Способ получения биосорбента ионов радиоактивных металлов Советский патент 1993 года по МПК B01J20/22 C12N1/14 

(Изобретение относится к биотехнологии,: а именно к способу получения биосорбентов ионов радиоактивных элементов из биомасс микромицетов - основного отхода производств экзогидролаз.

. В настоящее время способность связывать катионы из водных растворов установлена у различных систематических групп .микроорганизмов. Процесс извлечения металлов из растворов с помощью микробной биомассы получил название биосорбции.

Известен способ получения биосорбен- тов из биомасс микроорганизмов, согласно которому биомассу обрабатывают избытком 0,2fe-1,25 молярного раствора щелочи (NaOH или КОН) при 50-100°С, промывают, сущат и используют для поглощения катионов металлов. При этом по сравнению с ис- ход|ной биомассой имеет место увеличение всех видов сорбции.

Недостаток способа получения биосор- бентов из отходов микробиологических производств состоит в том, что для обработки биомасс используются химически агрессивные и токсичные вещества.

Кроме того, промышленное производство биосорбентов по описанному выше способу характеризуется значительными объемами щелочных стоков, создавая после обработки биомасс новые токсичные отходы. При этом полученные биосорбенты обладают низкой сорбционной емкостью по отношению к ионам радиоактивных элементов.

Известен способ получения биосорбента ионов радиоактивных металлов путем экстрагирования балластных веществ из биомассы продуцента экзогидролаз, отделения твердой фазы фильтрацией, промывания ее дистиллированной водой до рН 7,0,

3

ю VI

CJ 00

высушивания и измельчения, причем экстрагирование осуществляют цитрат-фосфатным буфером с рН 2,5-4.5 в течение 0,5-5 ч при 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.

Недостатком способа является недостаточно высокая сорбционная способность биосорбента.

Целью изобретения является малоотходное и экологически чистое получение биосорбентов ионов радиоактивных элементов с повышенной сорбционной способностью.

Поставленная цель достигается тем, что биомассу обрабатывают смесью, содержащей 40-80% углеводородного растворителя (гексан, гептан, пентан, экстракционный бензин) и 60-20% спирта (этанол, н-пропа- нол, изопропанол, бутанол), при 10-80°С в течение 2-6 .ч, отделенную фильтрацией твердую фазу обрабатывают избытком горячей дистиллированной воды при 60-100°С, после чего твердую фазу сушат и измельчают. ... .-- ..-.- :

Способ заключается в следующем.

Биомассу микромицетов обрабатывают смесью/содержащей 40-80% углеводородного растворителя и 60-20% спирта, при температуре 10-80°С в течение 2-6 ч, затем твердую фазу отделяют фильтрацией и обрабатывают избытком горячей дистиллированной воды при 60-100°С, после чего твердую фазу сушат/измельчают до зерен и используют как.бирсорбент.

Предлагаемый способ получения биосорбентов основан на экстрагировании из биомасс смесью неполярного и полярного растворителей как полярных соединений (белки, аминокислоты, нуклеотиды, органические кислоты), так и соединений, растворимых в неполярных средах (липиды, жирорастворимые пигменты и т.п.). Последующая обработка твердого остатка горячей водой приводит к эффективному удалению различных олиго- и полисахари- дов, ассоциированных с хитин-глюкановым комплексом в клеточных стенках мицелия. Таким образом, при обработке биомасс предлагаемым способом происходит активация различных полярных функциональных групп, обеспечивающих связывание ионов радиоактивных элементов в биосорбенте.

Сорбционную способность биосорбентов, полученных по предлагаемому способу и по прототипу, определяли по коэффициенту распределения (Ко1). Величина Kd характеризует распределение металла между твердым сорбентом и жидкой фазой и рассчитывается по формуле

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Kd

Асорб.. у Увод.

Ав.ф. Ртв.

Асорб - радиоактивность в сорбенте, Бк;

Ав ф - радиоактивность в водной фазе, Бк;

Увод - объем водной фазы, мл;

Ртв - масса твердого сорбента, г,

Значения Kd определяли для плутония- 239 (IV), европия-152 (III), цезия-137 (I),

Для этого навеску биосорбента массой 0,1 г перемешивают с 5 мл раствора радионуклида в течение 6 ч при комнатной температуре, твердую и жидкую фазы разделяют фильтрацией и в каждой из фаз количественно определяют радиоактивность на у- счетчике в стандартных условиях. Kd рассчитывают по вышеприведенной форму- ле. - .... ....... ... .

П р и м е р 1. Биомассу продуцента целлобиазы -Aspergillus japoriicus Sato 20 X B.KMF-2632D обрабатывают 5-кратным объемом смеси, содержащей 60% экстракционного бензина Калоша и 40% этано- ла, при 45°С в течение 4 ч. Твердый остаток отделяют фильтрацией и промывают горячей дистиллированной водой при 80°С. Твердый остаток сушат, измельчают и используют как биосорбент ионов радиоактивных элементов. Коэффициенты распределения (Kd) составляют по плуто- нию-239720; поевропию-152960; прцезию- 137 16,5.

П р и м е р 2, Согласно примеру 1, кроме того, что предлагаемым способом обрабатывают биомассу продуцента пектиназы Aspergillus foetidus. M-45. Kd составляют по плутонию 540; по европию 690; по цезию 8,4.

П р и м е р 3. Согласно примеру 1, кроме того, что предлагаемым способом обраба-. тывают биомассу продуцента целлобиогид- ролазы и эндоглюканазы - Trichoderma viride 13/10. Kd составляют по плутонию 50, по европию 480; по цезию 5,2.

П ри ме р4. Согласно примеру 1, кроме того, что биомассу обрабатывают смесью, содержащей 40-% гексана и 60% изопропи- лового спирта (изопропанола) при 80°С в течение 2 ч. Твердый остаток промывают дистиллированной водой при 60°С. Kd составляют по плутонию 480, по европию 820, по цезию 13,5.

П р и ме р5. Согласно примеру 1, кроме того, что биомассу обрабатывают смесью, содержащей 80% гептана и 20% н-пропиловогр спирта (ri-пропанола) при 10°С в течение 6 ч. Твердый остаток промывают дис- тил лированной водой при 100°С. Kd составляют по плутонию 560: по европию 635; по цезию 7,6.

П р и м е р 6. Согласно примеру 1, кроме того, что биомассу обрабатывают смесью, сод фжащей 20% пентана и 80% бутилового спи эта (н-бутанола) при 90°С в течение 1 ч. Твеэдый остаток промывают дистиллированной водой при 50°С. Kd составляют по плутонию 70, по европию 42, по цезию 4,6.

Пример. Согласно примеру 1. кроме Tori, что биомассу обрабатывают смесью, содержащей 90% гексана и 10% этанола при 5°С в течение 7ч. Твердый остаток промывают дистиллированной водой при 100-С. Kd соЈтавляют по плутонию 38, по европию 63, по цезию 3,8.

1П р и м е р 8 (прототип). Биомассу про- дуц|ента цёллобиазы - AspergiJlus japonlcus, обрабатывают 10-кратным объемом 1М раствора NaOH в дистиллированной воде при 75°С в течение 4 ч. Твердый остаток отделяют фильтрацией, промывают дистиллированной водой до рН водной фазы 7.0. сушат, измельчают и используют как биосорбент ионов радиоактивных элементов. Kd составляют по плутонию 45; по европию 15,7; по цезию 4,2.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет получать биосорбенты ионов радиоактивных элементов из биомасс

продуцентов экзогидролаз, являющихся отходами производств. Сорбционная способность биосорбентов, полученных по предлагаемому способу, значительно (в 3- 60 раз) превосходит сорбционную способность бирсорбентов, полученных по прототипу. Преимущества предлагаемого способа состоят также в том, что для получения биосорбентов не используются химически агрессивные щелочные растворы, а

отработанная смесь органических растворителей может быть регенерирована.

Данный способ апробирован в лаборатории исследования техники в микробиологических производствах ВНИМбиотехника.

Использование: биотехнология, а именно к получению биосорбентов. Сущность изобретения: получение биосорбентов из биомасс продуцентов экзогидролаз путем последовательной обработки твердой фазы смесью, содержащей 40-80% углеводородного растворителя и 60-20% спирта, при температуре 10-80°С в течение 2-6 ч и после отделения жидкой фазы избытком горячей дистиллированной воды при 60-100°С. Полученный твердый остаток сушат, измельчают и используют как биосорбент ионов радиоактивных элементов. Сорбци- онная способность повышается в 3-60 раз.

Фор м у ла изобретения I . :

Способ получения биосорбента ионов радиоактивных металлов, предусматривающий экстрагирование балластных веществ из эиомассы продуцента экзогидролаз, отделение твердой фазы фильтрацией, сушку и измельчение, отличающи и с я тем.

что, с целью повышения сорбционной способности биосорбента, экстрагирование балластных веществ проводят смесью, содержащей 40-80% углеводородного растворителя и 60-20% спирта, при температуре. tO-80°C в течение 2-6 ч, а отделенную фильтрацией твердую фазу обрабатывают избытком дистиллированной воды при 60-100°С.