INSTITUTUL DE CHIMIE AL ACADEMIEI DE TIINE A MOLDOVEI

INSTITUTUL UNIFICAT DE CERCETRI NUCLEARE, DUBNA, RUSIA

Cu titlul de manuscript:

C.Z.U: 504.45.06(043.20 +

+ 579.22:546.3(043.2)

ZINICOVSCAIA INGA

STUDIUL INTERACIUNII METALELOR (Hg, r, Zn, Ag, Au)

CU ARTHROBACTER GENERA I SPIRULINA PLATENSIS

11.00.11. Protecia mediului ambiant i folosirea raional a resurselor naturale

Autoreferatul tezei de doctor n chimie

CHIINU, 2013

2

3

REPERE CONCEPTUALE ALE CERCETRII

Actualitatea temei

In condiiile progresului tehnico-tiinific i a creterii continuie a produciei industriale,

protecia mediului ambiant a devenit una din principalele probleme ale contemporaneitii [1].

Impactul activitilor umane asupra calitii mediuluii s-a intensificat de-a lungul ultimelor

decenii datorit creterii numrului populaiei i exploatrii extensive a resurselor naturale

contribuind la schimbarea compoziiei chimice a mediului i nrutirea mediul de trai al

organismelor vii.

Dintre toate mediile de abitare apa este cel mai puternic supus influenei omului, ea fiind

un collector a poluanilor din sol i atmosfer [1].

Conform datelor Biroului Naional de Statistic al Republicii Moldova n anul 2011 circa

680 millione m3 de ape uzate au fost evacuate in bazinile riurilor [2]. In apele uzate ale activitilor

industriale dup utilizare rmne o cantitate mare de substane strine apelor naturale. Metodele de

tratare a apelor reziduale, cu scopul eliminrii poluanilor, snt costisitoare i nu fac fa volumelor

n cretere i compoziiei chimice complexe. Dup tratare aceste ape sunt deversate n cursurile de

ap de suprafa, ceea ce duce la modificarea calitii i la apariia fenomenului de poluare.

Unii din cei mai pereculoi poluani a mediului sunt metalele grele, datorit persistenei lor

n mediul ambiant i acumulrii n lanul alimentar. Poluarea cu metalele grele nduce modificri

considerabile att n componena hidrochimic a apelor, ct i n structura i compoziia

hidrobiontilor

Cercetrile tiinifice din domeniul proteciei mediului sunt ndreptate spre micorarea

urmrilor negative posibile ale diferitelor activiti i spre elaborarea unor metode efective de

purificare a obiectelor de mediu [1]. Pentru ndeprtarea metalelor din mediu se folosesc diferite

procese fizice i chimice ca: precipitarea, oxidarea, schimb ionic, sorbia, etc.

Sorbia pare a fi cel mai comun mecanism de ndeprtare a metalelor din mediul ambiant. In

calitate de sorbeni se folosesc diferite minerale naturale, oxizi metalici activai. Cel mai frevent

utilizat sorbent este carbunele activ, dar utilizarea carbunelui activ are cteva dezavantage printre

care: costul nalt al procesului de obinere i regenerare, necesitatea modificrii suprafeei, durata

procesului de sorbie.

n cutarea remediilor tehnologice ale depolurii mediului importante perspective ofer

procesele biologice, ele se consider prietenoase mediului. Microorganismele, de regul se gsesc

intr-un echilibru dinamic cu mediul ambiant. Schimbarea compoziiei chimice a mediului duce la

schimbarea compoziiei chimice ale celulelor microbiene.

Datorit omniprezenii lor in mediu, dimensiunilor mici, vitezei nalte de multiplicare,

microorganismele, pot fi cu succes utilizate pentru ndeprtarea metalelor grele prin mecanisme de

4

biosorbie, bioacumulare sau biotransformare (oxidarea enzimatic a metalelor sau reducerea lor la

forme mai puin toxice) contribuind astfel la purificarea mediului acvatic.

In ultimii ani un mare interes reprezint recuperarea metalelor preioase din apele uzate,

care se obin n urma procesul de extragere a metalelor din minereuri. Pe lnga faptul c

microorganismele recupereaz metalele preioase, ele se folosesc ca posibile bionanouzine n

dezvoltarea unor metode curate, netoxice de producere intra- sau extra-celular a nanoparticulelor

metalice.

Descrierea situaiei n domeniul de cercetare i identificarea problemelor de cercetare

Tehnologiile microbiene sunt cu succes aplicate pentru rezolvarea unei serii de probleme de

mediu. Cercetrile n acest domeniu au ca scop dezvoltarea i aprofundarea cunotinelor despre

utilizarea microorganismelor n protecia mediului ambiant, tratarea apelor uzate de provenien

urban i industrial, remedierea solului, obinerea de noi materiale. Aceasta cere rezolvarea

urmatoarelor probleme: identificarea microorganismelor rezistente la concentraii mari de metale

grele n obiectele mediului ambiant, studiul interaciunii sinergice i antagoniste a metalelor,

acumularea simultan a dou sau mai multe elemente chimice de ctre microorganisme,

determinarea condiiilor optime de producere a nanoparticulelor de metale, aplicarea

nanoparticulelor obinute n industrie i medicin

Scopul i obiectivele lucrrii

Scopul acestei lucrri este studiul interaciunii metalelor: Hg, Cr, Zn, Ag si Au cu

Arthrobacter genera i Spirulina platensis pentru dezvoltarea:

- metodelor de remediere a mediului ambiant

- unui procedeu inovator de producere de noi materiale destinate utilizrii n scopuri

medicale i industriale.

Pentru realizarea scopului au fost specificate urmtoarele obiective:

- investigarea experimental a abilitii bacteriilor de gen Arthrobacter i a microalgei

Spirulina platensis de a acumula ionii metalelor toxice din soluii;

- stabilirea relaiei dintre concentraia metalului n soluie i n biomas;

- determinarea coninutul metalului n biomas n funcie de timp;

- evaluarea caracterului adsorbiei utiliznd diferite modele ale isotermelor de adsorbie;

- stabilirea capacitaii de recuperare a ionilor de argint i de aur i de producere a

nanoparticulor de ctre bacteriile Streptomyces glaucus 71MD, Arthrobacter globiformis 151B,

Arthrobacter oxydants 61B i microalga Spirulina platensis;

- dezvoltarea protocolului producerei nanoparticulelor de argint si de aur;

- caracterizarea nanoparticulelor obinute prin diferite tehnici de nalt precizie;

- determinarea concentraiei Hg, Cr, Zn, Ag i Au n biomasa microbian i compoziiei

elementale a biomasei microbiene.

5

Metodologia cercetrii tiinifice

Drept baz teoretico-tiinific pentru prezenta lucrare au servit rezultatele cercetrilor

publicate n urmatoarele lucrri:

1. Duca Gh. Ecological Chemistry. Chiinu: CE USM, 2002, 289p.;

2. Frontasyeva M. V. Neutron Activation Analysis in the Life Sciences. A review. Physics of

Particles and Nuclei, 2011, Vol. 42, No. 2, pp. 332-378;

3. Hughes M. N., Poole R. L. Metals and microorganisms. New York: Chapman and Hall Ltd,

1989, 412p.;

4. Springer handbook of nanotechnology. B. Bhushan (Ed.). Springer-Verlag Berlin Heidelberg,

2010, 1964p.

Noutatea i originalitatea tiinific

- a fost propus schema complex de recuperare a ionilor de argint i aur de ctre tulpini noi

de Arthrobacter genera i microalga Spirulina platensis;

- a fost studiat acumularea simultan a ionilor de mercur i crom de ctre bacteria

Arthrobacter globiformis 151B;

- pentru prima data n Republica Moldova s-a studiat procesul de ndeprtare a ionilor de

metale de ctre microorganisme din apele industriale;

- pentru prima data analiza prin activare cu neutron ca cea mai avansat metod

multielemental a fost aplicat pentru a determina compoziia elemental a biomasei microbiene,

care conine nanoparticule de argint i aur.

Semnificaia teoretic

A fost stabilit influena metalelor toxice asupra redistribuiei elementelor matrice i n urm

n celulele microbiene. Datele NAA au relevat c unul din mecanismele de interaciune a metalelor

cu microorganismele este mecanismul de schimb ionic. Au fost stabilite condiiile optime (timpul

de incubare i concentraia reagentilor chimici) de formare a nanoparticulelor.

Valoarea aplicativ a lucrrii

Microorganismele pot fi eficient aplicate pentru ndeprtarea metalelor toxice, cnd tehnicile

convenionale sunt mai costisitoare. A fost demonstrat experimental capacitatea microorganismelor

de a ndeprta ionii de zinc din apele uzate. Aceste rezultate pot fi folosite pentru elaborarea unei

metode de ndeprtare a metalelor din apele uzate ale ntreprinderilor din Republica Moldova. A

fost propus schema utilizrii complexe a tulpinelor noi de actinomicete i a microalgei Spirulina

platensis pentru recuperarea ionilor de argint i de aur i producerea extracellular a

nanoparticulelor.

Problema tiinific soluionat

S-a demonstrat c microalga Spirulina platensis poate fi folosit pentru ndeprtarea ionilor

de zinc din apele uzate.

6

Rezultatele tiinifice principale naintate spre susinere:

1. ndeprtarea ionilor de mercur, crom i zinc din sisteme model folosind bacterii din genul

Arthoracter i microalga Spirulina platensis;

2. ndeprtarea ionilor de zinc din apele uzate folosind microalga Spirulina platensis;

3. Recuperare ionilor de argint i aur din soluii apoase i producerea nanopartuculelor de ctre

actinomicete i microalga Spirulina platensis.

Aprobarea rezultatelor tiinifice

Rezultatele tiinifice expuse n lucrare au fost prezentate i discutate n cadrul urmtoarelor

ntruniri tiinifice internaionale i naionale de specialitate: Fundamental Interactions & Neutrons,

Nuclear Structure, Ultracold Neutrons, Related Topics, Alushta ( 2012); Structural aspects of

biocompatible ferrocolloids: stabilization, properties control and application, Dubna, (2011);

Nanomaterials: Applications and Properties, Alushta, (2011, 2012); Ecological chemistry, Chiinu

(2012); Eco-Impuls 2012 - Environmental Research and Technology, Timioara (2012), 3rd JINR-

South Africa Symposium (2012).

Publicaii pe tema tezei

Principalele teze, sinteze i concluzii ale cercetrilor i-au gsit reflectare n 16 publicaii,

dintre care 10 articole n reviste tiinifice recenzate naionale (4) i internaionale (6), celelalte fiind

rezumate ale comunicrilor. Lucrri fr coautori 3.

Volumul i structura tezei

Teza este expus pe 103 pagini, inclusiv 45 figuri, 5 tabele, i const din Adnotare (n

englez, romn i rus), Cuvinte-cheie, Introducere, Investigaii bibliografice, Metode de analiz

i cercetare utilizate, dou Capitole ce reflect rezultatele cercetrilor cu analiza i tratarea lor

tiinific, Sinteza rezultatelor obinute, Concluzii i recomandri, precum i Bibliografie cu 203 de

surse citate.

Teza de doctor a fost realizat n conformitate cu acordul dintre Universitatea Academiei de

Stiine a Moldovei i Institutul Unificat de Cercetri Nucleare, Dubna, Rusia. Partea experimental

a tezei a fost efectuat la reactorul IBR-2 a LFFN IUCN, reactorul Hoger Onderwijs Reactor al

Universitii Tehnologice din Delft, i reactorul SAFARI-I al Corporaiei de Energie Nuclear din

Africa de Sud.

Cuvintele-cheie: metale, microorganisme, nanoparticule, biosorpie, acumulare, microscopie

electronic de baleiaj, analiz prin activare cu neutroni.

7

CONINUTUL TEZEI

1. TEHNOLOGIILE MICROBIENE DE NDEPRTARE A METALELOR I DE

OBINERE A NANOPARTICULELOR

Acest capitol conine analiza rezultatelor sistematizate i generalizate n domeniul cercetrii.

Sunt descrise caracteristicile principale, aplicarea i rolul Hg, Cr, Zn, Ag i Au n mediul ambiant.

n prezent, exist o mare necesitate de a dezvolta noi metode ecologice pentru remedierea mediului

i sinteza de noi materiale. Sunt cutate noi tulpini de microorganisme n scopul utilizrii lor n

tratatea mediului ambiant i n bionanotechnologiii. Microorganismele pot fi aplicate cu succes

pentru ndeprtarea din mediul ambiant a unor metale cum ar fi mercurul, cromul i zincul (n

concentraii mari). Unul din cele mai importante procese n biotehnologie este producerea

nanoparticulelor de argint i aur de ctre microorganisme, datorit proprietiilor lor neobinuite i

varietii largi a domeniului de aplicare, n special n medicin. Dezvoltarea metodelor noi, bazate

pe utilizarea microorganismelor prezint un mare interes n soluionarea problemelor tiinifice i

tehnologice.

2. MATERIALE I METODE DE CERCETARE

n acest capitol sunt descrii pricipalii reactivi chimici i tipurile de bacterii folosite n

studiul de fa. Noi tulpini de bacterii actinomicete Streptomyces glaucus 71MD (izolate din

rizosfer de soia cultivat n Georgia), Arthrobacter genera Arthrobacter globiformis 151B i

Arthrobacter oxydans 61B (izolate din roci de bazalt colectate in regiunea Kazreti a Georgiei) i

microalga Spirulina platensis (tulpina IPPAS B-256 din colecia algeological a Institutului de

Fiziologie a Plantelor Timiryazev a Academiei Ruse de tiine i tulpina CNM-CB-02 din colecia

Institutului de Microbiologie i Biotehnologie a Academiei de tiine a Moldovei) au fost folosite

pentru ndepartarea ionilor de mercur, crom i zinc din mediul ambiant i pentru dezvoltarea

metodelor curate i netoxice de obinere a nanoparticulelor de argint i aur.

Sunt descrise metodele utilizate pentru studiu: analiza prin activare cu neutroni (AAN),

microscopia electronic de baleiaj (SEM), spectroscopia de raze X cu dispersie dup energie

(EDAX), spectrometria de absorbie atomic (SAA) i spectroscopia UV-Viz aplicate n cercetare.

8

3. NDEPRTAREA IONILOR DE MERCUR, CROM I ZINC DE CTRE

MICROORGANISMELE STUDIATE

3.1. ndepartarea ionilor de mercur de ctre Spirulina platensis

n lucrarea de fa a fost studiat capacitatea de adsorbie a ionilor de mercur de ctre

biomasa Spirulina platensis (S. platensis). n prima serie de experimente a fost adugat glicinat de

mercur n concentraii 0.1-100 g/l n mediul de cultivare i a fost studiat procesul de adsorbie a

mercurului timp de 24 ore. n al doilea experiment dinamica de biosorbie a mercurului a fost

studiat timp de o or la concentraia glicinatului de mercur 500 g/l, pH7.8, t=230C.

Conform datelor obinute de Boening mercurul anorganic produce efecte adverse atunci

cnd este prezent n mediul de cultivare n concentraie de 5 g/l, compuii organici ai mercurului

pot exercita acelai efect la concentraii de 10 ori mai mici dect aceasta [3].

Coninutul mercurului n probe a fost determinat utiliznd analiza prin activare cu neutroni

la reactorul cu neutroni rapizi IBR-2.

Calculele teoretice ale isotermei de adsorpie pe baza datelor obinute experimental au fost

efectuate n conformitate cu modelul Freundlich, confirmnd predominarea procesului de biosorbie

la etapa iniial a acumulrii mercurului (Fig. 3.1).

Pentru diferite concentraii ale Hg(II) pentru o durata de cultivare de 24 de ore a fost

obinut urmatoarea dependen n coordonatele Freundlich:

log R= -6.82 + 0.62 logC,

R concentraia de Hg(II) adsorbit

concentraia de Hg(II) in mediul de cultivare

Rezultatele investigaiei procesului de adsorbie a ionilor de mercur sunt prezentate in Fig.

3.2. Dup cum se poate observa din curba obinut, cantitatea maxim de mercur este adsorbit n

50 de minute dup care are loc o diminuare a concentraiei. n 50 de minute biomasa S. platensis

adsoarbe aproximativ de 300 de ori mai mult mercur dect coninutul su n biomasa nativ.

Fig. 3.1. Isoterma Freundlich

n coordonatele liniare

Fig. 3.2. Concentraia mercurului n

biomasa S. platensis versus timpului

de contact cu glicinat de mercur

9

3.2. ndepartarea ionilor de mercur i crom de ctre Arthrobacter globiformis 151B

3.2.1 ndepartarea ionilor de mercur

Pentru a supravieui n condiii de stres datorat prezenei metalelor n mediul de via, mai

multe tipuri de bacterii au dezvoltat mecanisme de rezisten la ionii metalelor grele. Bacterii din

genul Arthrobacter genera au fost testate pentru capacitatea lor de a elimina ionii de mercur. Ca un

exemplu este prezentat acumularea ionilor de mercur de ctre Athrobacter globiformis (A.

globiformis) 151B.

Procesul de acumulare a ionilor de mercur de ctre A. globiformis 151B s-a studiat

experimental adaugnd sare de mercur [Hg(NO3)2H2O] n diferite concentraii 505000 g/l n

mediul de cultivare, pH5.8, t=210C.

Datele obinute prin AAN (Fig. 3.3) arat c procesul de acumulare a ionilor de mercur

include doua faze faza rapid (501000 g/l) i faza lent (incepnd cu 1000 g/l).

Fig. 3.3. Concentraia mercurului n

biomasa A. globiformis 151B n

funcie de concentraia nitratului de

mercur n mediul de cultivare

Faza rapid poate fi asociat cu legarea ndependent de metabolism a ionilor de Hg(II) de

suprafaa bacterian. Sorbia metalelor are loc nu doar prin interaciunea fizico-chimic a metalului

cu peretele celular, dar i prin mecanisme de complexare, schimb ionic i microprecipitare. Faza

lent de acumulare a mercurului poate fi explicat prin asimilarea intracelular a ionilor de Hg(II),

care depinde de metabolismul celular. n A. globiformis 151B este prezent enzima cu activitate de

reductaz asupra mercurului merA G-2441, EC 1.16.1.1. responsabil pentru reducerea Hg2+ la Hg0

[4]. Pentru a cuantifica adsorbia ionilor de mercur de A. globiformis 151B a fost aplicat modelul

Langmuir-Freundlich.

3.2.2. Redistribuia elementelor matrice i n urme n celulele bacteriene n urma

acumulrii ionilor de mercur

Distribuia elementelor n celule bacteriene expuse la HgNO3H2O a fost studiat cu ajutorul

AAN.

n Fig. 3.4, ca un exemplu, este prezentat dinamica de schimbare a coninutului fierului i a

rubidiului n biomasa A. globiformis 151B expus la diferite concentraii de mercur. La concentraii

mari ale ionilor de mercur coninutul metalelor eseniale i neeseniale se schimb drastic.

10

Fig. 3.4. Efectul Hg(II) asupra compoziiei elementale a A. globiformis 151B

Fierul este un metal biologic important. El este constituent a mai multor molecule complexe

(enzime) cu o varietate larg de funcii. Creterea coninutului fierului n celulele bacteriene poate fi

explicat prin activarea sistemului de protecie a bacteriilor. Rubidiul nu are funcii biologice, dar

este foarte similar cu potasiul. Comportamentul su n celule (scderea coninutului), ca i n cazul

potasiului, ilustreaz faptul c permeabilitatea peretelui celular bacterian s-a schimbat dup

tratamentul cu nitrat de mercur.

3.2.3. Acumularea ionilor de crom n prezena mercurului n mediul de cultivare

n investigaiile anterioare s-a artat faptul c, pe lng mercur, bacteriile din genul

Arthrobacter pot fi cu succes folosite pentru reducerea Cr(VI) toxic la cel mai puin toxic Cr(III)

[5]. Pentru a studia efectul mercurului asupra acumulrii ionilor de crom de ctre A. globiformis

151B au fost adugate 500 g/l de Hg(NO3)2H2O n mediul de cultivare la fiecare concentraie a

K2CrO4 n intervalul de 50-1000 mg/l, pH5.8, t=210C.

Datele obinute prin AAN sunt prezentate in Fig. 3.5. La concentraia de K2CrO4 de 50 mg/l

coninutul cromului i a mercurului n biomas crete. Cu mrirea concentraiei de K2CrO4 de la

200 mg/l pn la 1000 mg/l cromul continu s se acumuleze n biomas, n timp ce concentraia

mercurului scade brusc.

Fig. 3.5. Acumularea: cromului (a) i mercurului (b) de A. globiformis 151B n prezena a

500 g/l de Hg(II) n mediul de cultivare

Legarea ionilor de Hg(II) de grupele ncrcate negativ de pe suprafaa celulei bacteriene este

urmat de reducerea enzimatic pn la Hg0 i eliminarea n mediu. n contrast cu alte elemente care

11

n general formeaz forme cationice, cromul exist sub form CrO42-

[6]. Cromul ptrunde uor n

celul prin canalele SO42-

blocnd astfel acumularea ionilor de mercur.

Isoterma de adsorbie Langmuir-Freundlich aplicat pentru analiza acumulrii Cr(VI) n

sistemul binar Cr(VI)Hg(II) coreleaz cu datele obinute pentru acumularea mercurului.

3.3. ndeprtarea ionilor de zinc de ctre microalga Spirulina platensis

Zincul este un microelement esenial pentru toate organismele vii, dar devine toxic cnd

concentraia depete limita de toleran a celulei. Dinamica adsorbiei ionilor de zinc de ctre S.

platensis a fost studiat n sistem model timp de o or, folosind soluia de ZnSO47H2O (100 mg/l i

1000 mg/l), pH5.6, t=230C.

Datele AAN (Fig. 3.6) arat o acumulare rapid a zincului n primele 5 minute la ambele

concentraii. Dac n cazul concentraiei sulfatului de zinc de 100 mg/l (Fig. 3.6a) se observ o

continu acumulare a zincului fr a se ajunge la saturaie, la concentraia de 1000 mg/l de ZnSO4

(Fig.3.6b) n mod contrar, nu se observ o schimbare semnificativ a concentraiei. n acest caz

biomasa de S. platensis a acumulat aproximativ 30% de zinc din 100 ml de soluie. Spirulina rezist

la o concentraie a ionilor de zin n mediu nutritiv mai mic de 8 mg/l [7].

Fig. 3.6. Concentraia zincului n biomasa S. platensis n funcie de timpul de contact cu

sulfatul de zinc: (a) 100 mg/l; (b) 1000 mg/l

Coninutul elemental al probelor a fost determinat prin AAN. Pentru sodiu i potasiu datele

sunt prezentate in Fig. 3.7. Concentraia lor in biomasa S. platensis scade simultan cu creterea

coninutului de zinc. Aceste rezultate demonstreaz c, pe lng legarea ionilor metalelor de grupele

funcionale ale peretelui cellular, se produce i schimbul de ioni.

12

Fig. 3.7. Variaia concentraiei sodiului i potasiluiu n biomasa S. platensis n funcie de

timpul de contact la concentraia ZnSO4 de 100 mg/l.

3.4. ndeprtarea ionilor de zinc din apele uzate de ctre Spirulina platensis

Metodele studiate au fost aplicate la apele uzate care conin ioni de zinc. Ele au fost

colectate de la cel mai mare productor de maini agricole moderne din Republica Moldova

compania "Moldagrotehnica" (apa a fost luat din baia de galvanizare). Procesul de sorbie s-a

studiat timp de o or, pH4, t=230C.

Coninutul zincului n biomas de S. platensis a fost determinat prin AAN i n ap prin

SAA.

Rezultatele investigaiei procesului de adsorbie a ionilor de zinc de ctre S. platensis sunt

prezentate in Fig. 3.8. S-a observat c acumularea metalului n funcie de timp are loc n dou faze.

Prima faz a fost rapid, o eficien mare a fost observat n primele 5 min de interaciune sorbent -

sorbat, dar nivelul maxim de zinc n biomasa de S. platensis a fost atins dup 30 de min de contact

i nu s-a schimbat semnificativ n continuare.

Determinarea zincului in apele uzate tratate (Fig. 3.9) confirm rezultatele obinute pentru

biomasa de S. platensis. Resultate experimentelor au artat c n timp de 30 de minute de

interaciune microalge-ap uzat aproximativ 50% din zinc a fost ndeprtat din ap.

Fig. 3.8. Coninutul zincului in biomasa

de S. platensis n funcie de timp de

contact cu apele uzate

Fig. 3.9. Coninutul zincului in apele

uzate n funcie de timp de contact cu

biomasa de S. platensis

13

Pe lng concentraia zincului, prin AAN a fost determinat i coninutul altor elemente

eseniale i neeseniale n probe. Rezultatele schimbrii concentraiei de fier i stibiu n biomasa S.

platensis la adugarea apelor uzate sunt prezentate in Fig. 3.10.

Fig. 3.10. Variaia concentraiei Fe i Sb n biomasa S. platensis n funcie de timpul de contact

Biomasa nativ de S. platensis realizeaz acumularea unui coninut considerabil de fier din

apele uzate. Acumularea maxim are loc n primele 5 minute de contact, dup care creterea

concentraiei ionilor de metal n biomasa este mai lent. Creterea concentraiei ionilor de stibiu in

biomas este nc un argument n favoarea utilizrii biomasei native de S. platensis pentru

purificarea complex a apelor uzate.

.

14

4. TEHNOLOGII BIOLOGICE DE PRODUCERE A NANOPARTICULELOR DE

ARGINT I AUR

4.1. Acumularea ionilor de argint i producerea nanoparticulelor de ctre microorganismele

studiate

4.1.1. Acumularea ionilor de argint i producerea nanoparticulelor de ctre tulpini noi

de actinomicete Streptomyces glaucus 71MD

n apele uzate ale industriei miniere se conin cantiti considerabile de metale grele. Printre

ele un loc special -l ocup metalele preioase (aur, argint), datorit costului ridicat al acestora i

aplicrii n diverse tehnologii.

Pentru a studia acumularea ionilor de argint n biomasa umed a Streptomyces glaucus (S.

glaucus) 71MD a fost adugat soluia apoas de AgNO3 cu concentraia de 103

M, pH5.6,

t=210C.

Compoziia multielemental a biomasei de S. glaucus 71MD a fost studiat prin AAN la

reactorul IBR-2. Concentraiile macroelementelor Na, K, Mn i celor n urme La, Sb n biomasa S.

glaucus 71 MD sunt prezentate in Tabel 4.1.

Table 4.1.Compoziia elemental a biomasei S. glaucus 71MD

Elementul Energia, keV Concentraia, g/g Eroarea, %

Ag 657 37 5

K 1524 3290 8

La 1596 15 14

Mn 846 25 6

Na 1368 381 5

Sb 564 1.3 15

Dupa tratare cu nitrat de argint coninutul argintului n biomas a crescut de 37 de ori mai

mult dect coninutul su in biomasa nativ (argintul n biomasa nativ a fost lips).

Adaosul biomasei de actinomicete la soluia de nitrat de argint a dus la apariia unei coloraii

brun-glbuie a soluiei dup cteva zile, indicnd formarea nanoparticulelor de argint (AgNPs).

A fost utilizat spectroscopia UV-Viz. pentru a demonstra acest proces (Fig. 4.1). Spectrul

ilustrat n Fig. 4.1 prezint un pic de absorbie la 425 nm, care este caracteristic nanoparticulelor de

argint.

15

Fig. 4.1. Spectrul UV-Viz pentru

suspensia S. glaucus 71MD

nregistrat dup 7 zile de tratare

Dup 7 zile de tratare cu soluia de nitrat de argint a celulelor de S. glaucus 71MD au fost

obinute imagini prin scanare la microscopul electronic cu baleiaj. Imaginile SEM (Fig. 4.2)

ilustreaz c o mare parte din particule sunt sferice i nu creaz aglomeraii de mari dimensiuni.

Dimensiunile particulelor variaz n intervalul 4 25 nm cu o medie de 13 nm.

Fig. 4.2. Imaginea SEM a celulelor

S. glaucus 71MD cu nanoparticule de

argint

n afara imaginilor SEM i spectrele nregistrate cu ajutorul spectroscopiei de raze X cu

dispersie dup energie (EDAX) au demonstrat prezena argintului n S. glaucus 71 MD (Fig. 4.3).

Spectrul EDAX a fost nregistrat n regimul cu spot ntr-una din regiunile cele mai dens populate cu

nanoparticule de pe suprafaa celulei actinomicetelor.

Fig. 4.3. Spectrul EDX a biomasei de

S. glaucus cu nanoparticule de argint

dup expunere n soluia de nitrat de

argint (10-3

M) timp de 7 zile

16

4.1.2. Acumularea ionilor de argint i producerea nanoparticulelor de ctre Spirulina platensis

n cazul S. platensis acumularea ionilor de argint a fost studiat la diferite intervale de timp

(15 zile) la concentraia de 10-3M AgNO3, pH5.6, t=210C.

Datele obinute pentru S. platensis prin AAN sunt prezentate n Fig. 4.4 i ilustreaz o

acumulare rapid a argintului n prima zi a reaciei, dup care se observ o micorare a concentraiei

acestuia.

Fig. 4.4. Concentraia argintului n

biomasa S. platensis n funcie de timpul

de expunere n nitrat de argint

Se presupune, c procesul de ndeprtare a ionilor de argint din soluii apoase de ctre S.

platensis are loc n dou etape: acumularea, reducea pna la forma metalic i cu eliminarea parial

a argintului din celule.

EDAX a confirmat prezena AgNPs n biomasa de S. platensis (Fig. 4.5).

Fig. 4.5. Spectrul EDX a biomasei

de S. platensis dup expunere la

soluia de nitrat de argint (10-3M)

timp de 5 zile

Caracterizarea particulelor de AgNPs formate n celulele S. platensis a fost efectuat cu

ajutorul SEM.

Fig. 4.6. Imaginea SEM a

celulelor S. platensis dupa 24 ore

de tratare

b

17

Fig. 4.6 prezint imaginea SEM a celulelor de S. platensis cu AgNPs i demonstrez c dup

24 ore de tratare a ionilor de argint, se observ aglomerate mari de nanoparticule. Dimensiunea

medie a nanoparticulelor observate n aceste aglomerate este de aproximativ 30 nm.

4.2. Acumularea ionilor de aur i producerea nanoparticulelor de ctre microorganismele

studiate

4.2.1. Acumularea ionilor de aur i producerea nanoparticulelor de ctre Spirulina

platensis la diferite concentraii de acid cloroauric

Pentru recuperarea ionilor de aur biomasa umed de S. platensis a fost expus la diferite

concentraii (10-210-4 M) de soluie apoas a acidului clorauric, pH5.5, t=210C.

Concentraia total de aur n probe a fost determinat prin AAN (Fig. 4.7). Concentraia

aurului in biomasa crete cu mrirea concentraiei acidului cloroauric n mediul de cultivare.

Fig. 4.7. Concentraia aurului n

biomasa S. platensis n funcie de

concentraia acidului cloroauric n

mediul de cultivare

Spectrul de absorbie UV-Viz prezint un pi de adsorbie la 530 nm pentru concentraiile

10-3 10-4 M, pic caracteristic pentru nanoparticule de aur (Fig.4.8). Nanoparticulele de aur

(AuNPs) joac un rol important n diverse tehnologii i n medicin.

Fig. 4.8. Spectrele UV-Viz pentru

suspensia de S. platensis la diferite

concentraii de acid cloroauric

n Fig. 4.9 sunt prezentate imaginile SEM ale celulelor S. platensis dup interaciunea cu

acidul cloroauric la concentraii de 10-3 M i 10-2 M timp de 5 zile. Ele ilustreaz c pentru

concentraia 10-3 M o mare parte a particulelor sunt sferice i nu creaz aglomerate mari, n timp ce

la concentraia 10-2 M dimensiunile particulelor nu se regsesc n domeniul nano.

18

Fig. 4.9. Imaginile SEM ale celulelor S. platensis la diferite concentraii de acid cloroauric

(a) 10-3

M, (b) 10-2

M

La concentraii mici ale ionilor de aur cnt cantitatea proteinelor n celule este mare i

procesul de formare a nanoparticulelor de aur decurge cu o vitez relativ mare se formeaz n

general nanoparticulele de forme sferice. La concentraii mari ale aurului, nanoparticulele, care se

formeaz iniial, sunt termodinamic instabile din cauza proteciei insuficiente a liganzilor ceia ce

duce la: (i) creterea rapid a particulelor n entiti mai mari, prin adugarea continu de atomi de

aur generate la reducerea AuCl4- sau (ii) asamblrea i fuziunea particulelor instabile n agregate

mai mari (Fig. 4.10).

Fig.4.10. Mecanismul de formare a nanoparticulelor de aur de diferite forme [8]

Investigaii prin EDAX confirm prezena AuNPs n biomasa S. platensis (Fig. 4.11).

Fig. 4.11. Spectrul EDAX al

biomasei S. platensis dup

expunerea la acid cloroauric

(10-2

M) timp de 5 zile

oncentraia optim pentru sinteza nanoparticulelor de aur este de 10-3M.

19

4.2.2. Acumularea aurului i producerea nanoparticulelor de ctre Spirulina platensis

la diferite durate de incubare

n a doua serie de experimente a fost utilizat soluia acidului cloroauric la concentraia de

10-3

M. Procesul de acumulare a aurului a fost studiat la diferite intervale de timp (16 zile).

Concentraia total a aurului n probe a fost determinat prin AAN (Fig. 4.12). Rezultatele

obinute demonstreaz, c producerea nanoparticulelor metalice de aur are loc n dou etape:

procesul rapid de biosorbie, care apoi este urmat de un proces lent de reducere enzimatic.

Fig. 4.12. Concentraia aurului n

biomasa de S. platensis n funcie de

timpul de expunere n soluia

acidului cloroauric

Spectrul UV-Viz al suspensiei de S. platensis la diferite intervale de timp a cultivrii

celulelor este prezentat n Fig. 4.13. n cazul de fa o singur band a fost observat la 530 nm ceea

evideniaz prezena nanoparticulelor de form sferic.

Fig. 4.13. Spectrul UV-Viz al

S. platensis pentru durate diferite de

expunere n soluia acidului

cloroauric.

n Fig. 4.14 sunt ilustrate imaginile SEM ale biomasei S. platensis dup interaciunea cu

HAuCl4 10-3

M timp de 24 ore i 120 ore.

Fig. 4.14. Imaginile SEM ale celulelor de S. platensis (a) 24 ore (b) 120 ore

a

20

Compararea acestor dou imagini arat un numr mare de nanoparticule de aur formate extracelular

n biomasa de S. platensis dup 120 ore.

4.2.3. Acumularea ionilor de aur i producerea nanoparticulelor de ctre bacteriile

Arhtobacter globiformis 151B i Arthrobacter oxydans 61B

Pe lnga S. platensis pentru studierea recuperrii ionilor de aur s-au folosit i dou tulpini

bacteriene gram-pozitive aerobe care aparin genului Arthrobacter - A. globiformis 151b i

Arthrobacter oxydans (A. oxydans) 61B. Ele au fost suspendate n soluie apoas de acid cloroauric

de 10-3

M. A. globiformis 151B a fost expus aciunii acidului chloroauric timp de 40 de ore 10

zile, iar A. oxydans 61B 40 de ore 12 zile fiind amestecate (agitate) continuu, pH5.5, t=210C.

Coninutul aurului n probe a fost determinat prin AAN. Rezultatele obinute arat o

dependen similar cu cea obinut pentru S. platensis (Fig.4.15).

Fig. 4.15. Concentraia aurului

n biomasa de A. globiformis

151B n funcie de timpul de

expunere n acidul clorauric.

Adugarea soluiei de acid cloroauric la biomasa Arthrobacter a condus la apariia dup 40

de ore a unei culoraii gri-violet a suspensiei A. globiformis 151B i culorrii violet a suspensiei A.

oxydans 61B indicnd formarea nanoparticulelor de aur.

Spectrele UV-Viz de absorbie a bacteriilor studiate sunt prezentate n Fig. 4.16. Prezena

picului la 530 nm confirm reducerea Au(III) n Au(0) i agregarea nanoparticulelor acestora.

Fig. 4.16. Spectrele UV-Viz a (a) A. oxydans 61B i (b) A. globiformis 151B

n Fig. 4.17 este prezintat imaginea SEM a celulelor A. oxydans 61B cu nanoparticule de

aur nregistrate dup interaciunea biomasei cu soluia de acid cloroauric timp de 40 de ore, iar

500 600 700 8002

3

4

5

9d 7d

Ab

so

rba

nce

(nm)

40h4d

7d

9d

12da

400 500 600 700 8002.6

2.8

3.0

3.2

Ab

so

rba

nce

(nm)

40h 3d

8d

6d

10d b

21

Fig. 4.18 a celulelor A. globiformis 151B. Imaginile SEM ilustreaz c particulele sunt n general

sferice i monodisperse. Dimensiunile particulelor sunt n intervalul 8-40 nm cu o medie de 20 nm.

Compararea datelor obinute pentru cele dou bacterii din genul Arthrobacter testate arat c n

biomasa A. oxydans 61B nanoparticulele sunt mai dens repartizate pe o poriune din suprafa.

Fig. 4.17. Imaginea SEM a

nanoparticulelor de aur n

biomasa de A. oxydans 61B

Fig. 4.18. Imaginea SEM a

nanoparticulelor de aur n

biomasa de A. globiformis 151B

Spectroscopia cu raze X cu dispersie dup energie a nanoparticulelor a demonstrat semnale

puternice pentru atomii de aur la 2.163 keV.

Fig. 4.19. Spectrul EDAX a

biomasei de A. globiformis 151B

dup expunerea n acidul clorauric

(10-3

M) timp de 10 zile

22

CONCLUZII GENERALE I RECOMANDRI

1. Pentru prima data a fost studiat interaciunea metalelor (Hg, Cr, Zn, Ag, Au) cu

microorganismele Arthrobacter genera, Spirulina platensis cu scopul argumentrii posibilitii

utilizrii lor complexe n tratarea apelor reziduale i n bionanotehnologii.

2. Viteza mare de acumulare a ionilor de mercur i zinc de ctre biomasa de Spirulina platensis

indic asupra faptului c, S. platensis poate fi cu success utilizat la ndeprtarea rapid a ionilor de

mercur i zinc din apa rezidual prin biosorbie i separarea lor ulterioar.

3. A fost demonstrat faptul c acumularea ionilor de mercur de ctre Arthrobacter globiformis

151B depinde de concentraia lui n soluie i la concentraii mari are loc distrugerea peretelui

celular a microorganismelor supuse studiului.

4. Pentru prima dat a fost studiat procesul de acumulare a cromului n prezena mercurului n

mediul de cultivare de ctre bacteria Arthrobacter globiformis 151B. n prezena simultan a acestor

dou elemente n sistem cromul ptrunde uor n celul prin canalele sulfatice, blocnd astfel

acumularea ionilor de mercur.

5. S-a demonstrate c, AAN este o tehnic analitic performant n controlul procesului

acumulrii metalelor toxice de ctre biomasa microbian.

6. Biosorbia ionilor de zinc din sisteme model a demonstrat c, Spirulina platensis poate fi

utilizat cu maximum de eficien pentru tratarea apei reziduale atunci cnd concentraia lui este mai

mic de 100 mg/l.

7. S-a demonstrat c microalga Spirulina platensis este foarte eficient n ndeprtarea ionilor de

zinc din apele uzate a intreprinderii Moldagrotehnica.

8. Costul sczut a biomaterialelor, eficiena nalt, reducerea la minimum a utilizrii substanelor

chimice, viteza mare a procesului n comparaie cu sorbia pe sorbeni anorganici, face biosorbia

unul dintre cele mai atractive procese de purificare a apelor uzate.

9. Au fost studiate metodele de recuperare a metalelor preioase i de obinere a nanoparticulelor

de argint i de aur de ctre noile tulpini de bacterii endogene, care aparin genului actinomicete i

microalga Spirulina platensis.

10. Rezultatele investigaiilor efectuate au aratat c procesul de obinere a nanoparticulelor are loc

extracelular ceea ce ofer un mare avantaj fa de procesul intracelular din punct de vedere al

aplicabilitaii.

11. A fost demonstrat ca SEM, EDAX i AAN pot fi utilizate cu success pentru caracterizarea

nanoparticulelor complementar altor tehnici de nalt precizie.

23

12. Tehnologia microbian de producere a nanoparticulelor metalice este un proces simplu,

economic avantajos i prietenos mediului, care permite producerea nanoparticulor de deferite

dimensiuni i forme cu o aplicare larg n medicin i industrie.

13. Utilizarea mai larg a microorganismelor pentru remediarea mediului ambiant ar permite

transformarea chimiei traditionale utilizatoare de materiale neregenerabile i productoare de

diverse substane toxice n chimiei verde prietenos mediului.

14. Se recomand utilizarea biomasei microbiene n procesele de ndeprtare a ionilor metalelor din

apele reziduale la concentraii mici ale acestora atunci cnd tehnicile convenionale nu sunt

rentabile.

15. Rezultatele obtinute pot fi aplicate pentru purificarea apelor la indreprinderele industriale din

Republica Moldova aa ca: Compania Moldagrotehnica, SA Radiator, SA Electrotehnica, SA

Aviatehnologie, SAMezon, etc.

16. Se recomand utilizarea complex a microorganismelor pentru recuperarea metalelor preioase

i obinerea nanoparticulelor metalelor respective.

17. Tehnicile avansate pot fi aplicate cu success n producerea de noi materiale, inclusiv a celor

farmaceutice.

24

References

1. Duca Gh. Ecological Chemistry. Chiinu: CE USM, 2002, 289p.

2. Biroul Naional de Statistic al Republicii Moldova. Resursele naturale i mediul n Republica

Moldova. hiinu, 2011, p. 31.

3. Boening D.W. Ecological effects, transport, and fate of mercury: a general review. In:

Chemosphere. Vol. 40, Nr.12, p. 1335-1351.

4. Johnson, D. B. Microorganisms and biogeochemical cycling of metals in aquatic environments.

pp. 31-58. In: Metal Metabolism in Aquatic Environments. Eds W. J. Langston, M. J. Bebianno.

London: Chapman&Hall, 1998.

5. Tsibakhashvili N., Kalabegishvili T., Mosulishvili L. ea al. Biotechnology of Cr(VI)

transformation into Cr(III) complexes. In: J. Radioanal. Nucl. Chem. 2008, Vol. 278, Nr. 3, p.

565569.

6. Mabbett A.N., Macaskie L. E. A novel isolate of Desulfovibrio sp. with enhanced ability to

reduce Cr(VI). In: Biotechnol. Lett., 2001, Vol. 23, p. 683687.

7. Nalimova A.A., Popova V.V., Tsoglin L. N., Pronina N.A. The effect of copper and zinc on

Spirulina platensis growth and heavy metal accumulation in its cell. n: Russ. J. Plant Physl.,

2005, Vol. 52, p. 229-234.

8. Das S. K., Das A. R, Guha A. K. Microbial Synthesis of Multishaped Gold Nanostructures. In:

Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. 2010, Vol. 6, Nr. 9, p. 10121021.

25

LISTA LUCRRILOR PUBLICATE LA TEMA TEZEI

Articole n reviste de circulaie internaional:

1. Zinicovscaia I., Duca Gh., Rudic V., Cepoi L., Chiriac T., Frontasyeva M. V., Pavlov S. S.,

Gundorina S. F. Spirulina platensis as biosorbent of zinc in water. Acceptat de Environmental

Engineering and Management Journal, 2013, (IF : 1.435).

2. Kalabegishvili T., Kirkesali E., Rcheulishvili A., Ginturi E., Murusidze I., Kuchava N.,

Bagdavadze N., Tsertsvadze G., Gabunia V., Frontasyeva M. V., Pavlov S.S., Zinicovscaia I.,

Raven M.J., Seaga N.M.F., Faanhof A. Synthesis of gold nanoparticles by blue-green algae

Spirulina platensis. n: Advance Science, Engineering and Medicine. 2013, nr.1 (5), p. 30-36.

3. Kalabegishvili T., Kirkesali E., Rcheulishvili A., Ginturi E., Murusidze I., Pataraya D.,

Gurielidze M., Tsertsvadze G., Gabunia V., Lomidze L., Gvarjaladze D., Frontasyeva M. V.,

Pavlov S.S., Zinicovscaia I., Raven M.J., Seaga M.M.F., Faanhof A. Synthesis of gold

nanoparticles by some strains of Arthrobacter genera. n: Journal of Materials Science and

Engineering. 2012, nr. 2 (2), p. 164-173, (IF : 2.226).

4. Kalabegishvili T.L., Kirkesali E.I., Murusidze I. G., Tsertsvadze G. I., Frontasyeva M.V.,

Zinicovscaia I., Shklover V.Y., Shvindina N.V. Characterization of microbial synthesis of silver

and gold nanoparticles with electron microscopy techniques. n: Journal of Advanced Microscopy

Research, 2011, nr. 4 (6), p. 313-317.

5. Tsibakhashvili N., Kirkesali E.I., Gintury E., Pataraya D., Gurielidze M., Kalabegishvili T.,

Gvarjaladze D., Tsertsvadze G., Frontasyeva M.V. , Zinicovscaia I., Wakstein M.S., Khakhanov

S.N., Shvindina N.V., Shklover V.Ya. Microbial synthesis of silver nanoparticles. n: Advanced

Science Letters. 2011, nr. 3 (4), p. 110, (IF: 1.253).

6. Tsibakhashvili N., Mosulishvili L., Kirkesali E., Murusidze I., Frontasyeva M. V., Pavlov S. S.,

Zinicovscaia I. I., Bode P., van Meerten Th. G. NAA for studying detoxication of Cr and Hg by

Arthrobacter globiformis 151B. n: Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 2010, nr. 2

(286),p. 533537, (IF : 1.53).

Articole n reviste de circulaie naional:

7. Zinicovscaia I. Use of bacteria and microalgae in synthesis of nanoparticles. n: Chemistry

Journal of Moldova. General, Industrial and Ecological Chemistry. 2012, V. 7, No. 2, p. 32-38,

(categorie B).

8. Zinicovscaia I. A review on biosorption of chromium ions by microorganisms. n: Chemistry

Journal of Moldova. General, Industrial and Ecological Chemistry. 2012, V. 7, No. 2, p. 27-31,

(categorie B).

26

9. Zinicovscaia I. Cercetarile ecologice la Institutul Unificat de Cercetari Nucleare din Dubna. n:

Akademos. 2012, V. 2, No. 25, p. 125-128, (categorie B).

10. Kalabegishvili T. L., Murusidze I., Pataraya D. T., Ginturi E., Frontasyeva M. V., Kirkesali E.

I., Duca Gh., Zinicovscaia I. Mercury adsorption by Arthobacter globiformis and Spirulina

platensis. n: Chemistry Journal of Moldova. General, Industrial and Ecological Chemistry. 2011,

V. 6, No. 1, p. 6-9, (categorie B).

Teze la manifestri tiinifice:

11. Zinicovscaia I., Duca Gh., Cepoi L., Chiriac T., Rudi L., Mitina T., Frontasyeva M.V., Pavlov

S.S., Gundorina S.F. Spirulina platensis as biosorbent of zinc in wastewater. In: Book of Abstracts

of the ECOIMPULS 2012 - Environmental Research and Technology. October 25 26, 2012,

Timisoara, Romania, p. 26.

12. Kalabegishvili T. L., Kirkesali E. I., Frontasyeva M. V., Pavlov S.S., Zinicovscaia I.I., Faanhof

A. Synthesis of gold nanoparticles by blue-green algae Spirulina platensis. In: Book of Abstracts of

the International Conference Nanoparticles: Application and Properties (NAP-2012), September 17-

23, 2012, Alushta, Ukraine, nr. de ordine 02NNBM09 1-3.

13. Kalabegishvili T., Kirkesali E., Ginturi E., Murusidze I., Frontasyeva M. V., Pavlov S.S.,

Zinicovscaia I., Faanhof A. Biotechnology of gold nanoparticles by some strains of Arthrobacter

genera. In: Book of abstracts of the International Seminar of Interaction of Neutrons with Nuclei

(ISINN-20), May 21-27, 2012, Alushta, Ukraine, p. 94.

14. Kalabegishvili T. L., Murusidze I., Pataraya D. T., Ginturi E., Frontasyeva M. V., Kirkesali E.

I., Duca Gh., Zinicovscaia I. Mercury adsorption by Arthobacter globiformis and Spirulina

platensis. In: Book of Abstracts of the International Conference Ecochem-2012, March 2-3, 2012,

Chisinau, Republic of Moldova p. 90.

15. Tsibakhashvili N. Ya., Kirkesali E. I., Pataraya D. T., Gurielidze M. A., Kalabegishvili T. L.,

Gvarjaladze D. N., Tsertsvadze G. I., Frontasyeva M. V., Zinicovscaia I I., Wakstein M. S.,

Khakhanov S. N., Shvindina N. V., Shklover V. Ya. Microbial synthesis of silver nanoparticles by

Streptomyces glaucus and Spirulina platensis. In: Book of Abstracts of the International Conference

Nanoparticles: Application and Properties (NAP-2011), September 27-30, 2011, Alushta, Ukraine,

p. 306-311.

16. I. Zinicovscaia, M.V. Frontasyeva, T. Kalabegishvili, E.I. Kirkesali, N.V. Shvindina, S.N.

Khakhanov. Scanning electron microscopy and Energy Dispersive X-ray spectroscopy in microbial

biotechnology of silver and gold nanoparticles. Book of Abstracts, BIOFC, August 19-20, 2011,

p.42.

27

ANNOTATION

Zinicovscaia Inga, Study of the interaction of metals (Hg, Cr, Zn, Ag, Au) with Arthrobacter

genera and Spirulina platensis, doctor in chemistry, Chisinau, 2013, the thesis consists of

Annotation (in English, Romanian, Russian), Introduction, Literature review, Materials and

Methods, Results and Discussions, Conclusions and Recommendations, Bibliography of 203 titles,

45 figures, 5 tables, and 100 pages basic texts. The results of the thesis were published in 16 papers.

Field of research: 11.00.11 Environmental Protection and Rational Utilization of Natural

Resources

Keywords: metals, microorganisms, nanoparticles, biosorption, accumulation, scanning electron

microscopy, neutron activation analysis.

The scope and objectives of the thesis: In the thesis the interaction of Hg, Cr, Zn, Ag and Au with

Arthrobacter genera and Spirulina platensis was studied for developing the methods of

environmental remediation and new way of producing new materials, suitable for use in industrial

and medical purposes.

The novelty and scientific originality: The complex scheme of silver and gold ions recovery and

nanoparticles production by new strains of Arthrobacter genera and blue-green microalga Spirulina

platensis was proposed. The simultaneous accumulation of mercury and chromium ions by

Arthrobacter globiformis 151B was studied. For the first time in the Republic of Moldova the

process of metal ions removal by microorganisms from industrial wastewater was studied. For the

first time neutron activation analysis as the most appropriate multi-element technique was applied

to determine the elemental composition of microbial biomass, containing silver and gold

nanoparticles.

The theoretical importance and applied value of the work: The effect of toxic metal under the

matrix and trace elements redistribution in microbial cells was established. The NAA data

demonstrated that one of mechanisms of interaction of metals with microorganisms is ion exchange

mechanism. The optimal conditions (incubation time and salt concentrations) for nanoparticles

production were established. The results of the zinc ions removal from wastewater can be used for

elaboration of the special methodic of removal of metals from wastewater from enterprises in the

Republic of Moldova. The scheme of complex use of microbial biomass for silver and gold ions

recovery and nanoparticles synthesis was proposed.

The solved scientific problem: It was demonstrated that microalga Spirulina platensis can be

efficiently used for zinc ions removal from industrial wastewater.

28

ADNOTARE

Zinicovscaia Inga, Studiul interaciunii metalelor (Hg, Cr, Zn, Ag, Au) cu Arthrobacter

genera i Spirulina platensis, teza de doctor n chimie, Chiinu, 2013, teza const din: Adnotare

(n englez, romn i rus), Cuvintele cheie, Introducere, Investigaii bibliografice, Materiale si

Metode, Resultate i Discuii, Concluzii i Recomandri, Bibliografie cu 203 surse, 45 figuri, 5

tabele, 100 pagini de text. Rezultatele obinute a fost publicate n 16 lucrri tiinifice.

Domeniul de studiu: 11.00.11 Protecia mediului ambiant i folosirea raional a resurselor

naturale.

Cuvintele-cheie: metale, microorganisme, nanoparticule, biosorpia, acumularea, microscopie

electronica de baleaj, analiza prin activare cu neutroni

Scopul i obiectivele tezei: n tez s-a studiat interaciunea metalelor Hg, Cr, Zn, Ag i Au cu

Arthrobacter genera i Spirulina platensis pentru dezvoltarea metodelor noi de remediere a

mediului ambiant i a unui procedeu nou de producere de noi materiale dedicate utilizrii n scopuri

medicale i industriale.

Noutatea i originalitatea tiinific: A fost propus schema complex de recuperare a ionilor de

argint i aur de ctre tulpini noi de Arthrobacter genera i microalga Spirulina platensis. A fost

studiat acumularea simultan a ionilor de mercur i crom de ctre bacteria Arthrobacter

globiformis 151B. Pentru prima data n Republica Moldova s-a studiat procesul de ndeprtare a

ionilor de metale de ctre microorganisme din apele industriale. Pentru prima data analiza prin

activare cu neutroni ca cea mai avansat metod multielemental a fost aplicat pentru

determinarea compoziiei elementelor biomasei microbiene, care conine nanoparticule de argint i

aur.

Semnificaia teoretic i valoarea aplicativ: A fost stabilit influena metalelor toxice asupra

redistribuiei elementelor matrice i n urme n cellule microbiene. n baza datelor NAA s-a

demonstrat ca unul din mechanismele de interaciune a metalelor cu microorganisme este

mechanism de schimb ionic. Au fost stabilite condiiile optime (timpul de incubare i concentraia

reagentilor chimici) de formare a nanoparticulelor. Rezultate obinute pentru ndeprta ionilor de

zinc din apele uzate pot fi folosite pentru elaborarea unei metode de ndeprtare a metalelor din

apele uzate ale ntreprinderilor din Republica Moldova. A fost propus schema utilizrii complexe a

biomasei bacteriene pentru recuperarea ionilor de argint i de aur din soluii apoase i producerea

nanoparticulelor.

Problema tiinific soluionat. S-a demonstrat c microalga Spirulina platensis poate fi folosit

pentru ndeprtarea ionilor de zinc din apele uzate.

29

, (Hg, Cr, Zn, Ag, Au)

Arthrobacter genera Spirulina platensis, , ,

2013, : ( , ),

, , , , ,

, 203 , 45 , 5 100

. 16 .

: 11.00.11

: , , , , ,

, .

: (Hg, Cr, Zn, Ag

Au) Arthrobacter genera Spirulina platensis

,

.

:

Arthrobacter genera Spirulina

platensis .

Arthrobacter globiformis 151B.

.

,

,

.

:

.

,

. ( ,

) .

.

.

: , Spirulina

platensis

.

30

Zinicovscaia Inga

STUDIUL INTERACIUNII METALELOR (Hg, r, Zn, Ag, Au)

CU ARTHROBACTER GENERA I SPIRULINA PLATENSIS

11.00.11. Protecia mediului ambiant i folosirea raional a resurselor naturale

Autoreferatul tezei de doctor n chimie