现酸化处理使生物质的比表面积增加了20%，从而直接增强了吸附能力。这项工作不仅阐明了吸附机制，还强调了利用藻类生物质作为低成本、环保吸附剂的可行性，为循环经济框架下的可持续水污染治理策略做出了贡献。
引言
由于钼的开采利用，某些地区出现了钼污染（Al-Khashman, 2004; Abdul-Wahab and Yaghi., 2003; Angon et al., 2024; Yang et al., 2023）。钼广泛分布于土壤、水、空气以及植物和动物组织中（Smedley and Kinniburgh, 2017; Song et al., 2021; Xu et al., 2018）。钼污染可能是由于钼矿石在自然环境中的风化和淋溶（Dang et al., 2002），以及人类采矿和制造活动造成的；其中，人类活动是钼污染的最主要原因（Hu et al., 2024; Zhang et al., 2024）。钼通过采矿活动、农业灌溉和其他工业过程进入水生生态系统（Jian et al., 2023; Qichao and Tiegang, 2023; Jie et al., 2022）。一些研究（Arvidsson et al., 2022）表明，水生生态系统中过量钼的积累可能对水生生态系统构成直接或间接威胁。随着过去十年钼产业的快速发展，钼污染对人类健康和生态系统的潜在威胁日益受到重视。
使用生物吸附剂可能是传统治理方法的有希望的替代方案（Richards et al., 2018）。生物吸附剂来源于农业废弃物、真菌、细菌，尤其是藻类，已被证明在从水溶液中去除各种重金属离子方面具有显著效果（Tambat et al., 2023, 2025）。像小球藻这样的藻类生物质具有很高的吸附亲和力，这归因于其细胞壁上的羧基、羟基和胺基等官能团，同时具有低成本、无毒性和可再生等优点（Chandrashekharaiah et al., 2021; Nithyanandam et al., 2025）。吸附过程结束后，剩余的藻类生物质可以减少环境影响地处置在市政垃圾填埋场，或者用于生产生物炭或生物燃料。此外，再生和重复使用用过的生物吸附剂显著提高了其经济和环境可持续性。富含宝贵元素的用过的生物质也可以重新利用，例如在农业应用中，从而促进循环经济的发展。虽然这些回收策略对于实际应用至关重要，但首先需要深入了解吸附机制。因此，本研究旨在全面阐明Mo(VI)在小球藻上的吸附行为和机制，为未来开发有效的回收方案提供基础知识。
小球藻是一种单细胞绿色藻类，可以通过异养生长在高密度混合营养培养基中生长。这种广泛使用的小球藻生物质材料可用于废水资源的回收，这是一种经济、环保且可持续的废水处理方法。在本研究中，我们使用藻粉从含钼废水中吸附MoO42?，并研究了影响吸附的因素及吸附机制，以实现“废物利用废物”的目标。“废物利用废物”指的是利用一种废物材料来处理或管理另一种废物，从而实现废物回收和更可持续的废物管理。
尽管藻类生物质去除重金属的潜力已被广泛认可，但专门针对小球藻去除Mo(VI)的系统和深入研究仍然较少。许多现有的关于生物吸附剂的研究通常仅关注吸附能力和平衡数据，缺乏全面的机制分析。因此，本研究的新颖之处有三个方面：首先，通过使用一系列互补的表征技术（FT-IR、XPS、BET、SEM-EDS），详细阐明了Mo(VI)在小球藻上的吸附机制，明确了特定官能团和表面性质的作用；其次，定量评估了简单酸化预处理对生物质物理化学性质的影响及其与Mo(VI)吸附能力增强的直接相关性；第三，在可持续和循环经济的框架下，批判性地讨论了这种特定吸附剂-金属系统的资源回收潜力，而不仅仅是去除污染物。
实验部分
生物吸附剂培养
实验所需的生物吸附剂小球藻（FACHB-9）购自中国科学院水生生物学研究所的淡水藻类种质库。小球藻的培养过程如下：将藻类分株后，使用高压灭菌（120°C，30分钟）的BG-11培养基在人工气候室（LC-QHX-250T，上海利晨邦西仪器技术有限公司）中进行扩增和培养。
吸附条件优化
pH值的影响：在pH值1、2和3时，吸附率随pH值的增加而逐渐增加，在pH 3时达到最大值59.32 ± 3.91%（图1）。之后，随着pH值的继续升高，吸附率逐渐下降。藻粉在酸性条件下对MoO42?的吸附率更高。然而，在pH 7和8时，吸附率下降至最低值0.15 ± 0.042%。实验结果表明，藻粉表现出
结论
本研究成功展示了小球藻生物质去除Mo(VI)的潜力。最佳吸附条件为pH 3、0.04克剂量、120分钟和20°C。该过程可以用朗缪尔等温线和伪二级动力学很好地描述，表明为单层化学吸附。重要的是，酸化预处理增加了比表面积并提升了吸附能力。先进的表征技术（FT-IR、XPS）证实了生物质上的羟基
作者贡献声明
宋志新：方法学研究、资金获取。
崔玲芳：数据分析、数据管理。
李旭南：资源准备、项目管理。
张志晨：实验研究。
张超：实验监督。
宋钢福：结果验证、概念构思。
赵宇：写作、审稿与编辑、实验监督。
唐文忠：数据可视化、项目管理。
利益冲突声明
我们声明与任何可能不恰当地影响我们工作的个人或组织没有财务和个人关系，也没有任何形式的专业或其他个人利益涉及任何可能影响本文所述观点或手稿评审的产品、服务或公司。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（编号：42007356）和河南省科技发展计划（编号：222102320023）的支持。作者感谢华北水利水电大学的研究生们在样品采集方面的协助，包括曾宇、李明和孙浩森。
