Способ получения биосорбента ионов радиоактивных веществ Советский патент 1992 года по МПК B01J20/22 C01F11/00 

Изобретение относится к биотехнологии, в частности к способу получения биосорбента ионов радиоактивных металлов из биомасс микромицетов - основного отхода производства экзогидролаз.

Известен способ получения биосорбентов радиоактивных элементов путем обработки биомасс микелиальных грибов - продуцентов антибиотиков мочевино-фор- мальдегидным поликонденсатом.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения биосорбентов из биомасс микроорганизмов, согласно которому биомассу обрабатывают избытком 0,25-1,25 М раствора щелочи (NaOH или КОН) при 50-100°С, промывают, сушат и используют для поглощения катионов металлов. При этом по сравнению с исходной биомассой имеет место увеличение всех видов сорбции.

Недостаток существующих способов получения биосорбентов из отходов микробиологических производств состоит в том, что для обработки биомасс микроорганизмов используются химически агрессивные, ядовитые и канцерогенные вещества. Кроме того, производство биосорбентов имеет значительные объемы не- утилизируемых щелочных стоков, создавая после обработки биомассы новые токсичные отходы, что с экологической точки зрения представляет большую опасность для окружающей среды. При этом полученные биосорбенты обладают низкой

VI со со со ю XI

сорбционной емкостью по отношению к ионам радиоактивных металлов.

Целью изобретения является повышение сорбционной способности и обеспечение экологической чистоты процесса. Использование цитрат-фосфатных буферов исключает образование токсических стоков и обеспечивает экологическую чистоту процесса получения биосорбентов.

Сущность изобретения заключается в том, что биомасу мицелиальных грибов рода Aspergilius или рода Trichoderma обрабатывают 2-6-кратным объемом цитрат-фосфатного буфера с рН 2,5-4,5 в течение 0,5-5 ч при 5-45°С, затем твердый остаток отделяют фильтрацией и обрабатывают 2-6- кратным объемом цитрат-фосфатного буфера с рН 4,5-6,5 в течение 0,5-5 ч при 5-45°С. Отделенный фильтрацией твердый остаток обрабатывают 6-10-кратным объемом горячей дистиллированной воды при 60-100°С до рН 7,0 в водной фазе. Твердый остаток сушат, измельчают до зерен и используют как биосорбент.

Сорбционную способность биосорбентов, полученных предлагаемым способом, определяют по коэффициенту распределения (Kd). Величина Kd характеризует распределение радиоактивного металла между твердым сорбентом и жидкой фазой и рассчитывается по формуле

Kd V,

вод

ТВгде Асорб - радиоактивность в сорбенте, Бк;

Ав.ф - радиоактивность в водной фазе, Бк;

VBOA - объем водной фазы, мл;

Ртв - масса твердого сорбента, г.

Значение Kd определяют для европия- 152, плутония-239, америция-241 и строн- ция-85. Для стабильных изотопов стронция и европия определяют значения сорбционной емкости. Результаты, приведенные в табл.1 показывают, что сорбционная способность увеличивается в 4-6 раз.

Способ получения биосорбентов основан на ступенчатом удалении из биомасс водорастворимых компонентов при различных рН и температурах. Ступенчатый градиент рН приводит к наиболее полному удалению из биомасс белков, аминокислот, низкомолекулярных органических кислот, связанных с активными центрами сорбции ионов металлов водородными и ионными связями. Обработка горячей водой приводит к эффективному удалению из биомасс моно-, ди-, олиго-полисахаридов, ассоциированных с хитин-глюкановым комплексом в клеточной стенке мицелия. Таким образом, при обработке биомасс достигается активация фосфодиэфирных, фосфатных,

карбоксильных и аминных групп в центрах сорбции ионов металлов и радиоактивных элементов.

Пример 1. Биомассу продуцента - Aspergilius heteromorphus Batista et Maia

0 BKMF-3010D обрабатывают 4-кратным объемом цитрат-фосфатного буфера с рН 3,5 в течение 3 ч при 25°С. Твердый остаток отделяют фильтрацией и обрабатывают 4-кратным объемом цитрат-фосфатного буфера с

5 рН 5,5 в течение 3 ч при 25°С. Твердый остаток отделяют фильтрацией и промывают горячей дистиллированной водой при 80°С до рН водной фазы 7,0. Твердый остаток сушат, измельчают и используют как би0 осорбент ионов радиоактивных элементов. Пример 2. Согласно примеру 1 предлагаемым способом обрабатывают биомассу продуцента пектиназы - Aspergilius foetiolus M-45.

5 В табл.1 приведены показатели сорбции биосорбентов, полученных предлагаемым и известным способами.

Пример 3. Согласно примеру 1, предлагаемым способом обрабатывают би0 омассу продуцента целлобиогидролазы и эндоглюканазы Trichoderma Viride 13/10.

Пример 4. Согласно примеру 1 на первой стадии биомассу обрабатывают цитрат- фосфатным буфером с рН 2,5 в течение 0,5 ч

5 при , на второй стадии твердый остаток обрабатывают цитрат-фосфатным буфером с рН 4,5 в течение 0,5 ч при 45°С. Температура горячей воды 60°С.

Пример 5. Согласно примеру 1 на

0 первой стадии биомассу обрабатывают цитрат-фосфатным буфером с рН 4,5 в течение

5ч при 5°С, на второй стадии твердый остаток обрабатывают цитрат-фосфатным буфером с рН 6,5 в течение 5 ч при 5°С.

5 Температура горячей воды составляет 100°С.

Пример 6. Согласно примеру 1 на первой стадии биомассу обрабатывают цитрат-фосфатным буфером с рН 2,0 в течение

0 0,4 ч при 50°С, на второй стадии твердый

остаток обрабатывают цитрат-фосфатным

буфером с рН 4,0 в течение 0,4 ч при 50°С.

Температура горячей воды составляет 50°С.

Пример 7. Согласно примеру 1 на

5 первой стадии биомассу обрабатывают цитрат-фосфатным буфером с рН 5,0 в течение

6ч при 4°С, на второй стадии твердый остаток обрабатывают цитрат-фосфатным буфером с рН 7,0 в течение 6 ч при 4°С. Температура горячей воды - 100°С.

Пример 8 (известный способ). Биомассу продуцента целлобиазы - Aspergillus heteromorphus обрабатывают 10-кратным объемом 1 М раствора NaOH в дистиллированной воде при 75°С в течение 3 ч. Твердый остаток отделяют фильтрацией, промывают дистиллированной водой до рН водной фазы 7,0, сушат, измельчают и используют как биосорбент ионов металлов.

Пример 9. Определение извлекающей способности биосорбентов. Оценку эффективности извлечения ионов металлов биосорбентами проводят по стандартной методике на насадочных колонках. Стеклянные колонки (20 мм диаметр, 20 см длина) заполняют гранулированными биосорбентами. Растворы, содержащие растворенные соли металлов, подают на колонку восходящим потоком со скоростью 10 мл/мин.

В табл.2 приведены результаты колоночных испытаний по извлечению ионов европия из растворов хлорида европия (III) при рН 3,0.

В табл.3 приведены результаты колоночных испытаний по извлечению ионов стронция из растворов нитрата стронция (III) при рН 3,5.

Формул а изобретени я

Способ получения биосорбента ионов радиоактивных металлов, включающих экстрагирование балластных веществ из биомассы продуцента экзогидролаз, отделение

твердой фазы фильтрацией, промывание ее дистиллированной водой до рН 7,0, высушивание и измельчение, отличающийся тем, что, с целью повышения сорбционной способности и обеспечения экологической

чистоты процесса, экстрагирование осуществляют цитрат-фосфатным буфером с рН 2,5-4,5 в течение 0,5-5 ч при температуре 5-45°С, отделяют твердую фазу, повторно экстрагируют ее цитрат-фосфатным буфером с рН 4,5-6,5 в том же режиме и после отделения твердой фазы промывку ведут дистиллированной водой с температурой 60- 100°С.

Таблица

Таблица 2

Таблица 3