Сорбционные свойства мха по отношению к микроорганизмам и тяжелым металлам
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
|Врем|Навеска|Исходная |Объем |Объем ЭДТА 0,05 |Равновесная |Количество |
|я, |мха, г |концентрац|аликвоты|моль/л пошедшего|концентрация |сорбированно|
|мин | |ия соли |, мл |на титрование, |соли металла, |го металла, |
| | |металла, | |мл |моль/л |мг-экв/г |
| | |моль/л | | | | |
|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
|Навеск|Исходная |Объем |Объем ЭДТА |Равновесная |Количество|Количество|
|а мха,|концентрац|аликвоты|0,05 моль/л |концентрация|сорбирован|сорбирован|
|г |ия соли |, мл |пошедшего на |соли |ного |ного |
| |металла, | |титрование, |металла, |металла, |металла |
| |моль/л | |мл |моль/л |мг-экв/мл |мг-экв/см3|
| | | | | | | |
| | | | | | |плотно |
| | | | | | |упакованны|
| | | | | | |х клеток |
|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
|Время|Навеск|Исходная|Объем |Объем ЭДТА|Равновесна|Количество|Количество |
|, мин|а мха,|концентр|аликво|0,05 |я |сорбирован|сорбированного|
| |г |ация |ты, мл|моль/л |концентрац|ного |металла |
| | |соли | |пошедшего |ия соли |металла, |мг-экв/см3 |
| | |металла,| |на |металла, |мг-экв/мл |плотно |
| | |моль/л | |титрование|моль/л | |упакованных |
| | | | |, 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 |
