Новости

Jul 19, 2023

Иммобилизованный биосорбент из мертвых клеток Paenibacillus dendritiformis и полиэфирсульфона для устойчивой биоремедиации свинца из сточных вод.

Scientific Reports, том 13, номер статьи: 891 (2023) Цитировать эту статью 1170 Доступ 2 Цитирования 1 Подробности об альтметрических метриках Тяжелые металлы, включая свинец, наносят серьезный вред здоровью человека и

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 891 (2023) Цитировать эту статью

1170 Доступов

2 цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Тяжелые металлы, в том числе свинец, наносят серьезный вред здоровью человека и окружающей среде. Природные биосорбенты возникают как экологически чистая альтернатива. В этом исследовании два из 41 изолята (8EF и 17OS) оказались бактериями, наиболее эффективными для выращивания на средах с добавлением Pb2+ (1000 мг/л). При высоких концентрациях до 2000 мг/л пионерный изолят 17OS проявлял замечательную устойчивость к нескольким тяжелым металлам. Этот изолят был идентифицирован как Paenibacillus dendritiformis 17OS и депонирован в GenBank под номером доступа ON705726.1. Design-Expert использовался для оптимизации удаления металла Pb2+ тестируемыми бактериями. Результаты показали, что четыре из шести переменных были выбраны с использованием экспериментального плана IV с минимальным разрешением, что существенно повлияло на удаление Pb2+. Температура и концентрация Pb2+ оказывали существенное положительное влияние, тогда как период инкубации и скорость перемешивания оказывали существенное отрицательное влияние. Тестируемый штамм модулирует четыре значимые переменные для максимального удаления Pb2+ с использованием схемы Бокса-Бенкена. Метод последовательной оптимизации позволил увеличить биосорбцию на 4,29%. Мертвую биомассу P. dendritiformis 17OS заливали полиэфирсульфоном для получения гидрофильной адсорбционной мембраны, способной легко отделять Pb2+ из водных растворов. СЭМ-изображения и ИК-Фурье-анализ доказали, что новый биосорбент обладает отличной структурой и множеством поверхностных функциональных групп с отрицательным поверхностным зарядом - 9,1 мВ. Скорость удаления 200 мг/л Pb2+ из воды достигала 98% при использовании 1,5 г/л иммобилизованного биосорбента. Для определения характера реакции были показаны исследования изотермы адсорбции. Процесс адсорбции был связан с изотермой Фрейндлиха, которая описывает многослойную и гетерогенную адсорбцию молекул на поверхности адсорбента. В заключение, мертвые бактериальные клетки были иммобилизованы на полиэфирсульфоне, что придало ему характеристики новой адсорбционной мембраны для биоочистки свинца из сточных вод. Таким образом, данное исследование предложило новое поколение адсорбционных мембран на основе полиэфирсульфона и мертвых бактериальных клеток.

Токсичные ионы тяжелых металлов, возникшие в результате интенсивной индустриализации, современных методов ведения сельского хозяйства, военных действий и процессов выветривания, стали одним из наиболее серьезных загрязнителей водоснабжения1. В отличие от других токсичных материалов, ионы тяжелых металлов накапливаются в тканях живых организмов и не подвергаются биоразложению в природе. Несмотря на широкое использование, тяжелые металлы могут вызывать значительную токсичность у живых существ2. Свинец, медь, ртуть, мышьяк и хром могут оказывать вредное воздействие на кожу, почки, печень и легкие3. Свинец (Pb2+) очень опасен из-за своей токсичности и распространения в окружающей среде4. Он может останавливать действие ферментов и белков, замещать критические ионы клеток (Mg2+, Ca2+, Na+ и Fe2+) и препятствовать транспорту Ca2+, поэтому Pb2+ считается канцерогенным и очень ядовитым веществом. Более того, Pb2+ ускоряет выработку активных форм кислорода, что приводит к окислительному стрессу и повреждает клетку5. Вдыхание пыли, загрязненной Pb, а также употребление загрязненных продуктов питания или воды приводит к абсорбции и диссеминации Pb2+ в тканях человека6.

Мембранная технология, осаждение, адсорбция активированным углем и ионный обмен являются распространенными физико-химическими методами удаления токсичных металлов из сточных вод7. Многие из общих недостатков традиционных процессов удаления тяжелых металлов, таких как чрезмерное образование токсичного осадка и низкое качество очищенной воды, можно преодолеть, если мембранную технологию объединить с адсорбционной технологией (адсорбционная мембранная технология). Эта мембрана обладает рядом характеристик, таких как отсутствие фазового перехода или химических добавок, гибкость и простота масштабирования, простота идеи и эксплуатации, энергоэффективность и небольшая площадь технологического процесса8. Адсорбция является наиболее популярным методом удаления тяжелых металлов благодаря своей простоте, универсальности, дешевизне и экологичности. Однако адсорбция имеет некоторые недостатки, в том числе низкую скорость и высокое сопротивление внутренней диффузии9. Кроме того, эффективность, обеспечиваемая методом адсорбции, часто имеет тенденцию снижаться после многократного использования10.