Khả năng hấp phụ sinh học ion kim loại nặng của một số loài tảo mới sản sinh polyme ngoại bào

Bài viết Khả năng hấp phụ sinh học ion kim loại nặng của một số loài tảo mới sản sinh polyme ngoại bào báo cáo sự ảnh hưởng của pH, thời gian tiếp xúc đến khả năng loại bỏ Cu2+ và Cd2+ khỏi nước thải tổng hợp bằng Vietnam 01, AS, PCC7822 và B2. Các loài tảo này được nuôi cấy trong điều kiện tối ưu.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Khả năng hấp phụ sinh học ion kim loại nặng của một số loài tảo mới sản sinh polyme ngoại bào KHẢ NĂNG HẤP PHỤ SINH HỌC ION KIM LOẠI NẶNG CỦA MỘT SỐ LOÀI TẢO MỚI SẢN SINH POLYME NGOẠI BÀO Trần Thị Hằng1*, Shinya Yoshikawa2 1 Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì, Tiên Kiên, Lâm Thao, Phú Thọ 2 Khoa Khoa học sinh học biển, Trường Đại học tỉnh Fukui, Obama, Fukui, Nhật Bản *Email: hangtt@vui.eduvn Tóm tắt Cyanothece sp. Vietnam 01 (Vietnam 01), Chlorococcus sp. B2 (B2), Anphanothece sacrum (AS) và Cyanothece sp. PCC7822 (PCC7822) sản sinh polysaccharide ở ngoài tế bào được đánh giá là có khả năng hấp phụ ion kim loại nặng. Các điều kiện hấp phụ Cu2+ và Cd2+ tối ưu là pH dao động 4-6, thời gian hấp phụ là 20 phút. Vietnam 01 cho dung lượng hấp phụ Cu2+ và Cd2+ cao hơn so với B2, AS và PCC7822. Quá trình hấp phụ Cu2+ trên Vietnam 01, B2, AS và PCC7822, Cd2+ trên ASS phù hợp với mô hình đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich, trong khi đó quá trình hấp phụ Cd2+ trên Vietnam 01, B2 và PCC7822 phù hợp với mô hình đẳng nhiệt Langmuir hơn Freundlich. Từ khóa: Cyanothece sp. Vietnam 01, ion kim loại nặng, polyme ngoại bào, hấp phụ sinh học HEAVY METAL ION BIOSORPTION ABILITY OF SOME NOVEL ALGAE PRODUCING EXTRACELLULAR POLYMER Abstract Extracellular polysaccharide producing Cyanothece sp. Vietnam 01 (Vietnam 01), Chlorococcus sp. B2 (B2), Anphanothece sacrum (AS) and Cyanothece sp. PCC7822 (PCC7822) were valued to have biosorption ability of heavy metal ion. The optimum conditions were found for uptake Cu2+ and Cd2+ that pH ranged 4-6, and adsorption time was 20 min. Vietnam 01 showed higher adsorption capacity for Cu2+ and Cd2+ than B2, AS and PCC7822. The biosorption of Cu2+ on all algae and Cd2+ on AS was fitted to Langmuir and Freundlich isotherm models, while the biosorption of Cd2+ on Vietnam 01, B2 và PCC7822 was more fitted to Langmuir than Freundlich isotherm model. Keywords: Cyanothece sp. Vietnam 01, heavy metal ion, extracellular polymer, biosorption 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Kim loại nặng được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau như thuộc da, khai thác mỏ, sản xuất hóa chất, công nghiệp mạ…, nhưng lại là nguyên nhân gây ô nhiễm nước và đất, gây ảnh hưởng lớn đến sức khỏe của con người và động vật [1]. Vì vậy, việc loại bỏ hiệu quả các ion kim loại độc hại ra khỏi nước là vô cùng cấp thiết và quan trọng. Việc xử lý nước thải nhiễm kim loại nặng một cách an toàn và hiệu quả là rất khó, một phần là do không có sẵn các giải pháp thay thế xử lý với chi phí thấp. 48 Để loại bỏ các ion kim loại nặng ra khỏi nước thải, nhiều phương pháp xử lý đã được báo cáo như: thẩm thấu ngược [2], trao đổi ion [3], kết tủa hóa học [4]… Tuy nhiên, các phương pháp xử lý này có những nhược điểm như hiệu quả thấp, chi phí vận hành cao và tiềm ẩn ô nhiễm thứ cấp, không thích hợp để loại bỏ các ion kim loại nặng ở nồng độ thấp [5]. Ngày nay, phương pháp hấp phụ sử dụng chất hấp phụ sinh học đã thu hút được nhiều sự quan tâm, được coi là một trong những phương pháp phù hợp nhất để loại bỏ các ion kim loại nặng, do nó mang lại những lợi thế tiềm năng như hiệu quả chi phí thấp, tiết kiệm năng lượng, hiệu quả cao, có khả năng loại bỏ ion kim loại nặng ở nồng độ thấp, có khả năng tái sinh, nên thân thiện với môi trường. Một số chất hấp phụ xanh đã được nghiên cứu như: khoáng sét [5], chitosan/zeolit tự nhiên [6], than hoạt tính [7]. Tuy nhiên, hiệu quả hấp phụ của chúng thấp và hạn chế khả năng ứng dụng. Nhiều nghiên cứu đã được công bố về khả năng hấp phụ các ion kim loại nặng, đặc biệt là Cd2+ và Cu2+ trên các loại tảo khác nhau [8-10]. Nói chung, khả năng hấp phụ phụ thuộc vào loại chất hấp thụ và điều kiện hấp phụ như nồng độ ion kim loại nặng ban đầu, pH, thời gian tiếp xúc... Trong nghiên cứu trước đây của chúng tôi về xử lý Cd2+, Pb2+ và Cu2+ bằng loài tảo sinh trưởng và phát triển trên các cánh đồng lúa của tỉnh Phú Thọ (AL-VN), cho kết quả rằng, nó có khả năng hấp phụ Cu2+ (27,78 mg/g), Cd2+ (28,57 mg/g) và Pb2+ (76,92 mg/g), không phụ thuộc vào nhiệt độ, phụ thuộc vào pH và đạt đến trạng thái cân bằng sau một giờ tiếp xúc [10]. Cả hai mô hình đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich đều thích hợp để hấp phụ sinh học các ion kim loại nặng trên Al-VN. Gần đây, Al-VN trên các cánh đồng lúa đang có nguy cơ tuyệt chủng do sử dụng thuốc diệt cỏ dại. Vì vậy, việc bảo vệ nguồn gen Al-VN này là cần thiết. Chúng tôi đã nghiên cứu, phân lập thành công, và đặt tên là Cyanothece sp. Vietnam 01 (Vietnam 01) [11]. Vietnam 01 được kỳ vọng sẽ sử dụng làm chất hấp phụ sinh học ứng dụng trong xử lý môi trường. Ngoài ra, AS, PCC7822 và B2 là những loài tảo sản sinh polysaccharide ngoài tế bào giống Vietnam 01, do đó cũng được kỳ vọng là có khả năng hấp phụ ion kim loại. Theo như chúng tôi được biết, đến nay chưa có công trình nào công bố về khả năng hấp phụ sinh học các ion kim loại nặng của Vietnam 01, AS, PCC7822 và B2. Trong nghiên cứu này, lần đầu tiên chúng tôi báo cáo sự ảnh hưởng của pH, thời gian tiếp xúc đến khả năng loại bỏ Cu2+ và Cd2+ khỏi nước thải tổng hợp bằng Vietnam 01, AS, PCC7822 và B2. Các loài tảo này được nuôi cấy trong điều kiện tối ưu. 2. THỰC NGHIỆM 2.1. Vật liệu hấp phụ Vietnam 01 và PCC7822 (được thu thập từ viện Pasteur, Pháp) được nuôi trong môi trường 1/20 Aquil có pH 7,2 - 7,4 ở 28 oC dưới cường độ ánh sáng 20 mol.m-2.s-1. AS (được phân lập từ tảo A. scarum ở Nhật Bản) được nuôi cấy trong môi trường MDM có 49 pH 7.2 ở 25 oC dưới cường độ ánh sáng 40 - 50 mol.m-2.s-1. B2 (được phân lập từ tảo A. scarum ở Nhật Bản) được nuôi cấy trong môi trường MDM có pH 7.2 ở 28 oC dưới cường độ ánh sáng 20 mol.m-2.s-1. Sau thời gian nuôi cấy, ly tâm ở tốc độ 3500 vòng/phút trong 10 phút, đôn ...