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Jul 24, 2023

폐수 납의 지속 가능한 생물학적 정화를 위한 Paenibacillus dendritiformis 죽은 세포와 폴리에테르술폰의 고정화된 생체 흡착제

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 891(2023) 이 기사 인용 1242 액세스 2 인용 1 Altmetric Metrics 세부 정보 납을 포함한 중금속은 인간의 건강에 심각한 피해를 입히고

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 891(2023) 이 기사 인용

1242 액세스

2 인용

1 알트메트릭

측정항목 세부정보

납을 포함한 중금속은 인간의 건강과 주변 환경에 심각한 피해를 줍니다. 천연 생체흡착제는 환경 친화적인 대안으로 떠오르고 있습니다. 본 연구에서, 41개의 분리균 중 2개(8EF 및 17OS)는 Pb2+(1000mg/L)가 보충된 배지에서 성장하는 데 가장 효율적인 박테리아였습니다. 최대 2000mg/L의 고농도에서 선구적인 분리물인 17OS는 다중 중금속에 대해 놀라운 저항성을 나타냈습니다. 이 분리균은 Paenibacillus dendritiformis 17OS로 식별되었으며 GenBank에 수탁 번호 ON705726.1로 기탁되었습니다. Design-Expert는 테스트된 박테리아에 의한 Pb2+ 금속 제거를 최적화하는 데 사용되었습니다. 결과는 Pb2+ 제거에 상당한 영향을 미치는 최소 실행 분해능 IV 실험 설계를 사용하여 6개 변수 중 4개가 선택되었음을 나타냅니다. 온도와 Pb2+ 농도는 유의미한 긍정적 영향을 미쳤고, 배양 기간과 교반 속도는 유의미한 부정적 영향을 미쳤습니다. 테스트된 변형률은 Box-Behnken 설계를 사용하여 최대 Pb2+ 제거를 위한 4가지 중요한 변수를 조정했습니다. 순차적 최적화 방법은 생체흡수를 4.29% 증가시키는 데 도움이 되었습니다. P. dendritiformis 17OS의 죽은 바이오매스는 폴리에테르술폰과 함께 포매되어 수용액에서 Pb2+를 쉽게 분리할 수 있는 친수성 흡착막을 얻었습니다. SEM 이미지와 FT-IR 분석을 통해 새로운 생체흡착제는 -9.1mV의 음 표면 전하를 갖는 훌륭한 구조와 많은 표면 기능 그룹을 보유하고 있음이 입증되었습니다. 고정화된 생체흡착제 1.5g/L를 사용하여 물에서 200mg/L Pb2+ 제거율은 98%에 도달했습니다. 반응의 성격을 결정하기 위해 흡착 등온선 연구가 표시되었습니다. 흡착 과정은 흡착제 표면에 대한 분자의 다층 및 이종 흡착을 설명하는 Freundlich 등온선과 관련이 있습니다. 결론적으로, 죽은 박테리아 세포는 폴리에테르술폰에 고정되어 폐수 납의 생물학적 정화를 위한 새로운 흡착막의 특성을 제공합니다. 따라서 이 연구는 폴리에테르술폰과 죽은 박테리아 세포를 기반으로 한 차세대 흡착막을 제안했습니다.

집약적인 산업화, 현대적인 농업 기술, 군사 활동, 풍화 작용으로 인해 발생한 독성 중금속 이온은 물 공급의 가장 중요한 오염 물질 중 하나가 되었습니다1. 다른 독성 물질과 달리 중금속 이온은 살아있는 유기체의 조직에 축적되어 자연적으로 생분해되지 않습니다. 널리 사용됨에도 불구하고 중금속은 생물체에 상당한 독성을 유발할 수 있습니다2. 납, 구리, 수은, 비소, 크롬은 모두 피부, 신장, 간, 폐에 해로운 영향을 미칠 수 있습니다3. 납(Pb2+)은 독성과 환경 오염으로 인해 매우 위험합니다4. Pb2+는 효소와 단백질의 작용을 멈추고 중요한 세포의 이온(Mg2+, Ca2+, Na+ 및 Fe2+)을 대체하고 Ca2+ 수송을 방해할 수 있으므로 Pb2+는 발암성이 있고 매우 유독한 것으로 간주됩니다. 또한 Pb2+는 활성 산소종 생성을 가속화하여 산화 스트레스를 유발하고 세포 5를 손상시킵니다. Pb로 오염된 먼지를 흡입하거나 오염된 음식이나 물을 섭취하면 Pb2+가 흡수되어 인체 조직으로 전파됩니다6.

막 기술, 침전, 활성탄 흡착 및 이온 교환은 폐수에서 독성 금속을 제거하기 위한 일반적인 물리화학적 방법입니다7. 과도한 독성 슬러지 생성, 저품질 처리수 등 중금속 제거를 위한 기존 공정의 일반적인 단점 중 상당수는 분리막 기술과 흡착 기술(Adsorptive Membrane Technology)을 결합하면 극복할 수 있습니다. 이 멤브레인은 상 변화 또는 화학 첨가물의 부족, 유연성 및 확장 용이성, 아이디어 및 작동의 단순성, 에너지 효율성 및 작은 공정 공간과 같은 다양한 특성을 제공합니다8. 흡착은 단순성, 다양성, 저비용, 친환경성으로 인해 가장 널리 사용되는 중금속 제거 기술입니다. 그러나 흡착에는 느린 속도와 높은 내부 확산 저항9을 포함하여 몇 가지 단점이 있습니다. 또한 흡착 방법으로 제공되는 효율성은 반복 사용 후에 감소하는 경향이 있습니다.