CC BY
18
Научные стремления 2(10)2014
БИОЛОГИЧЕСКИЕ НА УКИ
УДК 577. 114
1 2 Павлова О.В. , Белова Е.А.
СОРБЦИЯ ШЕСТИВАЛЕНТНОГО ХРОМА ХИТИН-ГЛЮКАНОВЫМ КОМПЛЕКСОМ, ВЫДЕЛЕННЫМ ИЗ ОТХОДА ПРОИЗВОДСТВА
ЛИМОННОЙ КИСЛОТЫ - БИОМАССЫ ASPERGILLUS NIGER
1 Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси
по продовольствию
2Гродненский государственный университет имени Я. Купалы
Введение
Среди множества химических соединений - загрязнителей окружающей среды выделяется группа веществ, представляющих особую опасность для здоровья человека, поскольку они образовались в результате антропогенного вмешательства в природные процессы. В соответствии с классификацией отходов производства и потребления такие вещества относятся к первому классу опасности [1]. Это прежде всего отходы, содержащие хлорорганические соединения, тяжёлые металлы, к которым относятся и соединения шестивалентного хрома. Основная масса загрязнителей поступает в природные водоёмы со сточными водами от населённых пунктов и промышленных предприятий. Одной из эффективных мер защиты водных источников является предварительная очистка сточных вод на очистных сооружениях [1, 2].
На сегодняшний день невозможно ни оптимизировать процесс удаления ионов тяжёлых металлов, ни управлять им в обычных системах биоочистки сточных вод. Промышленные предприятия сбрасывают свои сточные воды в городскую канализационную систему или в природный водоём после предварительной обработки. При этом хромсодержащие сточные воды очищаются на локальных очистных сооружениях с целью уменьшения содержания хрома до предельно допустимых концентраций [3].
Целью данной работы является разработка сорбционного метода удаления соединений шестивалентного хрома с помощью хитин-глюканового комплекса, выделенного из отхода производства лимонной кислоты - биомассы Aspergillus niger.
Объекты и методы исследований
Хитин-глюкановый комплекс выделяли из биомассы Aspergillus niger в результате последовательного четырёхступенчатого кислотно-щелочного гидролиза. На первой щелочной стадии биомассу продуцента лимонной кислоты обрабатывали 6% раствором NaOH в течение 3 часов при температуре 90-950С. Вторая стадия состояла в обработке полученного после первой стадии полупродукта 3% раствором соляной кислоты при температуре 50-600С в течение 1 часа. Третья стадия заключалась в обработке полученного на второй стадии полупродукта 6% раствором перекиси водорода. Четвёртая стадия заключалась в обработке образца 5% раствором NaOH в течение 1 часа при
5
температуре 75-850С. После каждой стадии обработки образцы промывались дистиллированной водой до рН =7. Сушка продукта осуществлялась при температуре 30-450С [4, 5].
Полученные образцы хитин-глюканового комплекса анализировались на предмет адсорбционной активности к шестивалентному хрому.
Фотометрический метод определения хрома шестивалентного основан на измерении светопоглощения окрашенного (красно-фиолетового) комплексного соединения, образующегося в результате реакции 1,5-дифенилкарбазида с бихромат-ионами в кислой среде, в диапазоне длин волн от 540 до 550 нм и определении хрома по значению оптической плотности раствора [6].
Для построения градуировочного графика (рисунок) использовали стандартный раствор бихромата калия, содержащий 100 мкг/мл хрома, приготовленный из реактива марки «х.ч.» (0,0283 г бихромата калия растворяли в дистиллированной воде в мерной колбе ёмкостью 100 мл). Разбавлением стандартного раствора в 100 раз получали рабочий раствор с содержанием хрома 1 мкг/мл. Измеряли оптическую плотность (540 нм) растворов сравнения, приготовленных из рабочего раствора хрома шестивалентного, массовой концентрации 1 мкг/мл. Для этого в мерные колбы вместимостью 50 мл вносят 0; 2,5; 5,0; 7,5; 10,0; 12,5 мл раствора хрома (VI) массовой концентрации 1 мкг/мл и доводят каждую колбу дистиллированной водой до 50 мл. Затем в каждую колбу добавляют 0,15 мл концентрированной ортофосфорной кислоты, 2,5 мл раствора 1,5-дифенилкарбазида (0,1 г дифенилкарбазида растворяли в 50 мл этанола и добавляли 20 мл серной кислоты (1:9)). Через 15 минут измеряли оптическую плотность растворов относительно дистиллированной воды [7].
Результаты исследований
Суммарное содержание хрома Сх в мг/л находят по формуле:
С
х
С =+71 1000’
где С - концентрация хрома, найденная по градуировочному графику, мкг/л; n - степень разбавления исходной пробы.
Таблица 1 - Приготовление растворов сравнения хрома (VI)
№ Р-р хрома (VI) мкг/л, мл Дис. вода, мл Массовая концентрация мкг/л Оптическая плотность
1 2,5 47,5 50 0,010
2 5,0 45,0 100 0,035
3 7,5 42,5 150 0,152
4 10,0 40,0 200 0,282
5 12,5 37,5 250 0,431
6
Научные стремления 2(10)2014
Рисунок - Зависимость оптической плотности от массовой концентрации раствора
сравнения хрома (VI).
Анализ аккумуляции хрома шестивалентного хитин-глюкановым комплексом, полученным путём кислотно-щелочного гидролиза из отхода производства лимонной кислоты - биомассы Aspergillus niger проводили после взаимодействия исследуемой пробы с сорбентом в течение 1,5 часов (при температуре 250С, 200 об/мин). В отфильтрованные пробах после сорбции определяли содержание хрома фотометрическим методом с 1,5-дифенилкарбазидом. Исследуемые пробы анализировали в трёх повторностях (таблица 2).
Таблица 2- Результаты определения хрома шестивалентного
№ До сорбции После сорбции
Оптическая плотность среднее значение оптической плотности Содержа ние хрома (VI) мкг/л Сх, мг/л Оптическая плотность среднее значение оптической плотности Содержание хрома (VI) мкг/л Сх, мг/л
1 0,156 0,156 48,40 0,0484 0,038 0,077 4,5 0,0045
2 0,168 0,088
3 0,144 0,106
Для характеристики и сравнительного анализа сорбционной способности использовали показатель адсорбционной активности (сорбционная ёмкость).
Адсорбционную активность (сорбционная ёмкость) полученного сырого образца ХтГК по (СЕ) в мкг на 1 г продукта вычисляли по формуле:
СЕ = (Ci-C2)V/m,
7
где Сі - массовая концентрация исходного раствора, мкг/л С2 - массовая концентрация раствора после сорбции, мкг/л V - объём раствора, взятого для исследования, л m - масса навески сорбента, г
Исследование показало, что общее содержание ионов хрома существенно уменьшилось во всех исследуемых пробах. Выявлено, что сорбционная емкость хитин-глюканового комплекса, выделенного из биомассы Aspergillus niger -отхода производства лимонной кислоты, к шестивалентному хрому составила 4,4 мкг/г.
Выводы
Изучена возможность сорбционного метода удаления соединений шестивалентного хрома с помощью хитин-глюканового комплекса, выделенного из отхода производства лимонной кислоты - биомассы Aspergillus niger.
Список литературных источников:
1. Бесков, В.С. Общая химическая технология и основы промышленной экологии / В.С. Бесков, В.С. Сафронов. - Москва: Химия, 1999. - 358 с.
2. Беспямятнов, Г.П. Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде / Г.П. Беспямятнов. - Ленинград: Химия, 1985. - 528 с.
3. Форстер, К.Ф. Экологическая биотехнология / К.Ф. Форстер. -Ленинград: Химия, 1990. - 384 с.
4. Котляр, М.Н. Методы выделения и модификации хитин-глюканового комплекса из биомассы Aspergillus niger: автореф. дис. ...канд. техн. наук:
03.00. 23 / М.Н. Котляр; Казанский госуд. техн. ун-т. - Казань, 2001. - 23с.
5. Кречетов, А.А. Физико-химические свойства хитин-глюкановых комплексов из биомассы грибов Aspergillus niger: автореф. дис. .канд. х. наук:
02.00. 04 / А.А. Кречетов; Марийский госуд. ун-т. - Йошкар-Ола, 2002. - 17с.
6. Лурье, Ю.Ю. Химический анализ производственных сточных вод / Ю.Ю. Лурье. - Москва: Химия, 1974. - 336 с.
7. Методические указания. Методика выполнения измерений массовой концентрации хрома (VI) в водах фотометрическим методом с дифенилкарбазидом: РД 52.24.446-95. - Введ. 21.07.1995. - Москва: Росгидромет, 1995. - 16 с.
Pavlova O. V.1, Belova E.A2
SORPTION OF HEXAVALENT CHROMIUM CHITIN-GLUCAN COMPLEXES ISOLATED FROM THE WASTE PRODUCTS OF CITRIC ACID
RUE "Scientific and Practical Center of National Academy of Sciences of Belarus in the Food
Sphere "1
Grodno State University Named after Yanka Kupala2 Summary
The possibility of recycling of waste microbiological synthesis of citric acid - biomass producing Aspergillus niger. Sequential acid-alkaline hydrolysis of biomass Aspergillus niger isolated chitin- glucan complex and investigated its sorption capacity. For characteristics and comparative analysis of the sorption of the prepared samples of chitin- glucan complex, the following indicator the adsorption activity (sorption capacity).
8
