Сорбционные свойства мха по отношению к микроорганизмам и тяжелым металлам

[pic]

Рис.2.2.

Изотермы сорбции – это кривые, показывающие зависимость

количества сорбированного вещества (мг-экв) в расчете на 1 г сорбента

от равновесной концентрации этого вещества в моль/л.

Полученные результаты полностью соответствуют существующим

сведениям об ионообменной емкости мха, которая по литературным

сведениям считается равной 1мг-экв/г.

На основании представленных рис.2.1. и 2.2. можно говорить, что

мох является хорошим природным ионообменником и обладает хорошими

сорбционными свойствами по отношению к тяжелым металлам, это

достигается наличием в структуре мха таких веществ как полиурониды

(полисахариды, содержащие карбоксильную группу в 6-пложении пиранового

или ангидроглюкозного цикла) и пектина. Сравнивания результаты

сорбции ионов меди и ионов кадмия можно сделать вывод, что из

исследованных тяжелых металлов лучше сорбируется мхом медь (Cu), чем

кадмий (Cd). Это может быть связано в первую очередь с тем, что ионы

меди лучше удерживаются карбоксильными группами мха в составе

клеточной стенки мха, которые и отвечают в основном за ионообменную

активность мха.

Полученные экспериментальные данные в опыте по изучению кинетики

сорбции металлов мхом (2.1.4.) сведены в таблицу 2.2. и представлены в

виде кинетических кривых сорбции на рисунках 2.3 и 2.4..

Таблица 2.2

Данные по кинетике сорбции металлов мхом

|Ацетат кадмия, Cd(CH3COO)2 |

|5 |0,2014 |0,02 |10 |3,99 |0,01997 |0,01 |

|10 |0,2218 |0,02 |10 |3,94 |0,01972 |0,14 |

|20 |0,1899 |0,02 |10 |3,92 |0,01958 |0,21 |

|30 |0,2434 |0,02 |10 |3,86 |0,01931 |0,35 |

|60 |0,2156 |0,02 |10 |3,81 |0,01903 |0,49 |

|120 |0,2213 |0,02 |10 |3,81 |0,01903 |0,49 |

|Сульфат меди, CuSO4 |

|5 |0,2266 |0,02 |10 |3,82 |0,01912 |0,44 |

|10 |0,2312 |0,02 |10 |3,80 |0,01901 |0,50 |

|20 |0,1899 |0,02 |10 |3,77 |0,01885 |0,57 |

|30 |0,2001 |0,02 |10 |3,75 |0,01874 |0,63 |

|60 |0,2166 |0,02 |10 |3,73 |0,01863 |0,69 |

|120 |0,1959 |0,02 |10 |3,73 |0,01863 |0,69 |

[pic]Рис.2.3.

[pic]Рис.2.4.

Под кинетическими кривыми сорбции принято понимать кривые,

показывающие зависимость количества сорбированного вещества (ионов

металла) от времени проведения сорбции, t, мин.

По виду кинетических кривых можно говорить о том, что в системе

«мох-раствор металла» достаточно быстро устанавливается равновесное

состояние (рис.2.3, 2.4.). Так, уже через полчаса сорбируется 91%

ионов меди и 72% кадмия. Также по виду кривой 2.3. можно говорить о

присутствии у мха двух активных центров связывания ионов металла, об

этом свидетельствуют две точки перегиба на кривой, т.е. основной вклад

в сорбцию вносит ионообменная сорбция, а не физическая, т.к. в случае

физической сорбции точек перегиба бы не было.

Результаты изучения сорбции металлов микроорганизмами (2.1.5.)

сведены в таблицу 2.3. и представлены в виде изотерм сорбции металлов

на рис.2.5.и 2.6..

Таблица 2.3

Данные по сорбции металлов микроорганизмами

| | | | | | | |

|Ацетат кадмия, Cd(CH3COO)2 |

|0,1945|0,1 |10 |9,98 |0,09979 |0,11 |8,0046 |

|0,2230|0,1 |10 |9,99 |0,09986 |0,08 |5,6172 |

|0,1981|0,02 |10 |3,96 |0,01979 |0,11 |7,5130 |

|0,2054|0,02 |10 |3,97 |0,01986 |0,07 |4,9151 |

|0,1980|0,005 |25 |2,38 |0,00476 |0,12 |8,4258 |

|0,1996|0,005 |25 |2,40 |0,00480 |0,10 |7,0215 |

Продолжение таблицы 2.3

|Сульфат меди, CuSO4 |

|0,2032|0,1 |10 |9,93 |0,09933 |0,33 |23,1711 |

|0,1975|0,1 |10 |9,94 |0,09941 |0,29 |20,3625 |

|0,1987|0,02 |10 |3,89 |0,01947 |0,27 |18,6071 |

|0,2005|0,02 |10 |3,90 |0,01948 |0,26 |18,2560 |

|0,2400|0,005 |25 |2,24 |0,00449 |0,25 |17,6943 |

|0,2265|0,005 |25 |2,26 |0,00451 |0,24 |16,8517 |

[pic]Рис.2.5.

[pic] Рис. 2.6.

Основываясь на результатах эксперимента можно говорить о том, что

исследуемый штам микроорганизмов Pseudomonas aeruginosa В7 обладает

сорбционными свойствами по отношению к тяжелым металлам. Так, по

отношению к кадмию в результате исследований (п.2.1.5) сорбционная

емкость микроорганизмов – 0,114 мг-экв/мл суспензии, по меди – 0,29 мг-

экв/мл суспензии.

Однако стоит отметить, что в настоящее время существуют более

эффективные формы микроорганизмов, которые используются для

биосорбции металлов из растворов, в том числе и штаммы данного рода.

Из исследованных тяжелых металлов лучше сорбируется мхом и

микроорганизмами медь (Cu), чем кадмий (Cd) (см. рис.2.5 и 2.6.)

Можно сделать предположение о том, что это связано в первую очередь с

тем, что в небольших количествах медь является одним из важнейших

биогенных элементов, необходимых для развития микроорганизмов и наряду

с сорбцией имеет место утилизация микроорганизмами ионов меди.

Результаты изучения кинетики сорбции микроорганизмами ионов

металлов сведены в таблицу 2.4. и представлены в виде кинетических

кривых.

Таблица 2.4

Данные по кинетике сорбции металлов микроорганизмами

| | | | |, мл | | |клеток |

|Ацетат кадмия, Cd(CH3COO)2 |

|5 |0,1874|0,02 |10 |4,00 |0,01999 |0,01 |0,3511 |

|10 |0,1755|0,02 |10 |3,98 |0,01990 |0,05 |3,3703 |

|20 |0,2100|0,02 |10 |3,98 |0,01988 |0,06 |4,3534 |

|30 |0,1990|0,02 |10 |3,97 |0,01985 |0,07 |5,1257 |

|60 |0,1980|0,02 |10 |3,96 |0,01982 |0,09 |6,2492 |

|120 |0,1996|0,02 |10 |3,96 |0,01981 |0,10 |6,7407 |

|Сульфат меди, CuSO4 |

|5 |0,1955|0,02 |10 |3,97 |0,01985 |0,07 |5,1959 |

|10 |0,2230|0,02 |10 |3,96 |0,01978 |0,11 |7,5833 |

|20 |0,1906|0,02 |10 |3,94 |0,01971 |0,15 |10,2515 |

|30 |0,2054|0,02 |10 |3,93 |0,01964 |0,18 |12,4281 |

|60 |0,1980|0,02 |10 |3,90 |0,01949 |0,26 |17,9751 |

|120 |0,1996|0,02 |10 |3,90 |0,01949 |0,26 |17,9751 |

[pic]

Рис. 2.7.

[pic]

Рис.2.8.

По виду кинетических кривых сорбции можно говорить, что основной

вклад в сорбцию ионов металлов микроорганизмами вносит физическая

сорбция, чтобы говорить о ионообменной сорбции необходимы

дополнительные исследования. Равновесное состояние устанавливается в

течение часа. Также можно сказать, что сорбция меди идет быстрее.

Полученные результаты в экспериментах по изучению сорбции металлов

в системе мох-суспензия микроорганизмов (п.2.1.6.) сведены в таблицу

2.5. и представлены в виде изотерм сорбции на рис. 2.9.и 2.10..

Таблица 2.5

Данные по сорбции металлов в системе мох-суспензия микроорганизмов

|Ацетат кадмия, Cd(CH3COO) |

|0,2156 |0,1 |10 |9,84 |0,09842 |0,80 |

|0,2643 |0,1 |10 |9,85 |0,09850 |0,76 |

|0,1986 |0,02 |10 |3,69 |0,01846 |0,77 |

|0,1921 |0,02 |10 |3,70 |0,01850 |0,75 |

|0,1896 |0,005 |25 |1,73 |0,00346 |0,77 |

|0,1955 |0,005 |25 |1,71 |0,00342 |0,79 |

|Сульфат меди, CuSO4 |

|0,2000 |0,1 |10 |9,80 |0,09805 |0,97 |

|0,1955 |0,1 |10 |9,81 |0,09811 |0,94 |

|0,1970 |0,02 |10 |3,63 |0,01816 |0,92 |

|0,1979 |0,02 |10 |3,64 |0,01819 |0,90 |

|0,2053 |0,005 |25 |1,62 |0,00323 |0,88 |

|0,1990 |0,005 |25 |1,61 |0,00322 |0,89 |

[pic]

Рис. 2.9

[pic]Рис.2.10.

По результатам этого эксперимента можно сделать вывод, что

совместное использование мха и микроорганизмов значительно повышает

эффективность биосорбции и улучшает поглощение тяжелых металлов из

растворов этих металлов. Так, если мхом сорбируется 0,655 мг-

экв(кадмия )/г, то при совместном использовании мха и микроорганизмов-

0,777 мг-экв/г и мл. Таким образом, эффективность сорбции

увеличивается на 16% . При аналогичном сравнивании результатов сорбции

по ионам меди эффективность увеличивается на 26%.

Экспериментальные данные по изучению кинетики сорбции металлов

микроорганизмами, адсорбированными на мхе сведены в таблицу 2.6. и

представлены в виде кинетических зависимостей концентрации металла от

времени на рис. 2.11. и 2.12..

Таблица 2.6.

Данные по кинетике сорбции металла в системе мох-суспензия

микроорганизмов

|Ацетат кадмия, Сd(CH3COO)2 |

|5 |0,2251 |0,02 |10 |3,95 |0,01975 |0,13 |

|10 |0,2643 |0,02 |10 |3,95 |0,01974 |0,13 |

|20 |0,1986 |0,02 |10 |3,93 |0,01965 |0,18 |

|30 |0,1921 |0,02 |10 |3,93 |0,01965 |0,18 |

|60 |0,1896 |0,02 |10 |3,69 |0,01845 |0,78 |

|120 |0,1955 |0,02 |10 |3,69 |0,01845 |0,78 |

|Сульфат меди, CuSO4 |

|5 |0,2312 |0,02 |10 |3,79 |0,01897 |0,52 |

|10 |0,2087 |0,02 |10 |3,79 |0,01897 |0,52 |

|20 |0,1982 |0,02 |10 |3,79 |0,01895 |0,52 |

|30 |0,19 |0,02 |10 |3,75 |0,01873 |0,64 |

|60 |0,191 |0,02 |10 |3,68 |0,01841 |0,79 |

|120 |0,24 |0,02 |10 |3,67 |0,01833 |0,83 |

[pic]

Рис.2.11.

[pic] Рис.2.12.

По результатам эксперимента можно сделать следующие выводы: в

системе быстро наступает равновесное состояние, так уже через 60 мин

сорбируется 95% ионов меди, и 97% ионов кадмия; наличие на

кинетических кривых двух точек перегиба свидетельствует о наличие у

мха двух активных центров связывания и значимости ионообменной сорбции

в суммарном процессе.

Результаты эксперимента по получению кривых выживаемости

микроорганизмов Pseudomonas aeruginosa (2.1.9.) представлены на рис.

2.13. и 2.14..

[pic]

Рис. 2.13.

[pic] Рис.2.14.

Результаты данного эксперимента полностью соответствуют

литературным сведениям о выживаемости микроорганизмов при воздействии

на них ионов тяжелых металлов [5,7]. Сопоставляя результаты этого

эксперимента и эксперимента по изучению сорбции металлов

микроорганизмами (пп.2.1.5. и 2.1.6.) можно говорить о том, что сорбция

ведется и мертвой культурой, что подтверждает физический характер

сорбции при использовании микроорганизмов.

Результаты изучения адсорбции микроорганизмов мхом (п.2.1.10.)

сведены в таблицу 2.7..

Таблица 2.7

| | | |(рис.2.15.) |среду, кл/мл |

|6,8*107 |0,092 |0,073 |5,07*107 |4,5*107 |

|6,8*107 |0,092 |0,069 |5,07*107 |5*107 |

|6,8*107 |0,092 |0,071 |5,07*107 |4*107 |

Согласно результатам этого эксперимента можно говорить о том, что

мох губительно воздействует на микроорганизмы так, в результате

исследований (п.2.1.10) концентрация микроорганизмов снизилась с

6,8*107 до 5,07*107 кл/мл. Данные свойства мха могут в дальнейшем

найти применение в медицине, при использовании мха как энтеросорбента.

Концентрация микробной суспензии, кл/мл*109

Рис. 2.15.

Можно сделать следующие выводы по итогам исследований:

1) Мох является хорошим природным ионообменником и обладает хорошими

сорбционными свойствами по отношению к тяжелым металлам, это

достигается наличием в структуре мха таких веществ как полиурониды

(полисахариды, содержащие карбоксильную группу в 6-пложении пиранового

или ангидроглюкозного цикла) и пектина. Ионообменная емкость мха по

меди 0,7 мг-экв/г, по кадмию 0,65 мг-экв/г.

2) Мох оказывает губительное воздействие на микроорганизмы.

3) Исследуемый штам микроорганизмов Pseudomonas aeruginosa В7 обладает

сорбционными свойствами по отношению к тяжелым металлам. Так, по

отношению к кадмию в результате исследований (п.2.1.5) сорбционная

емкость микроорганизмов – 0,114 мг-экв/мл суспензии, по меди – 0,29 мг-

экв/мл суспензии.

4) По виду кинетических кривых сорбции, согласно современным

представлениям о механизме процесса сорбции можно сделать вывод, что в

исследованных гетерогенных системах достаточно быстро устанавливается

равновесное состояние.

5) Совместное использование мха и микроорганизмов значительно повышает

эффективность биосорбции и улучшает поглощение тяжелых металлов из

растворов этих металлов.

2.3. Статистическая обработка

2.3.1. Расчет статистической ошибки определения сорбции

микроорганизмов мхом

n:=3 i:= 1..n

X1:=0.073 X2:=0.069 X3:=0.071- объем раствора ЭДТА

пошедшего на титрование;

X:=0.071 – среднее значение;

S:=0.0006

t:=3.14

D:=0.0015

Z:=0.103

2.3.2. Расчет статистической ошибки определения концентрации

металлов путем титрования

Рассчитаем ошибку в опыте по изучению сорбции меди мхом

(п.2.1.3) для исходной концентрации 0,1 моль/л (табл.2.1):

n:=3 i:= 1..n

X1:=9.85 X2:=9.86 X3:9.84 - объем раствора ЭДТА пошедшего на

титрование;

X:=9.85– среднее значение;

S:=0.0007

D:=0.002

Z:=0.109

-----------------------

[pic]

Страницы: 1, 2

МЕНЮ

Сорбционные свойства мха по отношению к микроорганизмам и тяжелым металлам