В результате природных процессов и деятельности человека, в водную среду попадает марганец, количество которого может превышать допустимые нормы. Ксения Колыхматова - студентка, и Ольга Бахирева - биотехнолог из Пермского Политехнического института, разработали биосорбент, который эффективно очищает воду от ионов марганца, понижая их концентрацию до допустимого предела.
Статья с результатами исследования была опубликована в сборнике «Химия. Экология. Урбанистика», 01, 2023 г.
Предел допустимой концентрации марганца в водных объектах составляет 0,1 мг/л. Накопление этого вещества в растениях ведет к нарушению их роста и даже гибели, а избыток в организме животных и человека может привести к неврологическим, репродуктивным и респираторным заболеваниям. В последнее время активно разрабатывается новый метод очистки воды от тяжелых металлов с использованием микроорганизмов.
В настоящее время существует множество методов очистки воды от марганца, таких как химический, электрохимический, сорбционный, мембранный, ионообменный и другие. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки, а также область применения и эффективность очистки. Однако использование этих методов не всегда позволяет достичь предельно допустимой концентрации марганца, поэтому требуется дополнительная очистка. Для этой цели, а также для очистки воды с низким содержанием марганца, может быть использован биосорбционный метод, при котором биомасса микроорганизмов выступает в роли поглотителя тяжелых металлов. Биологический метод является эффективным и экологически безопасным, так как очищенный биосорбент может быть использован, например, в качестве удобрения в сельском хозяйстве.
«Для создания биосорбента мы выделили из загрязненной почвы культуру микроорганизмов, которую изучили на чувствительность к ионам марганца. Тем самым определили границы устойчивости культуры к высоким концентрациям загрязняющего вещества. Оказалось, микроорганизмы устойчивы к действию данных ионов в диапазоне концентраций 5–200 мг/л.», – рассказывает доцент кафедры химии и биотехнологии Пермского Политеха, кандидат химических наук Ольга Бахирева.
Ученые отмечают, что концентрация марганца в питательной среде влияет на скорость роста бактерий, замедляя ее из-за накопления вредного вещества в клетках.
В технологическом процессе использования бактерий часто наносят их на поверхность материала с сорбционной активностью. В данном случае, исследователи выбрали вермикулит в качестве такого материала. Вермикулит - это дешевый и доступный природный материал, который широко используется в различных сферах деятельности, таких как строительство, сельское хозяйство и садоводство. Он обладает способностью аккумулировать различные тяжелые металлы, и поэтому может быть удобно использован для очистки воды.
Для присоединения микроорганизмов ученые пропустили клетки через колонку с вермикулитом и затем промыли полученный биосорбент несколько раз физиологическим раствором.
Чтобы изучить эффективность поглощения ионов марганца, ученые провели эксперименты с чистым вермикулитом и с биосорбентом. Раствор с исследуемыми ионами прошел через колонку с вермикулитом в количестве 62 мл, а через колонку с биосорбентом - 80 мл, пока концентрация ионов не превысила предельно допустимый уровень 0,1 мг/л. Полная динамическая обменная емкость вермикулита составила 4,57 мг/г, а вермикулита с клетками бактерий - 5,49 мг/г. Это значит, что добавление микроорганизмов на поверхность вермикулита увеличивает его способность поглощать вещества.
Биосорбент, полученный учеными ПНИПУ, представляет собой перспективный материал для извлечения ионов марганца из воды и может быть использован в технологических схемах очистки воды, содержащей марганец.
По материалам пресс-службы «ПНИПУ».
Интересна тема? Подпишитесь на наши новости в ДЗЕН | Канал в Telegram | Группа Вконтакте | Дзен.новости.