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Jul 19, 2023

Um biossorvente imobilizado de células mortas de Paenibacillus dendritiformis e polietersulfona para a biorremediação sustentável de chumbo de águas residuais

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 891 (2023) Citar este artigo 1170 Acessos 2 Citações 1 Detalhes das Métricas Altmétricas Metais pesados, incluindo o chumbo, causam sérios danos à saúde humana e

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 891 (2023) Citar este artigo

1170 acessos

2 citações

1 Altmétrico

Detalhes das métricas

Os metais pesados, incluindo o chumbo, causam sérios danos à saúde humana e ao meio ambiente. Os biossorventes naturais surgem como alternativas ecologicamente corretas. Neste estudo, dois dos 41 isolados (8EF e 17OS) foram as bactérias mais eficientes para cultivo em meio suplementado com Pb2+ (1000 mg/L). Em altas concentrações de até 2.000 mg/L, o isolado pioneiro 17OS exibiu notável resistência a metais multipesados. Este isolado foi identificado como Paenibacillus dendritiformis 17OS e depositado no GenBank sob número de acesso ON705726.1. O Design-Expert foi usado para otimizar a remoção de metal Pb2+ pelas bactérias testadas. Os resultados indicaram que quatro das seis variáveis ​​foram selecionadas usando um projeto experimental de resolução IV de execução mínima, com um efeito significativo na remoção de Pb2+. A temperatura e a concentração de Pb2+ foram influências positivas significativas, enquanto o período de incubação e a velocidade de agitação foram influências negativas significativas. A cepa testada modulou as quatro variáveis ​​significativas para remoção máxima de Pb2+ usando o projeto Box-Behnken. O método de otimização sequencial foi benéfico no aumento da biossorção em 4,29%. A biomassa morta de P. dendritiformis 17OS foi incorporada com polietersulfona para obter uma membrana adsortiva hidrofílica que pode separar facilmente o Pb2+ de soluções aquosas. Imagens SEM e análise FT-IR provaram que o novo biossorvente possui uma ótima estrutura e muitos grupos funcionais de superfície com carga superficial negativa de -9,1 mV. A taxa de remoção de 200 mg/L de Pb2+ da água atingiu 98% utilizando 1,5 g/L do biossorvente imobilizado. Os estudos de isoterma de adsorção foram exibidos para determinar a natureza da reação. O processo de adsorção foi relacionado à isoterma de Freundlich que descreve a adsorção multicamadas e heterogênea de moléculas à superfície adsorvente. Em conclusão, as células bacterianas mortas foram imobilizadas numa poliéter sulfona conferindo-lhe as características de uma nova membrana adsortiva para a biorremediação de chumbo de águas residuais. Assim, este estudo propôs uma nova geração de membranas adsortivas baseadas em polietersulfona e células bacterianas mortas.

Os iões tóxicos de metais pesados ​​que resultaram da industrialização intensiva, das técnicas agrícolas modernas, das ações militares e dos processos de intemperismo tornaram-se um dos contaminantes mais significativos no abastecimento de água1. Ao contrário de outros materiais tóxicos, os íons de metais pesados ​​acumulam-se nos tecidos dos organismos vivos e não são biodegradados na natureza. Apesar da sua utilização generalizada, os metais pesados ​​podem causar toxicidade substancial nos seres vivos2. Chumbo, cobre, mercúrio, arsênico e cromo podem ter efeitos prejudiciais na pele, rins, fígado e pulmões3. O chumbo (Pb2+) é muito perigoso devido à sua toxicidade e disseminação ambiental4. Ele pode interromper a ação de enzimas e proteínas, substituir íons críticos das células (Mg2+, Ca2+, Na+ e Fe2+) e impedir o transporte de Ca2+, portanto o Pb2+ é considerado cancerígeno e muito venenoso. Além disso, o Pb2+ acelera a geração de espécies reativas de oxigênio, o que resulta em estresse oxidativo e danifica as células5. A inalação de poeira poluída com Pb, bem como a ingestão de alimentos ou água contaminados, faz com que o Pb2+ seja absorvido e disseminado nos tecidos humanos6.

Tecnologia de membrana, precipitação, adsorção de carvão ativado e troca iônica são métodos físico-químicos comuns para remoção de metais tóxicos de águas residuais7. Muitas das desvantagens comuns dos processos convencionais para remover metais pesados, como a produção excessiva de lamas tóxicas e água tratada de baixa qualidade, podem ser superadas se a tecnologia de membrana for combinada com a tecnologia de adsorção (Tecnologia de Membrana Adsortiva). Esta membrana oferece uma série de características, como ausência de mudança de fase ou aditivos químicos, flexibilidade e facilidade de ampliação, simplicidade de ideia e operação, eficiência energética e pequena pegada de processo8. A adsorção é a técnica de remoção de metais pesados ​​mais popular devido à sua simplicidade, versatilidade, baixo custo e ecologicamente correta. No entanto, a adsorção tem algumas desvantagens, incluindo uma taxa lenta e uma alta resistência à difusão interna9. Além disso, a eficiência proporcionada pelo método de adsorção muitas vezes tende a diminuir após uso repetido10.