생체 흡착

Biosorption

바이오 흡착은 특정 바이오매스에서 자연적으로 발생하는 물리화학적 과정으로, 수동적으로 오염물질을 집중시켜 세포 [1]구조에 결합시킬 수 있다.생물 흡착은 생물학적 물질이 대사 매개 또는 물리 화학적 [2]흡수 경로를 통해 폐수로부터 중금속을 축적하는 능력으로 정의될 수 있다.환경 정화에 바이오매스를 사용하는 것은 오랫동안 행해져 왔지만, 과학자들과 기술자들은 이 현상이 산업 폐수에서 독성 중금속을 제거하고 환경 정비에 도움을 줄 수 있는 경제적인 대안을 제공할 수 있기를 바라고 있다.

환경 용도

오염은 자연적으로 생물학적 시스템과 상호작용한다.그것은 현재 통제되지 않고 노출 범위 내의 생물학적 실체에 스며든다.가장 문제가 되는 오염물질은 중금속, 살충제, 그리고 작은 농도의 야생동물과 인간에게 독이 될 수 있는 다른 유기화합물들이다.기존 복구 방법이 있지만 비용이 많이 들거나 [3]효과가 없습니다.하지만, 광범위한 연구 결과, 달걀 껍질, 뼈,[4] 이탄, 곰팡이, 해초, 효모, 백가스와 당근 껍질 등 일반적으로 버려지는 다양한 폐기물이 오염된 물에서 독성 중금속 이온을 효율적으로 제거할 수 있다는 것이 밝혀졌습니다.수은과 같은 금속에서 나온 이온은 환경에서 반응하여 사람에게 독성이 있는 것으로 알려진 화합물인 메틸 수은과 같은 해로운 화합물을 형성할 수 있다.또한 바이오매스 또는 바이오소브먼트를 흡착하면 비소, 납, 카드뮴, 코발트,[7][8] 크롬, 우라늄과 같은 다른 유해 금속도 제거할 수 있습니다.

환경정화의 도구로 바이오매스를 사용한다는 생각은 아덴과 로켓이 1900년대 초부터 있어 오수가 [9][10]통기조 안에 섞였을 때 질소와 인을 회수할 수 있는 특정 종류의 살아있는 박테리아 배양물을 발견했을 때부터 있어 왔다.이 발견은 활성 슬러지 프로세스로 알려졌으며, 이는 생물학적 축적 개념을 중심으로 구조되었으며 오늘날에도 폐수 처리 공장에서 널리 사용되고 있습니다.1970년대 후반이 되어서야 과학자들은 죽은 바이오매스의 격리 특성을 발견했고, 이로 인해 연구가 생물 축적에서 생물 [7]흡착으로 전환되었다.

생물 축적과의 차이점

생물 축적과 생물 흡착은 동의어로 사용되지만 오염 물질을 격리하는 방법은 매우 다릅니다.

생체 흡착은 신진대사적으로 수동적인 과정으로 에너지가 필요하지 않으며 흡착제가 제거할 수 있는 오염물질의 양은 운동 평형과 [8]흡수제 세포 표면의 구성에 따라 달라집니다.오염 물질이 세포 구조에 흡착됩니다.

생물 축적은 살아있는 유기체의 에너지로 움직이는 활발한 대사 과정으로 호흡이 [8][11]필요하다.

생물 축적과 생물 흡착은 모든 생물에서 자연적으로 발생하지만, 살아있는 균주와 죽은 균주에 대해 수행된 대조 실험에서 크롬 이온의 생물 흡착은 살아있는 [8]세포보다 죽은 세포에서 13-20% 더 높은 것으로 확인되었다.

환경정비 측면에서는 생물흡착이 빠른 속도로 일어나 고농도를 [8]낼 수 있기 때문에 생물흡착이 생물축적보다 바람직하다.금속은 세포 표면에 결합되어 있기 때문에 생물 흡착은 가역적인 과정인 반면 생물 흡착은 부분적으로만 [8]가역적입니다.

퍼포먼스에 영향을 주는 요인

생체 흡착은 평형에 의해 결정되기 때문에 pH, 바이오매스 농도 및 다른 금속 [3]이온 간의 상호작용에 의해 크게 영향을 받는다.

예를 들어 서로 다른 균주를 사용한 펜타클로로페놀(PCP) 제거 연구에서는 pH가 낮은 pH에서 높은 pH(산성-염기성)로 변화함에 따라 제거량이 대부분 감소하였으나 한 균주는 [13]변경에 영향을 받지 않았다.pH가 낮은 수준에서 높은 수준으로 상승함에 따라 복합 흡착제를 사용한 구리, 아연 및 니켈 이온 제거에 대한 또 다른 연구에서는 흡착제가 아연 및 니켈 [14]이온보다 구리 이온 제거를 선호했습니다.그러나 흡착제의 다양성으로 인해 이는 생체 흡착에 단점이 될 수 있지만 더 많은 연구가 필요할 것입니다.

일반적인 용도

바이오 흡착이라는 용어는 비교적 새로운 용어일 수 있지만, 오랜 기간 동안 많은 애플리케이션에서 사용되어 왔습니다.생체 흡착의 매우 널리 알려진 한 가지 용도는 활성탄 필터에서 볼 수 있습니다.오염물질이 놀라울 정도로 구멍이 많고 표면적이 높은 구조에 결합하도록 함으로써 공기와 물을 여과할 수 있습니다.활성탄의 구조는 활성탄을 [15]산소로 처리한 결과로 생성됩니다.다른 종류의 탄소, 격리된 탄소는 여과 매체로 사용될 수 있다.활성탄 생성과 반대되는 기술을 사용하는 탄소 격리에 의해 만들어집니다.그것은 산소가 없는 상태에서 바이오매스를 가열하여 만들어집니다.두 필터는 화학 성분으로 인해 서로 다른 유형의 오염 물질을 생체 흡착할 수 있습니다. 하나는 산소를 주입하고 다른 하나는 사용하지 않습니다.

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그림 1바이오 흡착제를 사용한 흡착 컬럼.

업계에서는

많은 산업용 폐수에는 제거되어야 하는 독성 금속이 포함되어 있습니다.바이오 흡착 기술을 사용하여 제거할 수 있습니다.바이오 [16]흡착제보다 10배 비싼 인공 이온 교환 수지를 사용하는 것에 대한 대안이다.사용되는 바이오소브 성분은 종종 양식장에서 나오는 폐기물이거나 해초나 다른 수확되지 않은 바이오매스처럼 재생이 매우 쉽기 때문에 비용이 훨씬 적게 든다.

근면한 생체 흡착은 그림 1과 같이 흡착 컬럼을 사용하여 이루어지는 경우가 많다. 중금속 이온을 포함한 유출액은 위에서부터 컬럼으로 공급된다.바이오 흡착제는 오염 물질을 흡착하고 이온이 없는 유출물이 바닥의 기둥을 빠져나오게 합니다.공정을 반대로 하여 고농축 금속 오염물질 용액을 수집할 수 있습니다.그런 다음 바이오소브먼트를 재사용하거나 폐기 및 교체할 수 있습니다.

레퍼런스

  1. ^ Volesky, Bohumil (1990). Biosorption of Heavy Metals. Florida: CRC Press. ISBN 978-0849349171.
  2. ^ Fouladi Fard, Reza.; Azimi, A.A.; Nabi Bidhendi, G.R. (April 2011). "Batch kinetics and isotherms for biosorption of cadmium onto biosolids". Desalination and Water Treatment. 28 (1–3): 69–74. doi:10.5004/dwt.2011.2203.
  3. ^ a b Ahalya, N.; Ramachandra, T.V.; Kanamadi, R.D. (December 2003). "Biosorption of Heavy Metals". Research Journal of Chemistry and Environment. 7 (4). Archived from the original on 2013-02-21. Retrieved 2013-01-09.
  4. ^ Schildmeyer, A.; Wolcott, M.; Bender, D. (2009). "Investigation of the Temperature-Dependent Mechanical Behavior of a Polypropylene-Pine Composite". J. Mater. Civ. Eng. 21 (9): 460–6. doi:10.1061/(ASCE)0899-1561(2009)21:9(460).
  5. ^ Tewari, N.; Vasudevan, P. (July 2020). "Profile of parameters affecting adsorption of Hexavalent Chromium on low-cost adsorbent- The raw baggase". American Journal of Environmental Biology. 1: 34–49. doi:10.47610/ajeb-2020-a1v4. S2CID 241146463.
  6. ^ Bhatti, Haq N.; Nasir, Abdul W.; Hanif, Muhammad A. (April 2010). "Efficacy of Daucus carota L. waste biomass for the removal of chromium from aqueous solutions". Desalination. 253 (1–3): 78–87. doi:10.1016/j.desal.2009.11.029.
  7. ^ a b Lesmana, Sisca O.; Febriana, Novie; Soetaredjo, Felycia E.; Sunarso, Jaka; Ismadji, Suryadi (April 2009). "Studies on potential applications of biomass for the separation of heavy metals from water and wastewater". Biochemical Engineering Journal. 44 (1): 19–41. doi:10.1016/j.bej.2008.12.009.
  8. ^ a b c d e f Velásquez L, Dussan J (August 2009). "Biosorption and bioaccumulation of heavy metals on dead and living biomass of Bacillus sphaericus". J. Hazard. Mater. 167 (1–3): 713–6. doi:10.1016/j.jhazmat.2009.01.044. PMID 19201532.
  9. ^ Sawyer, Clair N. (February 1965). "Milestones in the Development of the Activated Sludge Process". Journal of the Water Pollution Control Federation. 37 (2): 151–162. JSTOR 25035231.
  10. ^ Alleman, James E.; Prakasam, T.B.S. (May 1983). "Reflections on Seven Decades of Activated Sludge History". Journal of the Water Pollution Control Federation. 55 (5): 436–443. JSTOR 25041901.
  11. ^ Vijayaraghavan K, Yun YS (2008). "Bacterial biosorbents and biosorption". Biotechnol. Adv. 26 (3): 266–91. doi:10.1016/j.biotechadv.2008.02.002. PMID 18353595.
  12. ^ Chojnacka K (April 2010). "Biosorption and bioaccumulation—the prospects for practical applications". Environ Int. 36 (3): 299–307. doi:10.1016/j.envint.2009.12.001. PMID 20051290.
  13. ^ Mathialagan T, Viraraghavan T (January 2009). "Biosorption of pentachlorophenol from aqueous solutions by a fungal biomass". Bioresour. Technol. 100 (2): 549–58. doi:10.1016/j.biortech.2008.06.054. PMID 18722113.
  14. ^ Bayramoğlu G, Yakup Arica M (January 2009). "Construction a hybrid biosorbent using Scenedesmus quadricauda and Ca-alginate for biosorption of Cu(II), Zn(II) and Ni(II): kinetics and equilibrium studies". Bioresour. Technol. 100 (1): 186–93. doi:10.1016/j.biortech.2008.05.050. PMID 18632265.
  15. ^ "What is activated charcoal and why is it used in filters?". How Stuff Works. April 2000. Retrieved 2010-03-02.
  16. ^ "What is Biosorption". BV SORBEX, Inc. Retrieved 2010-03-02.