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Jul 19, 2023

廃水からの鉛の持続可能なバイオレメディエーションのための、Paenibacillus dendritiformis 死細胞とポリエーテルスルホンからの固定化生体吸着剤

Scientific Reports volume 13、記事番号: 891 (2023) この記事を引用 1170 アクセス数 2 引用数 1 Altmetric Metrics の詳細 鉛を含む重金属は、人間の健康に重大な損傷を引き起こし、

Scientific Reports volume 13、記事番号: 891 (2023) この記事を引用

1170 アクセス

2 引用

1 オルトメトリック

メトリクスの詳細

鉛を含む重金属は、人間の健康と周囲の環境に重大な損害を引き起こします。 天然の生体吸着剤は、環境に優しい代替品として登場します。 この研究では、41 の分離株のうち 2 株 (8EF および 17OS) が、Pb2+ (1000 mg/L) を添加した培地で増殖するのに最も効率的な細菌でした。 パイオニア分離株 17OS は、最大 2000 mg/L の高濃度において、複数の重金属に対して顕著な耐性を示しました。 この分離株は、パエニバチルス デンドリチフォルミス 17OS として同定され、受託番号 ON705726.1 で GenBank に寄託されました。 Design-Expert を使用して、テストした細菌による Pb2+ 金属除去を最適化しました。 結果は、最小実行分解能 IV 実験計画を使用して 6 つの変数のうち 4 つが選択され、Pb2+ 除去に大きな影響を与えることを示しました。 温度と Pb2+ 濃度は有意なプラスの影響でしたが、インキュベーション期間と撹拌速度は有意なマイナスの影響でした。 テストされたひずみは、Box-Behnken 設計を使用して Pb2+ を最大除去するための 4 つの重要な変数を調整しました。 逐次最適化法は、生体吸着を 4.29% 増加させるという効果がありました。 P. dendritiformis 17OS の死滅バイオマスをポリエーテルスルホンで包埋し、水溶液から Pb2+ を容易に分離できる親水性吸着膜を得ました。 SEM 画像と FT-IR 分析により、この新しい生体吸着剤は優れた構造を持ち、マイナスの表面電荷が -9.1 mV の表面官能基を多数備えていることが証明されました。 1.5 g/L の固定化生体吸着剤を使用した場合、水からの 200 mg/L Pb2+ の除去率は 98% に達しました。 吸着等温線の研究は、反応の性質を決定するために表示されました。 吸着プロセスは、吸着剤表面への分子の多層かつ不均一な吸着を説明するフロイントリヒ等温線に関連していました。 結論として、死んだ細菌細胞はポリエーテルスルホン上に固定化され、廃水からの鉛のバイオレメディエーションのための新しい吸着膜の特性を与えました。 したがって、この研究は、ポリエーテルスルホンと死んだ細菌細胞に基づく新世代の吸着膜を提案した。

集中的な工業化、現代の農業技術、軍事行動、風化過程によって生じた有毒な重金属イオンは、水道における最も重大な汚染物質の 1 つとなっています1。 他の有毒物質とは異なり、重金属イオンは生物の組織に蓄積され、自然界では生分解されません。 重金属は広く使用されているにもかかわらず、生物に重大な毒性を引き起こす可能性があります2。 鉛、銅、水銀、ヒ素、クロムはすべて、皮膚、腎臓、肝臓、肺に悪影響を及ぼす可能性があります3。 鉛 (Pb2+) は、その毒性と環境への拡散のため、非常に危険です4。 Pb2+ は、酵素やタンパク質の作用を停止し、重要な細胞のイオン (Mg2+、Ca2+、Na+、および Fe2+) を置き換え、Ca2+ 輸送を妨げる可能性があるため、Pb2+ は発がん性があり、非常に有毒であると考えられています。 さらに、Pb2+ は活性酸素種の生成を促進し、その結果酸化ストレスが生じ、細胞に損傷を与えます5。 Pb で汚染された粉塵を吸入したり、汚染された食品や水の摂取により、Pb2+ が吸収され、人体の組織に拡散します6。

膜技術、沈殿、活性炭吸着、およびイオン交換は、廃水から有毒金属を除去するための一般的な物理化学的方法です7。 過剰な有毒スラッジの生成や低品質の処理水など、重金属を除去するための従来のプロセスに共通する欠点の多くは、膜技術と吸着技術（吸着膜技術）を組み合わせることで克服できます。 この膜には、相変化や化学添加剤が含まれていないこと、柔軟性とスケールアップの容易さ、アイデアと操作の単純さ、エネルギー効率、プロセスフットプリントの小ささなど、多くの特徴があります8。 吸着は、そのシンプルさ、多用途性、低コスト、そして環境への優しさから、最も一般的な重金属除去技術です。 ただし、吸着には、速度が遅いことや内部拡散抵抗が高いことなど、いくつかの欠点があります9。 さらに、吸着法によってもたらされる効率は、繰り返し使用すると低下する傾向があることがよくあります10。