Biyosorpsiyon - Biosorption

Biyosorpsiyon , belirli biyokütlede doğal olarak meydana gelen ve kirleticileri hücresel yapısına pasif olarak konsantre etmesine ve bağlamasına izin veren fizyokimyasal bir süreçtir . Biyosorpsiyon, biyolojik materyallerin, metabolik olarak aracılık edilen veya fiziko-kimyasal alım yolları yoluyla atık sudan ağır metalleri biriktirme yeteneği olarak tanımlanabilir. Biyokütlenin çevre temizliğinde kullanılması bir süredir uygulamada olmasına rağmen, bilim adamları ve mühendisler bu olgunun endüstriyel atık sulardan toksik ağır metalleri uzaklaştırmak ve çevresel iyileştirmeye yardımcı olmak için ekonomik bir alternatif sunacağını umuyorlar .

Çevresel kullanımlar

Kirlilik biyolojik sistemlerle doğal olarak etkileşime girer. Şu anda kontrolsüzdür ve maruz kalma aralığındaki herhangi bir biyolojik varlığa sızmaktadır. En sorunlu kirleticiler arasında ağır metaller, pestisitler ve küçük konsantrasyonlarda yaban hayatı ve insanlar için toksik olabilen diğer organik bileşikler bulunur. İyileştirme için mevcut yöntemler vardır, ancak bunlar pahalı veya etkisizdir. Bununla birlikte, yoğun bir araştırma vücut yumurta kabukları, kemikler, turba, mantar, yosun, maya, baggase ve havuç soyucular dahil olmak üzere genel olarak atılan atık çok çeşitli etkin bir zehirli ağır çıkarabileceğini bulmuştur metal iyonlarını gelen kirli su . Cıva gibi metallerden gelen iyonlar, insanlarda toksik olduğu bilinen bir bileşik olan metilcıva gibi zararlı bileşikler oluşturmak için çevrede reaksiyona girebilir . Ek olarak, biyokütle veya biyosorbentleri adsorbe etmek, arsenik , kurşun , kadmiyum , kobalt , krom ve uranyum gibi diğer zararlı metalleri de çıkarabilir . Biyosorpsiyon, çevre dostu bir filtreleme tekniği olarak kullanılabilir. Kitosan , olumsuz çevresel etkiler olmaksızın ağır metallerin uzaklaştırılması için kullanılan biyolojik adsorbanlar arasındadır.

Biyokütleyi çevre temizliğinde bir araç olarak kullanma fikri, Arden ve Lockett'in belirli türdeki canlı bakteri kültürlerinin bir havalandırma tankında karıştırıldığında ham kanalizasyondan nitrojen ve fosfor geri kazanabildiğini keşfettiği 1900'lerin başlarından beri var. Bu keşif, biyobirikim kavramı etrafında yapılandırılan ve günümüzde hala atıksu arıtma tesislerinde yaygın olarak kullanılan aktif çamur prosesi olarak bilinir hale geldi. Bilim adamlarının ölü biyokütledeki ayırma özelliğini fark ettikleri 1970'lerin sonlarına kadar değildi, bu da araştırmalarda biyoakümülasyondan biyosorpsiyona bir kaymaya neden oldu.

Biyolojik birikimden farklılıklar

Gerçi biyolojik birikim ve biyosorpsiyon eşanlamlı olarak kullanılır, bunlar kirletici tecrit nasıl çok farklıdır:

Biyosorpsiyon metabolik olarak pasif bir süreçtir, yani enerji gerektirmez ve bir sorbentin kaldırabileceği kirleticilerin miktarı kinetik dengeye ve sorbentlerin hücresel yüzeyinin bileşimine bağlıdır. Kirleticiler hücresel yapı üzerine emilir.

Biyoakümülasyon , canlı bir organizmadan gelen enerji tarafından yönlendirilen aktif bir metabolik süreçtir ve solunum gerektirir.

Hem biyobirikim hem de biyosorpsiyon tüm canlı organizmalarda doğal olarak meydana gelir, ancak canlı ve ölü bacillus sphaericus suşları üzerinde yürütülen kontrollü bir deneyde , krom iyonlarının biyosorpsiyonunun ölü hücrelerde canlı hücrelere göre %13-20 daha yüksek olduğu bulundu.

Çevresel iyileştirme açısından, biyosorpsiyon, biyoakümülasyona tercih edilir çünkü daha hızlı gerçekleşir ve daha yüksek konsantrasyonlar üretebilir. Metaller hücresel yüzeye bağlı olduğundan, biyosorpsiyon tersine çevrilebilir bir süreçken, biyobirikim sadece kısmen tersine çevrilebilir.

Performansı etkileyen faktörler

Biyosorpsiyon denge tarafından belirlendiğinden, büyük ölçüde pH , biyokütle konsantrasyonu ve farklı metalik iyonlar arasındaki etkileşimden etkilenir .

Örneğin, farklı mantar biyokütlesi suşları kullanılarak pentaklorofenolün (PCP) uzaklaştırılması üzerine bir çalışmada , pH düşük pH'tan yüksek pH'a (asidik ila bazik) değiştiğinden, uzaklaştırma miktarı suşların çoğu tarafından azalmıştır, ancak bir değişimden etkilenmemiştir. Bir kompozit sorbent kullanılarak bakır, çinko ve nikel iyonlarının uzaklaştırılması üzerine yapılan bir başka çalışmada, sorbent, sorbent, çinko ve nikel iyonları yerine bakır iyonlarının uzaklaştırılmasını tercih etmiştir. Sorbentteki değişkenlik nedeniyle bu, biyosorpsiyon için bir dezavantaj olabilir, ancak daha fazla araştırma gerekli olacaktır.

Yaygın kullanımlar

Biyosorpsiyon terimi nispeten yeni olsa da, birçok uygulamada uzun süredir kullanılmaktadır. Biyosorpsiyonun çok yaygın olarak bilinen bir kullanımı aktif karbon filtrelerinde görülmektedir. Kirletici maddelerin inanılmaz derecede gözenekli ve yüksek yüzey alanlı yapılarına bağlanmasına izin vererek havayı ve suyu filtreleyebilirler. Aktif karbonun yapısı, odun kömürünün oksijen ile işlenmesi sonucu oluşur. Bir başka karbon türü, sekestre edilmiş karbon, bir süzme ortamı olarak kullanılabilir. Aktif karbon oluşturmak için zıt tekniği kullanan karbon sekestrasyonu ile yapılır . Oksijen yokluğunda biyokütlenin ısıtılmasıyla yapılır. İki filtre, kimyasal bileşimlerinden dolayı farklı kirletici türlerinin biyosorpsiyonuna izin verir - biri infüze edilmiş oksijenli, diğeri içermeyen.

Şekil 1. Biyosorbentleri Kullanan Bir Sorpsiyon Sütunu alt metni
Şekil 1 . Biyosorbentler Kullanan Bir Sorpsiyon Kolonu.

Endüstride

Birçok endüstriyel atık, çıkarılması gereken toksik metaller içerir. Kaldırma, biyosorpsiyon teknikleri ile gerçekleştirilebilir. Biyosorbentlerden on kat daha pahalı olan insan yapımı iyon değiştirici reçinelerin kullanılmasına bir alternatiftir . Maliyet çok daha düşüktür, çünkü kullanılan biyosorbentler genellikle çiftliklerden gelen atıklardır veya deniz yosunu ve diğer hasat edilmemiş biyokütlede olduğu gibi, yeniden üretilmesi çok kolaydır.

Çalışkan biyosorpsiyon genellikle Şekil l' de görüldüğü gibi sorpsiyon kolonları kullanılarak yapılır . Ağır metal iyonları içeren atık su, üstten bir kolona beslenir. Biyosorbentler kirletici maddeleri emer ve iyonsuz atık suyun alttaki kolondan çıkmasına izin verir. İşlem, son derece konsantre bir metal kirletici çözeltisi toplamak için tersine çevrilebilir. Biyosorbentler daha sonra yeniden kullanılabilir veya atılabilir ve değiştirilebilir.

Referanslar