Хром активно применяется в промышленности. В металлургии он ценится за высокую коррозионную стойкость и твердость, также полезен при выделке кож, изготовлении защитных покрытий, пигментов и многих других процессах. В различных соединениях хром может находиться в степенях окисления от II до VI, но высшая очень ядовита. В России в год образуется более 4 тонн выбросов, содержащих хром VI, что приводит к нарушению биохимических процессов в окружающей среде и несет опасность для живых организмов. С целью снижения его негативного воздействия чаще всего проводят процесс его восстановления до третьей степени. Для этого применяют не только различные химические соединения, но и культуры микроорганизмов, которые способны уменьшить токсичность путем биохимических превращений. Ученые Пермского Политеха выделили культуру бактерий, которая по сравнению с конкурентами выдерживает более высокие концентрации хрома VI и быстрее восстанавливает его до хрома III.
Статья с результатами опубликована в сборнике «Химия. Экология. Урбанистика», 2024 год. Исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Гальванические цеха машиностроительного производства, кожевенная промышленность, изготовление антикоррозийных сплавов и хромсодержащих пигментов приводят к большим выбросам, содержащим хром высокой степени окисления. Ионы хрома VI — это наиболее опасные экотоксиканты. Они способны накапливаться в живых организмах, вызывать аллергические реакции и оказывать канцерогенное действие.
Снижение степени окисления хрома до третьей значительно уменьшает токсичное воздействие металла на окружающую среду. Химические реагенты, которые обычно используются для такого восстановления, отличаются неэкологичностью, агрессивностью и дороговизной. Решить эту проблему можно биохимическим методом, а именно с помощью культуры бактерий, которая способна снизить степень окисления хрома VI в растворах.
Ученые Пермского Политеха выделили и вырастили свою культуру микроорганизмов — Red. Cr. Она способна на 96% редуцировать ионы хрома VI, то есть подвергать их обратному процессу окисления. По сравнению с аналогами, полученная культура выдерживает более высокие концентрации хрома VI (до 500 мг/дм3) и быстрее восстанавливает его до хрома III.
Из природного источника (почвы, отобранной рядом с гальваническим предприятием) политехники получили культуры бактерий, способные расти при наличии в питательной среде ионов хрома VI. Из нескольких выделенных выбрали одну, которая показала наибольшую устойчивость к токсичному действию вещества.
— Мы проверили культуру на возможность расти при высоких концентрациях ионов хрома VI. Оказалось, они способны выдерживать до 500 мг/дм3. Далее проверили бактерии на эффективность снижения степени окисления в растворах при разных условиях. Эксперименты показали, что на процесс восстановления влияют концентрации ионов хрома VI, источники углеродного питания и температура, — рассказала студентка кафедры «Химия и биотехнология» ПНИПУ Дана Завьялова.
Наивысшая степень восстановления (96%) вне зависимости от температуры достигается при концентрации ионов хрома VI 30 мг/дм3. При 50 мг/дм3 и температуре 32°С степень окисления снижается до 85%. Дальнейшее повышение температуры и концентрации вещества ослабляет действие микроорганизмов, и восстановление проходит уже хуже и медленнее.
— Сам биохимический процесс происходит в биореакторе, где выделенная нами культура бактерий Red. Cr восстанавливает ионы хрома VI с последующим образованием осадка в виде гидроксида хрома III. При использовании концентрации вещества 30 мг/дм3 длительность процесса занимает 14 суток, а при 50 мг/дм3 — 28 суток. По сравнению с некоторыми конкурентными хромвосстанавливающими культурами действие нашей происходит быстрее при равных условиях, — поделилась кандидат химических наук, доцент кафедры «Химия и биотехнология» ПНИПУ Мария Соколова.
Исследование ученых Пермского Политеха полезно предприятиям машиностроительного, кожевенного, металлургического, горнодобывающего и химического производства. Выделенная культура микроорганизмов позволит эффективно снизить негативное влияние хромосодержащих веществ на окружающую среду.
