Transcript Magnetické nanobiokomposity a jejich možné využití

Magnetické kompozitní materiály pro
odstraňování xenobiotik
Ivo ŠAFAŘÍK, Kateřina HORSKÁ, Zdeňka
MADĚROVÁ, Mirka ŠAFAŘÍKOVÁ, Jan FILIP*
Ústav nanobiologie a strukturní biologie CVGZ AVČR,
České Budějovice; *Universita Palackého, Olomouc
[email protected]
Biosorpce a biosorbenty
• Biosorpce  odstraňování anorganických a
organických xenobiotik pomocí různých
biologických materiálů (biosorbenty)
• Jsou preferovány laciné biosorbenty
• Většina biosorbentů je založena na
- individuálních polysacharidech (např. chitosan,
chitin, alginát, rostlinné gumy)
- komplexních polysacharidech (lignocelulosové
materiály, např. piliny, mláto, ostatní zemědělské
rostlinné odpady)
- mikrobiální a řasové buňky
Odpadní rostlinné materiály
•
•
•
•
Piliny
Použitá mletá kávová zrna
Slupky podzemnice olejné
Mláto
Saccharomyces cerevisiae
• Pekařské kvasinky
• Pivovarské kvasinky
yeasts
http://www.microbeworld.org/mlc/pages/gal_10.htm
Kluyveromyces fragilis (krmné droždí)
Velmi nízká cena (ca 0.7 Euro per 1 kg)
Chlorella vulgaris
Aspergillus niger
Výroba kyseliny citronové
Biosorbenty vykazující
magnetickou odezvu
• Magnetická
modifikace vede k
tvorbě inteligentních
materiálů !!!!
• Možnost magnetické
separace
modifikovaných
biosorbentů z
obtížných systémů
Magnetická modifikace rostlinných
materiálů a mikrobiálních buněk
• Snadná magnetická modifikace rostlinných
materiálů a mikrobiálních buněk  příprava
kompozitních materiálů které mohou být
ovlivněny vnějším magnetickým polem
• Nemagnetické (diamagnetické) materiály mohou
být magneticky modifikovány celou řadou postupů
 příprava magnetických nanobiokompozitů
procesem postmagnetizace
• Magnetické kompozity obsahují na povrchu nebo v
pórech jednotlivé magnetické nanočástice a jejich
agregáty
Procesy postmagnetizace
•
•
•
•
Magnetická kapalina v pufru nebo methanolu
Magnetická kapalina pro přímou modifikaci
Mikrovlnná syntéza magnetických kompozitů
Mikrovlnná syntéza magnetických oxidů
železa a jejich využití pro postmagnetizaci
• Mechanochemická syntéza magnetických
kompozitů
Ferofluidem modifikované rostlinné
materiály
Magnetické piliny
Magnetické slupky
podzemnice olejné
Ferofluidem modifikované buňky
krmného droždí
Ferofluidem modifikované buňky
krmného droždí
Ferofluidem modifikované buňky
krmného droždí
MW metoda pro magnetickou modifikaci buněk
Syntéza magnetických oxidů železa
pomocí mikrovlnného záření
FeSO4.7H2O
FeSO
4.7H2O
Fe2+ + H2O → Fe(OH)2
Mikrovlnná trouba
KOH
Saccharomyces
cerevisiae cells
iron oxide
microparticles
Kvasinkove magnetický
buňky
materiál
magnetická
modifikace
3Fe(OH)2 + 1/2O2
magnetically
modified
cells
microwave
Fe3O4 + 3H2O
magnetic
separator
Magnetické kvasinkové buňky)
Využití magneticky modifikovaných
rostlinných materiálů a mikrobiálních buněk
Magnetické adsorbenty pro odstranění
• Organických xenobiotik
• Iontů těžkých kovů
• Radionuklidů
Adsorpce barviv na magnetických
rostlinných materiálech a buňkách
• Barviva jsou důležitá xenobiotika
• Bylo testováno mnoho druhů barviv
• Pouze některá barviva vykazují
významnou adsorpci na magnetické
rostlinné materiály a kvasinkové a řasové
buňky
• Strukturně podobná barviva ze stejné
skupiny mohou vykazovat zcela odlišné
adsorpce
Adsorpční kinetika
• Adsorpce barviv
dosáhkla
rovnováhy za
ca 60 min
time dependence
2.000
Absorbance
• Magneticky
modifikované
krmné droždí
užito jako
adsorbent
1.500
1.000
0.500
0.000
0
50
100
150
200
Time of adsorption (min)
250
300
Adsorpce barviv
• Magneticky
modifikované
krmné droždí
užito jako
adsorbent
160
140
• Rovnovážné
adsorpční
ísothermy
qeq (mg/g)
120
100
80
60
40
20
0
0
50
100
150
Ceq (mg/L)
200
250
300
Adsorpce barviv
• Experimentální data lze zpracovat různými
modely
• Isothermy lze většinou popsat
Langmuirovým modelem
• Lineární transformace nebo nelineární
regrese umožňuje výpočet maximální
adsorpční kapacity
Adsorpční kapacity
Dye
Acridine orange
Q
(mg g-1)
Yeast cells
62.2
Q
(mg g-1)
Algae cells
-
Amido black 10B
29.9
-
-
379.0
Bismarck brown
75.7
299.4
Congo red
42.9
324.8
Crystal violet
49.7
89.2
Safranin O
138.2
235.7
Saturn blue LBRR
33.0
51.0
Aniline blue
Adsorpce iontů těžkých kovů na
magnetických kvasinkách
• Úspéšná adsorpce iontů Hg2+
• Maximální adsorpční kapacita byla 115 mg/g
sušiny
• Adsorpce dobře popsána Langmuirovým
modelem
• Snadná regenerace 0.1 M kyselinou dusičnou
• Adsorpční kapacity pro iony:
- 29.9 mg/g for Cu2+
- 14.1 mg/g for Ni2+
- 11.8 mg/g for Zn2+
Úspěšná separace radionuklidů
Bioaplikace magnetických
biokompozitů
• Od molekulární biologie k
environmentálním technologiím
• Zpracování mikrolitrů i milionů litrů
• Práce v suspenzních systémech
Děkuji za pozornost !
[email protected]
www.usbe.cas.cz/people/safarik