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Jul 19, 2023

Un bioassorbente immobilizzato da cellule morte di Paenibacillus dendritiformis e polietersulfone per il biorisanamento sostenibile del piombo dalle acque reflue

Scientific Reports volume 13, Numero articolo: 891 (2023) Cita questo articolo 1170 Accessi 2 Citazioni 1 Dettagli metriche altmetriche I metalli pesanti, incluso il piombo, causano gravi danni alla salute umana e

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 891 (2023) Citare questo articolo

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I metalli pesanti, compreso il piombo, causano gravi danni alla salute umana e all’ambiente circostante. I bioassorbenti naturali si presentano come alternative rispettose dell’ambiente. In questo studio, due dei 41 isolati (8EF e 17OS) erano i batteri più efficienti per la crescita su terreni integrati con Pb2+ (1.000 mg/L). A concentrazioni elevate fino a 2000 mg/L, l’isolato pioniere 17OS ha mostrato una notevole resistenza ai metalli multipesanti. Questo isolato è stato identificato come Paenibacillus dendritiformis 17OS e depositato in GenBank con il numero di accesso ON705726.1. Design-Expert è stato utilizzato per ottimizzare la rimozione del metallo Pb2+ da parte dei batteri testati. I risultati hanno indicato che quattro delle sei variabili sono state selezionate utilizzando un disegno sperimentale IV con risoluzione minima, con un effetto significativo sulla rimozione di Pb2+. La temperatura e la concentrazione di Pb2+ hanno avuto effetti positivi significativi, mentre il periodo di incubazione e la velocità di agitazione hanno avuto effetti negativi significativi. Il ceppo testato ha modulato le quattro variabili significative per la massima rimozione di Pb2+ utilizzando il design Box–Behnken. Il metodo di ottimizzazione sequenziale è stato utile nell'aumentare il bioassorbimento del 4,29%. La biomassa morta di P. dendritiformis 17OS è stata incorporata con polietersulfone per ottenere una membrana adsorbente idrofila in grado di separare facilmente Pb2+ dalle soluzioni acquose. Le immagini SEM e l'analisi FT-IR hanno dimostrato che il nuovo biosorbente possiede un'ottima struttura e molti gruppi funzionali superficiali con una carica superficiale negativa di -9,1 mV. Il tasso di rimozione di 200 mg/L Pb2+ dall'acqua ha raggiunto il 98% utilizzando 1,5 g/L del biosorbente immobilizzato. Sono stati visualizzati gli studi sull'isoterma di adsorbimento per determinare la natura della reazione. Il processo di adsorbimento era correlato all'isoterma di Freundlich che descrive l'adsorbimento multistrato ed eterogeneo di molecole sulla superficie adsorbente. In conclusione, le cellule batteriche morte sono state immobilizzate su un polietere solfone conferendogli le caratteristiche di una nuova membrana adsorbente per il biorisanamento del piombo dalle acque reflue. Pertanto questo studio ha proposto una nuova generazione di membrane adsorbenti basate su polietersulfone e cellule batteriche morte.

Gli ioni tossici dei metalli pesanti derivanti dall’industrializzazione intensiva, dalle moderne tecniche agricole, dalle azioni militari e dai processi di alterazione degli agenti atmosferici sono diventati uno dei contaminanti più significativi nelle riserve idriche1. Contrariamente ad altri materiali tossici, gli ioni di metalli pesanti si accumulano nei tessuti degli organismi viventi e non sono biodegradati in natura. Nonostante il loro uso diffuso, i metalli pesanti possono causare una notevole tossicità negli esseri viventi2. Piombo, rame, mercurio, arsenico e cromo possono tutti avere effetti dannosi sulla pelle, sui reni, sul fegato e sui polmoni3. Il piombo (Pb2+) è molto pericoloso a causa della sua tossicità e della sua diffusione nell'ambiente4. Può fermare l'azione di enzimi e proteine, sostituire gli ioni critici delle cellule (Mg2+, Ca2+, Na+ e Fe2+) e impedire il trasporto di Ca2+, quindi Pb2+ è considerato cancerogeno e molto velenoso. Inoltre, Pb2+ accelera la generazione di specie reattive dell’ossigeno, che provoca stress ossidativo e danneggia la cellula5. L'inalazione di polvere contaminata da Pb, così come l'ingestione di cibo o acqua contaminati, provocano l'assorbimento e la diffusione di Pb2+ nei tessuti umani6.

La tecnologia a membrana, la precipitazione, l'adsorbimento con carbone attivo e lo scambio ionico sono metodi fisico-chimici comuni per rimuovere i metalli tossici dalle acque reflue7. Molti degli inconvenienti comuni dei processi convenzionali per la rimozione dei metalli pesanti, come l’eccessiva produzione di fanghi tossici e l’acqua trattata di bassa qualità, possono essere superati se la tecnologia a membrana viene combinata con la tecnologia di adsorbimento (Adsorptive Membrane Technology). Questa membrana offre una serie di caratteristiche come l'assenza di cambiamento di fase o additivi chimici, flessibilità e facilità di espansione, semplicità di idea e funzionamento, efficienza energetica e ridotto ingombro del processo8. L'adsorbimento è la tecnica di rimozione dei metalli pesanti più popolare grazie alla sua semplicità, versatilità, basso costo ed ecocompatibilità. Tuttavia, l’adsorbimento presenta alcuni svantaggi, tra cui una velocità lenta e un’elevata resistenza alla diffusione interna9. Inoltre, l’efficienza fornita dal metodo di adsorbimento tende spesso a diminuire dopo un uso ripetuto10.