Vědecko-výzkumné projekty

Biosorpce Cr(VI) na biosorbent na bázi sinic a řas

SP2014/7

Předmětem výzkumu je zkoumání ověření možnosti použití sorbentu vyrobeného ze sinic a řas na biosorpci šestimocného chromu z vodného roztoku. Součástí výzkumu bude kultivace a úprava sinic a řas a jejich využití jako biosorbentu. Během studia biosorpce Cr(VI) bude sledována kinetika sorpce, stanoví se biosorpční izotermy a poté bude věnována pozornost na optimalizaci procesu. Chrom (VI) je přirozeně se vyskytující prvek například jako minerál chromit (FeCrO4) a krokoit (PbCrO4). Antropogenními zdroji chromu jsou například galvanické pokovování, zpracování kůže, vodní chlazení, zpracování celulózy, barvy, pigmenty, film a fotografie, ochrana dřeva, průmyslová výroba slitin. Chrom se také používá v laboratořích jako antioxidant [1] [2]. Trojmocný chrom a šestimocný chrom mají zásadní význam v životním prostředí, jelikož jsou stabilní. Chrom (VI) je známý vyšší stabilitou a toxicitou než chrom(III), protože má vysokou rozpustnost, mobilitu a snadnou se redukuje [1] [3]. Toxikologický účinek vychází z působení této formy jako oxidačního činidla, stejně jako vznik volných radikálů během redukce z Cr(VI) na Cr(III) vyskytující se uvnitř buňky[2]. Výzkum karcinogenity Cr(VI) poukazuje na fakt, že ionty chromu (CrO42-) proniknou rychle do buňky a nukleární membrány často skrz aniontové transportní cesty. Trojmocný chrom je naproti tomu mnohem pomalejší [2] [4]. Biosorpce je schopnost ''neživých částí buněk'', nejčastěji buněčné stěny některých druhů organismů, vázat a koncentrovat na sebe těžké kovy z okolního prostředí [9]. Buněčná stěna organismů nabízí mnoho vazebných možností pro kovy. Technologie k odstranění těžkých kovů z odpadních vod by měla být především účinná, ekologická a ekonomicky nenáročná. Použití biosorbentu vyrobeného ze sinic je nová alternativní metoda k odstranění Cr(VI) z vodného roztoku. Cyanobacterie mají množství výhod oproti jiným mikroorganismům. Mají velkou povrchovou plochu, větší objem slizu s vyšší vazebnou afinitou a nízké nároky na živiny [5]. Sinice jsou gramnegativní autotrofní bakterie, mají tedy nízkou afinitu pro anionty. Proto Cr(VI) , který je přítomný v roztoku jako CrO42-, HCrO4- nebo Cr2O72- nemůže být adsorbován na negativně nabitý povrch biomasy sinic. Seki a spol [6] rozvinuli novou metodu ke zvýšení adsorpční kapacity a to procesem methylace. Tato metoda již byla úspěšně aplikována na negativně nabitou biomasu kvasnic a také řas rodu Spirulina platensis [7] [8]. Výzkum bude prováděn v laboratořích Institutu čistých technologií a zároveň bude využíváno přístrojové vybavení pořízené v rámci projektu VaVpI ICT – Institut čistých technologií těžby a užití energetických surovin. Jedná se např. o Bioreaktor BioFlo & CelliGen 310; Třepačka MultiTron 2 s inkubací a Liofylizátor CoolSafe 100-9 PRO. Výstupy projektu budou prezentovány na mezinárodních konferencích a budou publikovány v recenzovaných a impaktovaných zahraničních časopisech. Postup řešení Podstatu experimentálně časově náročného řešení, jeho způsob a projektováné cíle lze shrnout do následujících bodů: 1. Kultivace vybraných kmenů sinic a řas v univerzálním mediu Z 2. Příprava biosorbentu vysušením, methylací, promytím, opětovným vysušením, drcením a sítováním. 3. Příprava roztoku obsahující chromité ionty v různé koncentraci 4. Vlastní výzkum procesu biosorpce. Sledování kinetiky sorpce a poklesu kovu v roztoku o několika různých koncentrací. Stanovení biosorpčních izoterem a vyhodnocení výsledků. Stanovení chromu v roztoku podle normy ČSN ISO 11083. 5. SEM analýza, FTIR analýza sorbentu, analýza měrného povrchu Časový harmonogram Leden - únor: kultivace sinic Březen - duben: úprava biosorbentu a jeho analýza Květen- červen: biosorpce chromu z roztoku, sledování kinetiky sorpce Červenec- srpen: vyhodnocení výsledků, optimalizace procesu, publikování výsledků Září - listopad: prezentace dosažených výsledků Prosinec - příprava závěrečné zprávy o řešení projektu Literatura [1] PITTER, Pavel. Hydrochemie. 4th ed. Praha : VŠCHT Praha,, 2009. ISBN 978-80-7080-701-9. [2] SAHA, Bidyut a Chris ORVIG. Biosorbents for hexavalent chromium elimination from industrial and municipal effluents. Coordination Chemistry Reviews [online]. 2010, č. 254, s. 2959-2972 [cit. 2013-10-16]. Dostupné z: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010854510001591 [3] GOMEZ, V. a M.P. CALLAO. Chromium determination and speciation since 2000. Trends in Analytical Chemistry [online]. 2006, č. 25 [cit. 2013-10-16]. Dostupné z: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0165993606001701 [4] DAS, A.K. Micellar effect on the kinetics and mechanism of chromium(VI) oxidation of organic substrates. Coordination Chemistry Reviews [online]. 2004, č. 248 [cit. 2013-10-16]. Dostupné z: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S001085450300225X# [5] OZTURK, Sahlan, Belma ASLIM a Zekiye SULUDERE. Evaluation of chromium (VI) removal behaviour by two isolates os Synechocystis sp. in terms of exopolysacharide (ESP) production and monomer composition. Bioresource technology. 2009, č. 100. [6] FINOCCHIO, Elisabetta, Alessandra LODI a Carlo SOLISIO. Chromium (VI) removal by methylated biomass of Spirulina platensis: The effect of methylation process.Chemical Engineering Journal. 2010, č. 2. [7] SEKI H., Suzuki A., Maruyama H., Adsorption of egg albumin onto methylated yeast biomass, J. Colloid interface Sci.270, 2004, 304-308. [8] SEKI H., Suzuki A., Maruyama H., Biosorption of chromium (VI) and arsenic (V) onto methylated yeast biomass, J. Colloid interface Sci.281, 2005, 261-266. [9] AHLUWALIA, S.S., GOYAL, D. (2007): Microbial and plant derived biomass for removal of heavy metals from water. Bioresource Technol. 98: 2243-2257

2014

2014

Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy

SGS

Specifický výzkum VŠB-TUO

Herková Mariana Ing.