Биосорбция металлов из растворов

Практически все микроорганизмы обладают способностью сорбиро-вать металлы из растворов. Механизмы биосорбции разнообразны. Это – ионный обмен, комплексообразование, образование нерастворимых соединений с ковалентными связями, окислительно-восстановительные процессы. В процессе сорбции участвуют аминные, амидные, карбоксильные, фосфатные, сульфатные, гидроксильные группы стенок клеток микроорганизмов.

Биосорбенты отличаются от ионообменных смол высокой емкостью и селективностью. В качестве биосорбентов используется неживая биомасса микроорганизмов, а сами сорбенты являются продуктами утилизации отходов микробиологического производства.

Длительность процесса сорбции лежит в пределах 20-60 минут. При этом происходит образование из ионов коллоидных частиц металла или его соединения.

В табл. 5 представлены данные по сорбции из водных растворов благородных металлов различными микроорганизмами. Представленные данные иллюстрируют высокую эффективность процесса сорбции.

Таблица 5

Сорбция благородных металлов различными микроорганизмами

Металлы

Сорбенты

Сорбция, мг/г

1

2

3

Микроводоросли

Золото

Sargassum natas

420

Золото

Micrococus luteus

177 (30 мин)

253 (2 часа)

Золото

Chlorella vulgaris

120

Золото

Chlorella pyrenoiclosa

140

Палладий

Granules of AMT Bioclamtm

462


Продолжение таблицы 5


1

2

3

Платина

Granules of AMT Bioclamtm

102

Грибы

Золото

Aspergillus niger

176

Золото

Phizopus arrhizus

100-164

Биополимеры

Золото

Chitosan

150

Серебро

Chitosan

100

Примечание: Сорбция выражена в мг металла на г сорбента.

Хитозан отличается высокой сорбирующей способностью. При сорбции хитозаном из растворов AuCl4 (рН = 3,3-4,2) золота степень извлечения металла составила 99,5 %.

Грибы, благодаря высокой пористости, способны сорбировать металлы, находящиеся в коллоидном состоянии. Например, по сорбирующей способности коллоидных частиц золота грибы в 10 раз превосходят активированный уголь.

В табл. 6 представлены данные по сравнительной сорбционной способности хитозана и классических сорбентов для различной продолжительности процесса сорбции из водных растворов свинца (II).

Таблица 6

Сравнительная активность сорбентов

(объем сорбента 7 см3)

Сорбент

Сорбционная емкость, мг/мл

Степень извлечения, %

Продолжительность сорбции, мин

1

2

3

4

Активный уголь

0,71

4,4

5

Хитозан-2

6,80

42,2

КУ-2

10,14

63,1

АНКБ-10

14,10

87,7

Активный уголь

3,10

19,33

15

Хитозан-2

8,20

51,0

КУ-2

14,60

91,1

АНКБ-10

16,01

99,6


Продолжение таблицы 6


1

2

3

4

Активный уголь

4,14

25,7

30

Хитозан-2

10,90

67,8

КУ-2

14,64

91,1

АНКБ-10

16,07

100,0

Активный уголь

4,90

30,8

60

Хитозан-2

14,10

87,7

КУ-2

14,64

91,1

АНКБ-10

-

-

Активный уголь

5,60

34,89

90

Хитозан-2

14,80

92,0

КУ-2

-

-

АНКБ-10

-

-

Сорбция ионов металлов сорбентами зависит от рН. Это связывают с изменением дзета-потенциала поверхности клеток микроорганизмов. Низкую сорбционную способность при малых значениях pH связывают конкуренцией сорбции ионов H+ и катионов металла на поверхности клеток. Увеличение pH приводит к увеличению количества лигандов с отрицательным зарядом и, следовательно, к увеличению связывания катионов.

Максимум сорбции наблюдался при pH ~10. При pH > 7 металлы осаждаются на поверхности клеток микроорганизмов в виде гидроксидов.

Особый интерес вызывает улавливание тонкодисперсных, порой коллоидных, частиц золота. В качестве сорбента использовали биомассу Aspergillus niger, представляющую собой отход производства лимонной кислоты. В этом случае имел место процесс гетерокоагуляции микроорганизмов с металлом. Другой способ улавливания коллоидного металла связан с проведением процесса коагуляции коллоидных частиц металла с помощью аминокислот, белков и пептидов. Образующийся после коагуляции металлический осадок может быть растворен в кислотах, например в царской водке.

Процесс сорбции отличается высокой селективностью. Например, водоросли Chlorella и бактерии E. coli прочно удерживают частицы серебра, но не взаимодействуют с частицами SiO2, Al2O3, As2S3 и AgI. Это свяано с выделившимися из клетки полисахаридами, которые несут ответственность за процесс гетерокоагуляции хлореллы с частицами металла.

  • Читать все новости