Загрязнение окружающей среды, в частности, вызываемое тяжелыми металлами в стоках промышленных предприятий, — это серьезная проблема современности. Сегодня разрабатываются различные методы доочистки вод до предельно допустимых концентраций. Большое внимание уделяется возможностям микроорганизмов, биомасса которых обладает универсальными сорбционными свойствами. Особый интерес представляют дрожжи, способные связывать тяжелые металлы в малотоксичные соединения. Биотехнологи Пермского Политеха изучили процесс поглощения ионов цинка дрожжевыми клетками и показали возможность их использования для очистки воды. Исследование позволит создавать выгодные биосорбенты на их основе и тем самым утилизировать отходы микробиологической промышленности.
Статья с подробными результатами опубликована в журнале «Вестник ПНИПУ. Химическая технология и биотехнология», 2024 год. Исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Цинк попадает в природные воды из-за разрушения и растворения горных пород и минералов, а также со сточными водами рудообогатительных фабрик и гальванических цехов, производств пергаментной бумаги, минеральных красок, вискозного волокна и других предприятий.
— Предельно допустимая концентрация цинка в водных объектах составляет 1 мг/дм3. В настоящее время существуют разные методы очистки воды от тяжелых металлов, но чаще всего необходима доочистка воды до предельно допустимой концентрации вещества. Дрожжи используют широкий спектр механизмов детоксикации, связывая металлы посредством биосорбции и биоаккумуляции в малотоксичные соединения, — рассказывает студентка кафедры «Химия и биотехнология» ПНИПУ Екатерина Сбитнева.
Ученые Пермского Политеха изучили возможности сухой биомассы кормовых дрожжей поглощать ионы цинка как из водных растворов, так и из питательной среды. Выявили ряд зависимостей, характеризующих особенности процесса сорбции.
Политехники определили, что основное количество цинка сорбируется из среды уже в первые 20 минут контакта сорбента с раствором. Причем, глубже процесс протекает при более высоком значении кислотности (рН). Степень извлечения цинка после 3-х часов инкубирования при рН = 6,5 составила 55%, а при рН = 4,5 — 42%.
Степень поглощения металла заметно растет на каждый дополнительный грамм при увеличении массы навески на 5-10%. Максимальная степень извлечения цинка 55% из раствора объемом 100 мл соответствует 4 граммам сорбента.
— В ходе экспериментов мы установили, что сорбция ионов цинка из растворов сопровождается вымыванием катионов кальция и магния из состава биомассы дрожжей. Это свидетельствует о том, что процесс сорбции с помощью дрожжевых клеток основан на ионном обмене, — поясняет кандидат химических наук, доцент кафедры «Химия и биотехнология» ПНИПУ Лариса Пан.
Проведенные учеными Пермского Политеха исследования показали возможность использования биомассы кормовых дрожжей в качестве сорбентов для извлечения цинка из водных растворов.