Биология

Сорбционные свойства мха по отношению к микроорганизмам и тяжелым металлам


|                                                                                |
|                                                                                |
|                                                                                |
|                                                                                |
|2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ                                                      |
|                                                                                |
|2.1. Методы исследований                                                        |
|                                                                                |
|2.1.1. Получение микробной суспензии                                            |
|                                                                                |
|Питательный агар, который готовится согласно прописи, заливают предварительно по|
|5-10 мл в пробирки, которые оставляют наклонными в специальном штативе до       |
|полного застывания среды. Бактериологической петлей отбирают клетки             |
|микроорганизмов и вводят петлю в пробирку со скошенным агаром до дна. Слегка    |
|касаясь бактериологической  петлей поверхности среды, проводят от дна пробирки  |
|вверх зигзагообразную линию, тем самым, засевая культуру микроорганизмов. После |
|посева пробирки помещают в термостат (30(С) на 1 сутки (по истечению этого срока|
|пробирки извлекают из термостата) и заливают в них по 2.0-3.0 мл                |
|физиологического раствора (ФР). Осторожно отделяют микробную культуру от агара  |
|постепенным встряхиванием и покачиванием пробирки. Полученную суспензию хранят в|
|холодильнике.                                                                   |
|                                                                                |
|                                                                                |
|2.1.2. Определение количества жизнеспособных клеток методом высева на плотную   |
|среду                                                                           |
|                                                                                |
|Микробную суспензию разводят в стерильном физиологическом растворе, при этом    |
|используя один и тот же коэффициент разведения.                                 |
|Посев осуществляют  из 5-ого, 6-ого и 7-ого разведений перенося 0, 1 мл         |
|суспензии на поверхность питательного агара в чашках Петри. Затем суспензию     |
|равномерно  распределяют шпателем по питательному агару. Высев из каждого       |
|разведения осуществляют стерильной пипеткой. После посева чашки помещают в      |
|термостат (30(С) на сутки.                                                      |
|Количество жизнеспособных клеток в 1 мл суспензии рассчитывают по следующей     |
|формуле:                                                                        |
|                                                                                |
|M=a * 10z/ V;                                                             ( 2.1 |
|)                                                                               |
|                                                                                |
|                                                                                |
|                                                                                |
|                                                                                |
|                                                                                |
|                                                                                |
|                                                                                |
|                                                                                |
|                                                                                |
|                                                                                |
|                                                                                |
|                                                                                |
|                                                                                |
|                                                                                |
|                                                                                |
|                                                                                |
|                                                                                |
|                                                                                |
|                                                                                |
|                                                                                |
|                                                                                |
|                                                                                |
|                                                                                |
|                                                                                |
|                                                                                |
|                                                                                |
|                                                                                |
|                                                                                |
|                                                                                |
|                                                                                |
|                                                                                |
|                                                                                |
|                                                                                |
|                                                                                |
|                                                                                |
|                                                                                |
|                                                                                |
|                                                                                |
|                                                                                |
|                                                                                |
|                                                                                |
|                                                                                |
|                                                                                |
|                                                                                |
|                                                                                |
|                                                                                |
| |   |  |     |    |   |БГТУ 02.00.ПЗ                                       |
| |   |  |     |    |   |                                                    |
|И|Кол|Ли|№    |Подп|Дат|                                                    |
|з|.уч|ст|док. |ись |а  |                                                    |
|м|.  |  |     |    |   |                                                    |
|.|   |  |     |    |   |                                                    |
|      |Ковалеви|    |   |Экспериментальная часть       |Стади|Лист |Листов |
|Разраб|ч А.    |    |   |                              |я    |     |       |
|.     |        |    |   |                              |     |     |       |
|Н.конт|        |    |   |                              |                     |
|р.    |        |    |   |                              |                     |
|Утв.  |        |    |   |                              |                     |



          где  M – количество клеток в 1 мл исходной суспензии;
                  а -   количество колоний,  которые  выросли  на  чашках
  Петри;
                  Z  - порядковый номер разведения суспензии;
                  V – объем суспензии, взятой для высева на чашку  Петри,
  мл.
      Величину оптической плотности измеряют с  помощью  фотоколориметра
  ФЭК-56М. Для измерения светорассеяния  выбирают  светофильтр,  который
  обеспечивает  максимум  пропускания   света   данной   суспензией.   В
  результате   опытов   получили,   что   максимум   пропускания   света
  обеспечивает длина волны 540 нм.

      2.1.3 . Изучение сорбции металлов мхом

      Для эксперимента на аналитических  весах  взвешивают  образцы  мха
  массой  200+0,5  мг   и   помещают   их   в   стеклянные   флаконы   с
  привинчивающимися крышками объемом  100мл.  Затем  в  эти  же  флаконы
  заливают  по  50  мл  раствора  металла  различной  концентрации  (для
  эксперимента  были  выбраны  следующие  концентрации  металлов:   0,1;
  0,02;0,005; 0,0001; 0,00002; 0,00001 моль/л),  которые  готовят  путем
  последовательного разведения  исходного  раствора  соли  металла  (0,1
  моль/л). Флаконы закрывают  и  оставляют  на  24  часа  при  комнатной
  температуре (18+2(С) при периодическом перемешивании. После  чего  мох
  из  суспензии  отфильтровывают  через  бумажный  фильтр  в  колбы  для
  титрования и титруют по следующим методикам.

      2.1.3.1. Определение меди комплексонометрическим методом

      В качестве источника меди использовали сульфат меди.
      Ионы меди образуют с ЭДТА комплексы голубого  цвета  с  константой
  устойчивости 6,3*1018 (ионная сила 0,1: 20 (С). Анализируемый  раствор
  разбавляют водой до метки  в  мерной  колбе.  Равновесные  растворы  с
  исходной концентрацией 0,100 моль/л после фильтрования в количестве 48
  мл разбавляют водой в мерной колбе  до  100  мл.  После  перемешивания
  отбирают  пипеткой  аликвотную  часть  раствора  в  коническую  колбу,
  прибавляют 20 мл дистиллированной воды, 5 мл  буферного  раствора,  на
  кончике металлического шпателя 20-30 мг индикаторной смеси, растворяют
  ее  и  титруют  раствором  ЭДТА  0,0500  М  до  изменения  окраски  из
  зеленовато-желтого цвета в чисто-фиолетовую. Измеряют  объем  ЭДТА   и
  вводят 1 каплю  2  М  раствора  NH4ОН,  если  цвет  раствора  остается
  фиолетовым, титрование прекращают; если от добавления аммиака окраска
  изменилась в желтую или желто-зеленую, продолжают титрование раствором
  ЭДТА до устойчивой фиолетовой окраски.



      В качестве  буферного раствора используют ацетатный буфер  (ацетат
  аммония, 50% раствор) с pH6. Титрование ведут на холоду (при комнатной
  температуре 18+2(С).
      В  качестве  металлоиндикатора   используют  мурексид   (смесь   с
  хлоридом натрия в соотношении 1:100).
      Массу определяемого вещества рассчитывают по формуле (2.2.):

                m= (V1*Vж*c1*M)/(V2*1000)             ( 2.2 )

      где  – V1 – объем раствора ЭДТА, пошедшего на титрование;
               V2 -   объем анализируемого равновесного раствора
  (аликвотная часть);
               c1  - молярная концентрация ЭДТА;
               M – молярная масса определяемого вещества;
               Vж -   объем мерной колбы, из которой отбирали аликвотную
  часть.

      2.1.3.2. Определение кадмия комплексонометрическим методом

      В качестве источника кадмия в работе использовали ацетат кадмия.
      Отбирают  аликвотную часть анализируемого раствора из  мерной  колбы
  вместимостью 100 мл, прибавляют  2-3  мл  буферного  раствора  с  pH  10
  (аммиачный буферный раствор: 67г NH4Cl и 570  мл  25%-ного  NH3  в  1  л
  раствора), 15 мл воды, перемешивают и прибавляют на кончике шпателя  20-
  30 мг  смеси  индикатора  эриохромового  черного  Т  и  хлорида  натрия.
  Перемешивают  до  полного  растворения  индикаторной  смеси  и   титруют
  раствором ЭДТА 0,0500 М до изменения окраски раствора из винно-красной в
  голубую.
      Массу определяемого вещества рассчитывают по  вышеуказанной  формуле
  (2.2).

      2.1.4. Определение кинетики сорбции металлов мхом

      В стеклянные флаконы помещают навески по 200+0,5 мг мха, взвешенные
  на аналитических весах. Добавляют по 50 мл раствора металла 0,02 моль/л
  и тщательно перемешивают. Через 5,  10,  20,  30,  60  и  120  мин  мох
  отфильтровывают из анализируемых растворов.  Фильтраты  меди  и  кадмия
  оттитровывают раствором ЭДТА по вышеописанной методике.

      2.1.5. Изучение сорбции металлов микроорганизмами

      В  мерную  колбу  на  50  мл  сначала  добавляют  1  мл  микробной
  суспензии, затем доводят объем до метки исследуемым раствором металла.



       После этого вливают содержимое мерной колбы во флаконы на 100  мл
  с привинчивающимися  крышками.  Флаконы  оставляют  на  24  часа,   по
  истечении которых растворы центрифугируют при 8000 об/мин в течение 10
  минут. Далее раствор,  отделенный  от  микроорганизмов,  оттитровывают
  раствором ЭДТА по вышеописанной методике.

      2.1.6. Определение кинетики сорбции металлов микроорганизмами

      В  мерную  колбу  на  50  мл  сначала  добавляют  1  мл  микробной
  суспензии, затем доводят объем до метки исследуемым раствором металла.
  После этого вливают содержимое мерной колбы во флаконы  на  100  мл  с
  привинчивающимися крышками.
      Через 5, 10,  20,  30,  60  и  120  мин  отфильтровывают  культуру
  микроорганизмов  на  микробном  фильтре  и   фильтраты   оттитровывают
  раствором ЭДТА.

      2.1.7.  Изучение   сорбции   металлов   в   системе   мох-суспензия
  микроорганизмов

      В стеклянные флаконы помещают пробы мха 200+0,5  мг  предварительно
  взвешенные на аналитических весах. Потом в эти  же  стеклянные  флаконы
  добавляют 50  мл  раствора  металла  различной  концентрации.  И  затем
  добавляют  1  мл  микробной  суспензии.   После   этого   систему   при
  периодическом  перемешивании  оставляют  на  24   часа.   Через   сутки
  исследуемые растворы отфильтровывают на  микробном  фильтре  и  титруют
  раствором ЭДТА  по методикам указанным в пп. 2.1.3.1. и 2.1.3.2..

      2.1.8. Определение  кинетики  сорбции  металлов  микроорганизмами,
  адсорбированными на мхе

      В стеклянные флаконы с привинчивающимися крышками помещают навески
  мха массой 200+0,5 мг, 1 мл  микробной  суспензии  и  50  мл  раствора
  металла 0,02 моль/л. Через  5,  10,  20,  30,  60,  120  мин  культуру
  микроорганизмов отфильтровывают через  микробный  фильтр  и  фильтраты
  оттитровывают раствором ЭДТА.

      2.1.9. Получение кривой выживаемости микроорганизмов

      Выживаемость микроорганизмов изучают посевом их на чашки  Петри  с
  питательным агаром. Микробную суспензию используют после обработки  ее
  металлами в опыте по изучению сорбции металлов микроорганизмами.



      2.1.10. Изучение адсорбции микроорганизмов мхом

      В мерную колбу на 50 мл сначала добавляют 1 мл микробной суспензии
  и доводят объем до  метки  дистиллированной  водой.  Затем  переливают
  раствор микробной суспензии в качальную колбу и добавляют навески  мха
  массой 200+0,5 мг. Все колбы ставят на качалку  на  2  часа.  Измеряют
  оптическую плотность и делают высев  на  жизнеспособность.  Результаты
  представлены в  таблице 2.8.

      2.2. Результаты исследований и их обсуждение

      В качестве сорбента-носителя микроорганизмов использовался мох  из
  класса  мхи (Мusci) подкласса сфагновые, семейства сфагновые, Sphagnum
  cuspidatum. Данный вид мха был выбран в связи с тем, что  он  обладает
  значительным ареалом распространения в нашей республике.
      В  качестве  микроорганизмов,  способных  к   поглощению   тяжелых
  металлов, изучались Pseudomonas aeroginosa B7. Это прямые  или  слегка
  изогнутые палочки, размером 0,5-1  мкм.  Граммотрицательные,  обладают
  подвижностью за счет одного полярного жгутика, тип дыхания  -  аэробы,
  метаболизм чисто дыхательного  типа  с  использованием  кислорода  как
  конечного акцептора электронов, данные бактерии могут выделять в среду
  сине-зеленый пигмент. Данные  бактерии   широко  распространены,  так,
  например, они часто встречаются при гнойных  инфекциях  в  медицинских
  учреждениях.
      Полученные экспериментальные данные  в  опыте  по  изучению  сорбции
  металлов мхом (2.1.3.)  сведены в таблицу 2.1.  и  представлены  в  виде
  изотерм сорбции на рисунках 2.1. и 2.2..
                                                                 Таблица 2.1
                  Данные ионообменной сорбции металлов мхом

|Навеска|Исходная  |Объем   |Объем ЭДТА 0,05 |Равновесная    |Количество  |
|мха, г |концентрац|аликвоты|моль/л пошедшего|концентрация   |сорбированно|
|       |ия соли   |, мл    |на титрование,  |соли металла,  |го металла, |
|       |металла,  |        |мл              |моль/л         |мг-экв/г    |
|       |моль/л    |        |                |               |            |
|Сульфат меди, CuSO4                                                        |
|0,2012 |0,1       |10      |9,85            |0,09855        |0,72        |
|0,1998 |0,1       |10      |9,86            |0,09863        |0,68        |
|0,2001 |0,02      |10      |3,73            |0,01865        |0,67        |
|0,2020 |0,02      |10      |3,74            |0,01868        |0,66        |
|0,1995 |0,005     |25      |1,95            |0,00389        |0,55        |
|0,1987 |0,005     |25      |1,99            |0,00397        |0,51        |
|Ацетат кадмия, Cd(CH3COO)2                                                 |
|0,2013 |0,1       |10      |9,86            |0,09864        |0,69        |
|0,2210 |0,1       |10      |9,87            |0,09871        |0,66        |
|0,1899 |0,02      |10      |3,75            |0,01876        |0,62        |
|0,2430 |0,02      |10      |3,76            |0,01880        |0,60        |
|0,2150 |0,005     |25      |1,93            |0,00386        |0,57        |
|0,2000 |0,005     |25      |1,95            |0,00390        |0,55        |


      [pic]
                                  Рис.2.1.
                                    [pic]
                                  Рис.2.2.
        Изотермы  сорбции  –   это   кривые,   показывающие   зависимость
  количества сорбированного вещества (мг-экв) в расчете на 1 г  сорбента
  от равновесной концентрации этого вещества в моль/л.
          Полученные  результаты  полностью  соответствуют   существующим
  сведениям  об  ионообменной  емкости  мха,  которая  по   литературным
  сведениям считается равной 1мг-экв/г.
        На основании представленных рис.2.1. и 2.2. можно  говорить,  что
  мох является хорошим  природным  ионообменником  и  обладает  хорошими
  сорбционными  свойствами  по  отношению  к   тяжелым   металлам,   это
  достигается наличием в структуре мха таких веществ  как    полиурониды
  (полисахариды, содержащие карбоксильную группу в 6-пложении пиранового
    или  ангидроглюкозного  цикла)  и  пектина.  Сравнивания  результаты
  сорбции ионов меди  и  ионов  кадмия  можно   сделать  вывод,  что  из
  исследованных тяжелых металлов лучше сорбируется мхом медь  (Cu),  чем
  кадмий (Cd). Это может быть связано в первую очередь с тем,  что  ионы
  меди  лучше  удерживаются  карбоксильными  группами  мха   в   составе
  клеточной стенки мха, которые и отвечают в  основном  за  ионообменную
  активность мха.



      Полученные экспериментальные данные в  опыте  по  изучению  кинетики
  сорбции металлов мхом (2.1.4.)  сведены в таблицу 2.2. и представлены  в
  виде кинетических кривых  сорбции на рисунках 2.3 и 2.4..
                                                                 Таблица 2.2
                  Данные по кинетике сорбции металлов мхом

|Врем|Навеска|Исходная  |Объем   |Объем ЭДТА 0,05 |Равновесная    |Количество  |
|я,  |мха, г |концентрац|аликвоты|моль/л пошедшего|концентрация   |сорбированно|
|мин |       |ия соли   |, мл    |на титрование,  |соли металла,  |го металла, |
|    |       |металла,  |        |мл              |моль/л         |мг-экв/г    |
|    |       |моль/л    |        |                |               |            |
|Ацетат кадмия, Cd(CH3COO)2                                                       |
|5   |0,2014 |0,02      |10      |3,99            |0,01997        |0,01        |
|10  |0,2218 |0,02      |10      |3,94            |0,01972        |0,14        |
|20  |0,1899 |0,02      |10      |3,92            |0,01958        |0,21        |
|30  |0,2434 |0,02      |10      |3,86            |0,01931        |0,35        |
|60  |0,2156 |0,02      |10      |3,81            |0,01903        |0,49        |
|120 |0,2213 |0,02      |10      |3,81            |0,01903        |0,49        |
|Сульфат меди, CuSO4                                                              |
|5   |0,2266 |0,02      |10      |3,82            |0,01912        |0,44        |
|10  |0,2312 |0,02      |10      |3,80            |0,01901        |0,50        |
|20  |0,1899 |0,02      |10      |3,77            |0,01885        |0,57        |
|30  |0,2001 |0,02      |10      |3,75            |0,01874        |0,63        |
|60  |0,2166 |0,02      |10      |3,73            |0,01863        |0,69        |
|120 |0,1959 |0,02      |10      |3,73            |0,01863        |0,69        |



                                [pic]Рис.2.3.
                                [pic]Рис.2.4.

      Под  кинетическими  кривыми   сорбции  принято  понимать   кривые,
  показывающие зависимость  количества  сорбированного  вещества  (ионов
  металла) от времени проведения сорбции, t, мин.
      По виду кинетических кривых можно говорить о том,  что  в  системе
  «мох-раствор металла» достаточно  быстро  устанавливается  равновесное
  состояние (рис.2.3, 2.4.). Так,  уже  через  полчаса  сорбируется  91%
  ионов меди и 72% кадмия. Также по виду кривой 2.3.  можно  говорить  о
  присутствии у мха двух активных центров связывания ионов  металла,  об
  этом свидетельствуют две точки перегиба на кривой, т.е. основной вклад
  в сорбцию вносит ионообменная сорбция, а не физическая, т.к. в  случае
  физической сорбции точек перегиба бы не было.
      Результаты изучения  сорбции  металлов  микроорганизмами  (2.1.5.)
  сведены в таблицу 2.3. и представлены в виде изотерм сорбции  металлов
  на рис.2.5.и 2.6..
                                                                 Таблица 2.3
                 Данные по сорбции металлов микроорганизмами

|Навеск|Исходная  |Объем   |Объем ЭДТА   |Равновесная |Количество|Количество|
|а мха,|концентрац|аликвоты|0,05 моль/л  |концентрация|сорбирован|сорбирован|
|г     |ия соли   |, мл    |пошедшего на |соли        |ного      |ного      |
|      |металла,  |        |титрование,  |металла,    |металла,  |металла   |
|      |моль/л    |        |мл           |моль/л      |мг-экв/мл |мг-экв/см3|
|      |          |        |             |            |          |          |
|      |          |        |             |            |          |плотно    |
|      |          |        |             |            |          |упакованны|
|      |          |        |             |            |          |х клеток  |
|Ацетат кадмия, Cd(CH3COO)2                                                    |
|0,1945|0,1       |10      |9,98         |0,09979     |0,11      |8,0046    |
|0,2230|0,1       |10      |9,99         |0,09986     |0,08      |5,6172    |
|0,1981|0,02      |10      |3,96         |0,01979     |0,11      |7,5130    |
|0,2054|0,02      |10      |3,97         |0,01986     |0,07      |4,9151    |
|0,1980|0,005     |25      |2,38         |0,00476     |0,12      |8,4258    |
|0,1996|0,005     |25      |2,40         |0,00480     |0,10      |7,0215    |


                                                     Продолжение таблицы 2.3
|Сульфат меди, CuSO4                                                           |
|0,2032|0,1       |10      |9,93         |0,09933     |0,33      |23,1711   |
|0,1975|0,1       |10      |9,94         |0,09941     |0,29      |20,3625   |
|0,1987|0,02      |10      |3,89         |0,01947     |0,27      |18,6071   |
|0,2005|0,02      |10      |3,90         |0,01948     |0,26      |18,2560   |
|0,2400|0,005     |25      |2,24         |0,00449     |0,25      |17,6943   |
|0,2265|0,005     |25      |2,26         |0,00451     |0,24      |16,8517   |

                                [pic]Рис.2.5.
                           [pic]         Рис. 2.6.
      Основываясь на результатах эксперимента можно говорить о том,  что
  исследуемый штам микроорганизмов Pseudomonas  aeruginosa  В7  обладает
  сорбционными свойствами по  отношению  к  тяжелым  металлам.  Так,  по
  отношению к кадмию в  результате  исследований  (п.2.1.5)  сорбционная
  емкость микроорганизмов – 0,114 мг-экв/мл суспензии, по меди – 0,29 мг-
  экв/мл суспензии.



      Однако стоит отметить, что  в  настоящее  время  существуют  более
  эффективные   формы   микроорганизмов,   которые    используются   для
  биосорбции металлов из растворов, в том числе и штаммы  данного  рода.
  Из  исследованных  тяжелых   металлов   лучше   сорбируется   мхом   и
  микроорганизмами медь (Cu), чем  кадмий  (Cd)  (см.  рис.2.5  и  2.6.)
  Можно сделать предположение о том, что это связано в первую очередь  с
  тем, что в небольших количествах  медь  является  одним  из  важнейших
  биогенных элементов, необходимых для развития микроорганизмов и наряду
  с сорбцией имеет место утилизация микроорганизмами ионов меди.
      Результаты  изучения  кинетики  сорбции   микроорганизмами   ионов
  металлов сведены в таблицу 2.4. и  представлены  в  виде  кинетических
  кривых.
                                                                 Таблица 2.4
            Данные по кинетике сорбции металлов микроорганизмами
|Время|Навеск|Исходная|Объем |Объем ЭДТА|Равновесна|Количество|Количество    |
|, мин|а мха,|концентр|аликво|0,05      |я         |сорбирован|сорбированного|
|     |г     |ация    |ты, мл|моль/л    |концентрац|ного      |металла       |
|     |      |соли    |      |пошедшего |ия соли   |металла,  |мг-экв/см3    |
|     |      |металла,|      |на        |металла,  |мг-экв/мл |плотно        |
|     |      |моль/л  |      |титрование|моль/л    |          |упакованных   |
|     |      |        |      |, мл      |          |          |клеток        |
|Ацетат кадмия, Cd(CH3COO)2                                                      |
|5    |0,1874|0,02    |10    |4,00      |0,01999   |0,01      |0,3511        |
|10   |0,1755|0,02    |10    |3,98      |0,01990   |0,05      |3,3703        |
|20   |0,2100|0,02    |10    |3,98      |0,01988   |0,06      |4,3534        |
|30   |0,1990|0,02    |10    |3,97      |0,01985   |0,07      |5,1257        |
|60   |0,1980|0,02    |10    |3,96      |0,01982   |0,09      |6,2492        |
|120  |0,1996|0,02    |10    |3,96      |0,01981   |0,10      |6,7407        |
|Сульфат меди, CuSO4                                                             |
|5    |0,1955|0,02    |10    |3,97      |0,01985   |0,07      |5,1959        |
|10   |0,2230|0,02    |10    |3,96      |0,01978   |0,11      |7,5833        |
|20   |0,1906|0,02    |10    |3,94      |0,01971   |0,15      |10,2515       |
|30   |0,2054|0,02    |10    |3,93      |0,01964   |0,18      |12,4281       |
|60   |0,1980|0,02    |10    |3,90      |0,01949   |0,26      |17,9751       |
|120  |0,1996|0,02    |10    |3,90      |0,01949   |0,26      |17,9751       |


                                    [pic]
                                  Рис. 2.7.
    [pic]
                                  Рис.2.8.

      По виду кинетических кривых сорбции можно говорить,  что  основной
  вклад в сорбцию  ионов  металлов  микроорганизмами  вносит  физическая
  сорбция,   чтобы   говорить   о   ионообменной   сорбции    необходимы
  дополнительные исследования. Равновесное состояние  устанавливается  в
  течение часа. Также можно сказать, что сорбция меди идет быстрее.
      Полученные результаты в экспериментах по изучению сорбции  металлов
  в системе мох-суспензия микроорганизмов (п.2.1.6.)  сведены  в  таблицу
  2.5. и  представлены в виде изотерм сорбции на рис. 2.9.и 2.10..
                                                                 Таблица 2.5
     Данные по сорбции металлов в системе мох-суспензия микроорганизмов

|Навеска|Исходная  |Объем   |Объем ЭДТА 0,05 |Равновесная    |Количество  |
|мха, г |концентрац|аликвоты|моль/л пошедшего|концентрация   |сорбированно|
|       |ия соли   |, мл    |на титрование,  |соли металла,  |го металла, |
|       |металла,  |        |мл              |моль/л         |мг-экв/г    |
|       |моль/л    |        |                |               |            |
|Ацетат кадмия, Cd(CH3COO)                                                  |
|0,2156 |0,1       |10      |9,84            |0,09842        |0,80        |
|0,2643 |0,1       |10      |9,85            |0,09850        |0,76        |
|0,1986 |0,02      |10      |3,69            |0,01846        |0,77        |
|0,1921 |0,02      |10      |3,70            |0,01850        |0,75        |
|0,1896 |0,005     |25      |1,73            |0,00346        |0,77        |
|0,1955 |0,005     |25      |1,71            |0,00342        |0,79        |
|Сульфат меди, CuSO4                                                        |
|0,2000 |0,1       |10      |9,80            |0,09805        |0,97        |
|0,1955 |0,1       |10      |9,81            |0,09811        |0,94        |
|0,1970 |0,02      |10      |3,63            |0,01816        |0,92        |
|0,1979 |0,02      |10      |3,64            |0,01819        |0,90        |
|0,2053 |0,005     |25      |1,62            |0,00323        |0,88        |
|0,1990 |0,005     |25      |1,61            |0,00322        |0,89        |

          [pic]
                                  Рис. 2.9
                               [pic]Рис.2.10.
      По  результатам  этого  эксперимента  можно  сделать  вывод,   что
  совместное использование мха и  микроорганизмов  значительно  повышает
  эффективность биосорбции и улучшает  поглощение  тяжелых  металлов  из
  растворов  этих  металлов.  Так,  если  мхом  сорбируется  0,655   мг-
  экв(кадмия )/г, то при  совместном использовании мха и микроорганизмов-
    0,777  мг-экв/г  и  мл.   Таким   образом,   эффективность   сорбции
  увеличивается на 16% . При аналогичном сравнивании результатов сорбции
  по ионам меди эффективность увеличивается на 26%.
      Экспериментальные данные по  изучению  кинетики  сорбции  металлов
  микроорганизмами, адсорбированными на мхе сведены  в  таблицу  2.6.  и
  представлены в виде  кинетических зависимостей концентрации металла от
  времени на рис. 2.11. и 2.12..



                                                                Таблица 2.6.
         Данные по кинетике сорбции металла в системе мох-суспензия
                               микроорганизмов
|Время|Навеска |Исходная  |Объем  |Объем ЭДТА 0,05 |Равновесная  |Количество|
|, мин|мха, г  |концентрац|аликвот|моль/л пошедшего|концентрация |сорбирован|
|     |        |ия соли   |ы, мл  |на титрование,  |соли металла,|ного      |
|     |        |металла,  |       |мл              |моль/л       |металла,  |
|     |        |моль/л    |       |                |             |мг-экв/г  |
|Ацетат кадмия, Сd(CH3COO)2                                                    |
|5    |0,2251  |0,02      |10     |3,95            |0,01975      |0,13      |
|10   |0,2643  |0,02      |10     |3,95            |0,01974      |0,13      |
|20   |0,1986  |0,02      |10     |3,93            |0,01965      |0,18      |
|30   |0,1921  |0,02      |10     |3,93            |0,01965      |0,18      |
|60   |0,1896  |0,02      |10     |3,69            |0,01845      |0,78      |
|120  |0,1955  |0,02      |10     |3,69            |0,01845      |0,78      |
|Сульфат меди, CuSO4                                                           |
|5    |0,2312  |0,02      |10     |3,79             |0,01897      |0,52      |
|10   |0,2087  |0,02      |10     |3,79             |0,01897      |0,52      |
|20   |0,1982  |0,02      |10     |3,79             |0,01895      |0,52      |
|30   |0,19    |0,02      |10     |3,75             |0,01873      |0,64      |
|60   |0,191   |0,02      |10     |3,68             |0,01841      |0,79      |
|120  |0,24    |0,02      |10     |3,67             |0,01833      |0,83      |


        [pic]
  Рис.2.11.
                [pic]                               Рис.2.12.


      По результатам эксперимента  можно  сделать  следующие  выводы:  в
  системе быстро наступает равновесное состояние, так уже через  60  мин
  сорбируется  95%  ионов  меди,  и  97%  ионов   кадмия;   наличие   на
  кинетических кривых двух точек перегиба свидетельствует  о  наличие  у
  мха двух активных центров связывания и значимости ионообменной сорбции
  в суммарном процессе.
      Результаты   эксперимента   по   получению   кривых   выживаемости
  микроорганизмов Pseudomonas aeruginosa (2.1.9.) представлены  на  рис.
  2.13. и 2.14..
      [pic]
                                 Рис. 2.13.
                               [pic] Рис.2.14.

      Результаты    данного    эксперимента    полностью    соответствуют
  литературным сведениям о выживаемости микроорганизмов  при  воздействии
  на них ионов тяжелых  металлов  [5,7].  Сопоставляя   результаты  этого
  эксперимента   и   эксперимента   по    изучению    сорбции    металлов
  микроорганизмами (пп.2.1.5. и 2.1.6.) можно говорить о том, что сорбция
  ведется и  мертвой  культурой,  что  подтверждает  физический  характер
  сорбции при использовании микроорганизмов.



      Результаты изучения  адсорбции  микроорганизмов  мхом  (п.2.1.10.)
  сведены в таблицу 2.7..

                                                                 Таблица 2.7

|Концентрация   |Оптическая      |Оптическая     |Концентрация     |Фактическая  |
|микробной      |плотность (D)   |плотность (D)  |микробной        |концентрация,|
|суспензии после|разбавленной    |суспензии после|суспензии после  |определенная |
|разведения ее  |суспензии до    |проведения     |проведения       |путем высева |
|до 50мл, кл/мл |опыта           |опыта          |эксперимента,    |на           |
|               |                |               |кл/мл            |агаризованную|
|               |                |               |(рис.2.15.)      |среду, кл/мл |
|6,8*107        |0,092           |0,073          |5,07*107         |4,5*107      |
|6,8*107        |0,092           |0,069          |5,07*107         |5*107        |
|6,8*107        |0,092           |0,071          |5,07*107         |4*107        |



      Согласно результатам этого эксперимента можно говорить о том,  что
  мох  губительно  воздействует  на  микроорганизмы  так,  в  результате
  исследований  (п.2.1.10)  концентрация  микроорганизмов  снизилась   с
  6,8*107  до 5,07*107 кл/мл. Данные свойства  мха  могут  в  дальнейшем
  найти применение в медицине, при использовании мха как энтеросорбента.



                 Концентрация микробной суспензии, кл/мл*109

                                 Рис. 2.15.



      Можно сделать следующие выводы по итогам исследований:

1) Мох является хорошим природным  ионообменником  и  обладает  хорошими
  сорбционными  свойствами  по  отношению  к   тяжелым   металлам,   это
  достигается наличием в структуре мха таких веществ  как    полиурониды
  (полисахариды, содержащие карбоксильную группу в 6-пложении пиранового
   или ангидроглюкозного цикла) и пектина. Ионообменная емкость мха   по
  меди 0,7 мг-экв/г, по кадмию 0,65 мг-экв/г.
2) Мох оказывает губительное воздействие на микроорганизмы.
3) Исследуемый штам микроорганизмов Pseudomonas aeruginosa  В7  обладает
  сорбционными свойствами по  отношению  к  тяжелым  металлам.  Так,  по
  отношению к кадмию в  результате  исследований  (п.2.1.5)  сорбционная
  емкость микроорганизмов – 0,114 мг-экв/мл суспензии, по меди – 0,29 мг-
  экв/мл суспензии.
4)  По  виду   кинетических   кривых   сорбции,   согласно   современным
  представлениям о механизме процесса сорбции можно сделать вывод, что в
  исследованных гетерогенных системах достаточно быстро  устанавливается
  равновесное состояние.
5) Совместное использование мха и микроорганизмов  значительно  повышает
  эффективность биосорбции и улучшает  поглощение  тяжелых  металлов  из
  растворов этих металлов.



         2.3. Статистическая обработка


         2.3.1.  Расчет  статистической   ошибки   определения   сорбции
  микроорганизмов мхом

         n:=3       i:= 1..n

         X1:=0.073     X2:=0.069     X3:=0.071- объем раствора ЭДТА
    пошедшего на титрование;

         X:=0.071 – среднее значение;

         S:=0.0006

         t:=3.14

         D:=0.0015

         Z:=0.103

         2.3.2. Расчет статистической  ошибки  определения  концентрации
    металлов путем титрования

         Рассчитаем  ошибку  в  опыте  по  изучению  сорбции  меди  мхом
    (п.2.1.3) для исходной концентрации 0,1 моль/л (табл.2.1):

          n:=3      i:= 1..n

         X1:=9.85   X2:=9.86  X3:9.84 - объем раствора ЭДТА пошедшего на
    титрование;

         X:=9.85– среднее значение;
         S:=0.0007

         D:=0.002

         Z:=0.109

-----------------------

[pic]




смотреть на рефераты похожие на "Сорбционные свойства мха по отношению к микроорганизмам и тяжелым металлам "