Un romanzo bio efficace

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 9168 (2023) Citare questo articolo

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Nel presente articolo, per la prima volta la capacità della biosilice porosa ha avuto origine da tre ceppi di diatomee marine di 'Nanofrustulum spp.' cioè. N. wachnickianum (SZCZCH193), N. shiloi (SZCZM1342), N. cfr. shiloi (SZCZP1809), per eliminare il MB dalle soluzioni acquose. La biomassa più elevata è stata ottenuta con arricchimento di silicati per N. wachnickianum e N. shiloi (rispettivamente 0,98 g L−1 DW e 0,93 g L−1 DW) e sotto 15 ° C per N. cf. shiloi (2,2 g L−1 DW). Gli scheletri silicei dei ceppi sono stati purificati con perossido di idrogeno e caratterizzati mediante SEM, EDS, adsorbimento/desorbimento di N2, XRD, TGA e ATR-FTIR. La biosilice porosa (20 mg DW) ottenuta dai ceppi cioè SZCZCH193, SZCZM1342, SZCZP1809, ha mostrato un'efficienza del 77,6%, 96,8% e 98,1% della rimozione di 14 mg L-1 MB a pH 7 per 180 minuti e il massimo assorbimento la capacità è stata calcolata rispettivamente come 8,39, 19,02 e 15,17 mg g−1. Inoltre, è stato possibile aumentare l'efficienza di rimozione del MB in condizioni alcaline (pH = 11) fino al 99,08% per SZCZP1809 dopo 120 minuti. La modellazione ha rivelato che l'adsorbimento di MB segue i modelli di pseudo-primo ordine, diffusione dei pori di Bangham e isoterma di Sips.

Le diatomee (Bacillariophyta), che rappresentano un gruppo importante di microrganismi fotosintetici, sono microalghe eucariotiche unicellulari che vivono all'interno di pareti cellulari composte da biosilice porosa strutturata in 3D (SiO2). Svolgono un ruolo essenziale nei cicli globali del carbonio e del silicio nell'oceano e la loro attività fotosintetica rappresenta quasi un quinto della produttività primaria della Terra1,2. Le diatomee attirano sempre più attenzione nelle scienze applicate grazie al loro potenziale per la produzione di una varietà di composti bioattivi e prodotti di chimica fine per applicazioni industriali: la fucoxantina è nota per il suo effetto antiossidante e può essere utilizzata in prodotti farmaceutici e cosmetici3; gli acidi grassi insaturi sono stati utilizzati come integratori alimentari4; i triacilgliceroli (TAG) forniscono una materia prima di carbonio per la conversione in biocarburanti5. L'architettura porosa naturale dei frustoli di diatomee ha attirato l'attenzione nel campo della somministrazione di farmaci6, del biosensing7 e del recupero dei metalli8. Le diatomee hanno un enorme potenziale biotecnologico per i processi di bioraffineria9, pertanto la loro biomassa potrebbe essere utilizzata nella produzione di vari composti in modo economicamente vantaggioso.

L'uso diffuso di vari inquinanti organici, ad esempio farmaci10, antibiotici11, fenoli12 e coloranti13, nell'industria ha provocato il problema dell'inquinamento delle acque. Vengono immagazzinati come rifiuti industriali e poi scaricati nei corpi idrici ambientali, trasformando l'acqua pulita incolore in rifiuti colorati contaminati. I coloranti basici idrosolubili sono comunemente usati nella colorazione di carta, poliestere, seta, cotone e lana14. Questa contaminazione è altamente tossica e potrebbe avere effetti negativi sugli esseri umani, causando problemi respiratori, danni agli occhi e metaemoglobinemia15,16,17. Il blu di metilene (MB) è noto come colorante modello utilizzato per valutare la capacità di rimozione di diversi materiali e indicatore della natura mesoporosa degli adsorbenti18.

Attualmente sono stati condotti numerosi studi per trovare un metodo efficiente per la rimozione del colorante verde, in modo che il colorante presente nelle acque reflue possa essere recuperato. Uno dei metodi di degradazione più promettenti è l’adsorbimento, che dà risultati migliori, potrebbe essere utilizzato per diversi tipi di coloranti, non richiede apparecchiature altamente sofisticate, è insensibile ai co-inquinanti tossici nelle acque reflue e non produce sostanze tossiche19. Il carbone attivo, l'adsorbente naturale più comunemente applicato, è stato utilizzato in numerosi studi e ha mostrato un'elevata capacità di adsorbimento nella rimozione del MB, sebbene l'alto costo e il difficile processo di rigenerazione abbiano portato a un'ulteriore ricerca per trovare adsorbenti a basso costo e altamente efficaci20. Come agenti di adsorbimento sono stati proposti molti adsorbenti non convenzionali, soprattutto quelli basati su prodotti naturali. Sono state dimostrate elevate capacità di assorbimento per i bioassorbenti (biomassa morta e viva di batteri21, alghe22, funghi23, piante24 e rifiuti agricoli25), zeoliti26 e diatomite27. Per quanto ne sappiamo, sono stati condotti solo pochi studi con biosilice diatomacea pura estratta da Punnularia sp.28 e Cyclotella sp.29, con una maggiore attenzione alla silice diatomacea drogata con metalli30,31, terra di diatomee27,32 e sintetizzata chimicamente silice mesoporosa33,34. Sebbene la silice sintetizzata chimicamente dimostri un'elevata efficienza di adsorbimento, alcune ricerche hanno suggerito che questo materiale può mostrare citotossicità35,36, mentre la biosilice originata dalle diatomee è risultata essere un materiale non citotossico37, quindi potrebbe essere utilizzata in modo non dannoso. Nel presente studio, la biosilice porosa proveniente da tre diversi ceppi di diatomee marine del genere Nanofrustulum Round, Hallsteinsen & Paasche coltivati ​​nella Szczecin Diatom Culture Collection (SZCZ), Università di Stettino, Istituto di scienze marine e ambientali, Polonia, è stata per il caratterizzato e identificato per la prima volta come adsorbente MB altamente efficace ed economico.