В ОИЯИ показали — дрожжи могут извлекать драгоценные металлы из сточных вод
Способность хлебопекарных дрожжей к адсорбции ионов металлов доказала международная группа ученых сектора нейтронного активационного анализа и прикладных исследований Лаборатории нейтронной физики (ЛНФ) Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ), 29 июня сообщает пресс-служба института.
В эксперименте с содержащими серебро сточными водами и применяемыми в промышленности дрожжами Saccharomyces cerevisiae исследователи добились 100-процентного выделения серебра из образцов сточных вод. Это, по мнению ученых, доказывает, что данный вид дрожжей имеет перспективы стать безопасным и экономичным биосорбентом.
Высокая электро- и теплопроводность, пластичность, коррозионная стойкость и антимикробные свойства соединений серебра обеспечивает им широкое применение в медицине, химической промышленности, гальванике, ювелирном производстве, фотографии и др.
Однако бактерицидные свойства серебра делают его опасным для живых организмов, что выливается в необходимость для вышеописанных производств производить тщательную очистку промышленных стоков от ионов серебра.
Для извлечения ионов серебра из сточных вод в настоящее время используются следующие технологии: химическое осаждение, адсорбция, ионный обмен, мембранное разделение, ультрафильтрация, обратный осмос и электролиз.
С помощью этих методов можно добиться извлечения из промышленных стоков от 60 до 99% ионов серебра, однако некоторые методы отнимают много времени, а большинство из них дороги, требуют больших затрат энергии и предъявляют высокие требования к реагентам. Кроме того, они сами создают токсичные отходы, для деактивации которых необходима специальная обработка и особые условия хранения.
На смену этим технологиям для очистки сточных вод в последнее время приходит биосорбция — использование микроорганизмов. Перспективность таких технологий для очистки промышленных стоков определяется их низкой стоимостью и доступностью биосорбентов, возможностью их повторного использования, высокой сорбционной емкостью и возможностью раздельного удаления ионов различных металлов.
В основе биосорбции лежит физико-химическое взаимодействие между ионом металла и функциональными группами, расположенными на поверхности клетки.
Ученые ОИЯИ ранее уже доказали эффективность применения биосорбента Saccharomyces cerevisiae для очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов, таких как цинк, никель, медь, стронций и барий. Следующим этапом эксперимента стало изучение взаимодействия дрожжей с ионами серебра в водных стоках.
Ученые смоделировали три варианта системы сточных вод: первая содержала только соли серебра, вторая — серебра и меди, третья — серебра, меди, никеля и цинка. К каждому из этих растворов добавили сухую биомассу дрожжей, после чего определили влияние на удаление металлов различных параметров, таких как: время реакции, pH, температура и концентрация серебра.
Начальник сектора нейтронного активационного анализа и прикладных исследований ЛНФ ОИЯИ Инга Зиньковская рассказала:
«Процесс удаления металлов был быстрым и рН-зависимым. Максимальное удаление ионов серебра и меди во всех системах достигалось при рН, равному трем, ионов никеля — шести, а ионов цинка — в диапазоне рН от трех до шести. При времени адсорбции от 5 до 45 минут сорбционная способность биомассы дрожжей резко возрастала. В то же время следует отметить, что наиболее заметное увеличение адсорбции ионов серебра произошло в первые пять минут взаимодействия сорбента с сорбатом. Эффективность удаления ионов серебра варьировалась от 97 до 100%».
При этом высокая сорбционная способность биомассы дрожжей сохранялась даже для случев высоких концентраций ионов металлов в растворе. Так, при концентрации около 100 мг/л серебра в растворе микроорганизмы почти полностью удаляли из него ионы серебра.
Влияние температуры раствора на способность биомассы дрожжей удалять ионы серебра различалась в разных исследуемых системах, но сохранялся один и тот же эффект — повышение температуры приводило к увеличению содержания металлов в биомассе. Ученые предполагают, что это связано со снижением вязкости раствора, приводящем к увеличению в нем подвижности ионов металла.
«Шероховатая поверхность дрожжевых клеток облегчает доступ ионов металлов к активным центрам, что облегчает процесс биосорбции. Поэтому можно предположить, что биосорбция металлов происходит на поверхности клетки. Таким образом, можно сделать вывод, что сорбция происходит за счет поверхностного комплексообразования, координации или ионного обмена. Результаты нейтронного активационного анализа подтвердили значимость ионообменного процесса в исследуемом удалении ионов металлов», — отметила Инга Зиньковская.
Исследователи отмечают, что высокую адсорбционную способность биомасса дрожжей сохраняла в течение трех циклов сорбции — десорбции. Авторы исследования сделали вывод, что это позволяет использовать ее для многократного извлечения ионов металлов.
Таким образом, исследование показало, что все выявленные свойства данного вида дрожжей вкупе с безопасностью их использования для природной среды позволят производить на их основе экологически чистый, дешевый, простой в обращении биосорбент, который может использоваться для очистки больших объемов сточных вод.
«Перспективно это и с той точки зрения, что с помощью дрожжей можно наладить добычу серебра из сточных вод. Это особенно актуально в связи с тем, что мировые запасы драгоценных металлов, в т. ч. и серебра, иссякают, рудники беднеют, а традиционные методы извлечения ионов металлов имеют свои недостатки. Выходом из этой ситуации может стать более широкое применение микробных технологий извлечения драгоценных металлов. Их можно использовать и для серебра, и для золота, и для платины, и даже для редкоземельных элементов», — заключила Инга Зиньковская.
Результаты проведенного исследования были представлены в статье «Дрожжи как биоремедиатор серебросодержащих синтетических стоков», опубликованной в журнале Bioengineering.
