Cercetare revizuire hârtiebiosorbents bacteriana si biosorptionBioabsorbtia este o tehnica care poate fi utilizat pentru îndepartarea de poluanti din ape, în special cei care nu sunt usor biodegradabili, cum ar fi metalele si colorantii. O varietate de biomateriale sunt cunoscute pentru a lega acesti poluanti, inclusiv bacterii, ciuperci, alge, si deseurile industriale si agricole. În aceasta reexaminare, abilitatile de bioabsorbtie ale biomasei bacteriene fata de coloranti si ionii de metal sunt accentuate. Proprietatile elementelor constitutive ale peretelui celular, cum ar fi peptidoglicanului, si rolul grupelor functionale, cum ar fi carboxil, amino si fosfat sunt discutate pe baza potentialului lor de bioabsorbtie. Mecanismele obligatorii, precum si a parametrilor care influenteaza absorbtia pasiva de poluanti, sunt analizate. O descriere detaliata a izotermei si modelelor cinetice si importanta modelului mechanic sunt prezentate. O comparatie sistematica de literatura, bazata pe metal / capacitate de colorare a biomasei bacteriene în diferite conditii, este de asemenea prezentata. Pentru a îmbunatati capacitatea de bioabsorbtie,sunt discutate modificari de biomasa prin metode chimice si inginerie genetica. Problemele asociate cu bioabsorbtia microbiana sunt analizate, si caile de atac discutate. Pentru tratamentul continuu al efluentilor, o configuratie coloana up-flow ambalate este sugerat si factorii care influenteaza performantele sale sunt discutate. Prezenta reexaminare, de asemenea, subliniaza necesitatea pentru examinarea bioabsorbantilor în situatii reale, cum concurenta între soluti si calitatea apei poate afecta performanta bioabsorbtiei. Astfel, acest articol analizeaza realizarile si stadiul actual al tehnologiei bioabsorbtiei si spera sa furnizeze informatii despre aceasta cercetare. 1. IntroducereCuprinzând peste 70% din suprafata Pamântului, apa este incontestabil cea mai valoroasa resursa naturala existente pe planeta noastra. Fara acest compus nepretuit, viata pe Pamânt ar fi inexistenta. Desi acest fapt este recunoscut pe scara larga, poluarea resurselor de apa este un eveniment comun. În special, apa potabila a devenit foarte afectata, si în multe cazuri a pierdut scopul initial.Exista multe surse de poluare a apei, dar exista doua categorii principale : surse directe si indirecte de contaminanti. Surse directe includ deversarilor de efluenti provenind din industrii, rafinarii si instalatii de tratare a deseurilor; iar, sursele indirecte includ contaminanti care intra in alimentarea cu apa din sol / sol si sisteme de apa din atmosfera prin intermediul apei de ploaie. În general, contaminantii intra în doua mari clase, si anume. organici si anorganici. Unii poluanti organici de apa includ solventi industriali, compusi organici volatili, insecticide, pesticide si deseuri de prelucrare a produselor alimentare, etc .Poluantii anorganici de apa includ metale, îngrasaminte si aciditate cauzata de evacuarile industriale, etc .Pentru a limita domeniul cercetarii noastre, aceasta revizuire ia în considerare doar coloranti, care intra sub incidenta poluantilor organici, si metale, care intra sub poluantlori anorganici. Ei sunt contaminanti comuni în apele uzate industriale si multi dintre ei sunt cunoscuti a fi toxici si cancerigeni.Un colorant poate fi, în general, descries ca fiind o substanta colorata, cu o afinitate pentru substratul pentru care este aplicat. Vopsele sunt utilizate pe scara larga în industriile, cum ar fi textile, hârtie, plastic si piele, etc, pentru colorarea produselor. Efluentii care provin din aceste industrii contin adesea concentratii mari de deseuri de coloranti. Doua procente din colorantii produsi sunt evacuati direct în efluentul apos, cu înca 10%, ulterior, pierdut în timpul procesului de colorare a tetilelor (Easton, 1995). A

fost raportat ca peste 100.000 de coloranti sunt disponibili în comert, cu o productie de peste 7 × 105 de tone pe an (Zollinger, 1987; Aksu, 2005). Colorantii sunt în general considerati a fi toxici si cancerigeni sau preparati din alte cancerigeno cunoscuti (Banat et al, 1996.).Descarcarea acestor coloranti din industrii în râuri si lacuri rezulta într-o concentratie redusa de oxigen dizolvat care cauzeaza conditii anoxice, care afecteaza ulterior organismele aerobe (Magazie si Arora, 2007). În afara de proprietatile toxicologice ale colorantilor, culoarea lor este unul dintre primele semne de recunoastere a constaminarii apelor reziduale.Deoarece o cantitate foarte mica de coloranti în apa este extrem de vizibila, aceasta afecteaza adesea meritul estetic si transparenta apei (Banat et al, 1996. Un alt grup de contaminanti de îngrijorare, care vine în cadrul repartizarii anorganice, sunt metale. Metale sunt folosite intens în mai multe industrii, inclusiv miniere, metalurgice, electronica, galvanizare si metal de finisare. Prezenta ionilor de metal în efluentii finali industriali este extrem de nedorita, deoarece sunt toxici pentru organisme mai mici dar si mai mari.În anumite conditii de mediu, metalele se pot acumula la niveluri toxice si provoca daune ecologice (Jefferies si Firestone, 1984). Metalele importante: mercur, plumb, cadmiu si crom (VI) sunt considerate ca fiind toxice; întrucât, altele, cum ar fi cupru, nichel, cobalt si zinc nu sunt la fel de toxice, dar utilizarea lor extensiva si nivelul în crestere în mediu sunt de preocupari serioase (Brown si Absanullah, 1971; Moore, 1990; Volesky, 1990). Radionuclizii, cum ar fi uraniu, au toxicitate ridicata si radioactivitate, si prezinta o amenintare serioasa, chiar si la concentratii mici. În majoritatea tarilor dezvoltate si în curs de dezvoltare, sunt introduse reglementari mai stricte de mediu, cu privire la contaminantii evacuati din operatiile industriale. Aceasta înseamna ca industriile necesita dezvolatrea la fata locului sau în instalatii pentru efluentii proprii si a minimiza concentratiile de noxe la limite acceptabile înainte de a-si îndeplini lor (Banat et al, 1996.). Cu toate acestea, înainte de a alege o instalatie de tratare a apelor uzate, o munca considerabila de laborator si lucrari trebuie sa se încheie înainte de proiectarea sistemului (Atkinson et al, 1998.).2.Privire de ansamblu asupra metodelor de tratamentDiverse tehnici au fost folosite pentru tratamentul cu vopsea / metal care poarta efluentii industriali, care vin de obicei în doua divizii principale: metode abiotice si biotice. Metodele abiotice includ precipitatii, adsorbtie, schimb de ioni, membrana si tehnologii electrochimice.Mult a fost discutat despre aspectele Dezavantajului lor în ultimii ani (Atkinson et al, 1998;. Crini, 2006), care poate fi rezumat ca fiind scump, nu mediu prietenos si, de obicei, depinde de concentratia de deseuri. Prin urmare, fost initiata o cautare de cai de atac eficiente, ecologice si eficiente pentru tratarea apelor reziduale .În ultimii ani, o atentie de cercetare a fost concentrata asupra metodelor biologice de tratare a efluentilor, dintre care unele sunt în procesul de comercializare (Prasad si Freitas, 2003). Exista trei avantaje principiul de tehnologii biologice pentru eliminarea de poluanti; în primul rând, procese biologice pot fi efectuate în situ la locul contaminat; În al doilea rând, tehnologii bioprocess sunt de obicei inofensive pentru mediu (poluare nu secundar) si al treilea, acestea sunt rentabile. Dintre deferitele metode biologice , cele de bioacumulare si bioabsorbtie au fost demonstrate ca poseda un bun potential pentru a înlocui metodele conventionale pentru îndepartarea de vopsele / metale (Volesky si Holan, 1995; Malik, 2004).

Unele confuzii au aparut în literatura de specialitate cu privire la utilizarea “bioacumulare” si “bioabsrobtie”. Prin urmare, bioacumularea este definita ca fenomen al celulelor vii; întrucât, mecanismele de bioabsorbtie se bazeaza pe utilizarea biomasei moarte. Pentru a fi precis, bioacumularea poate fi definita ca absorbtia de substante toxice de catre celulele vii. Toxiccul poate fi transportat în celula, se acumuleaza intracelular, prin membrana celulelor si prin ciclul celular metabolic (Malik, 2004). În schimb, bioabsorbtia poate fi definita ca absorbtia pasiva a toxiclor in materiale moarte / inactiv biologice sau de materiale derivate din surse biologiceBioabsorbtia este cauzata de o serie de procese metabolice independente, care au loc in principal in peretele celular, în cazul în care mecanismele responsabile pentru adoptarea poluantului va diferi în functie de tipul de biomasa.Bioabsorbtia are anumite avantaje inerente în procesele de bioacumulare, care sunt enumerate în Tabelul 1. În general, utilizarea de organisme vii, nu poate fi o optiune pentru tratamentul continuu de foarte toxice organice / anorganici contaminanti. Odata ce concentratia toxica devine prea mare sau procesul de operat pentru o lunga perioada de timp, suma de toxice acumulate va ajunge la saturatie (Eccles, 1995). Dincolo de acest punct, metabolismul unui organism poate fi întrerupt, rezultând moartea organismului. Acest scenariu poate fi evitata în cazul biomasei morte, care este flexibila la conditiile de mediu si la concentratii toxice. Astfel, datorita caracteristicilor sale favorabile, bioabsortia , nu este surprinzator, a primit multa atentie în ultimii ani.

2. Bioabsorbanti

Bioabsorbantii pentru eliminarea metalelor / colorantilor in principal intra în urmatoarele categorii: bacterii, ciuperci, alge, deseuri industriale, deseuri agricole si alte materiale polizaharide. În general, toate tipurile de biomateriale au demonstrat capacitatile bune de bioabsorbtie fata de toate tipurile de ioni metalici.Potent biosorbtia metal sub clasa de bacterii includ gen de Bacillus (Nakajima si Tsuruta, 2004; Tunali et al, 2006.), Pseudomonas (Chang et al, 1997; Uslu si Tanyol, 2006.) Si (Streptomyces Mameri et al,. 1999;. Selatnia et al, 2004a), etcBiosorbantele importante fungice includ Aspergillus (Kapoor si Viraraghavan, 1997; Jianlong et al, 2001;. Binupriya et al, 2006.), Rhizopus. (Bai si Avraam, 2002;. Park et al, 2005) si Penicillium (Niu et al, 1993; Tan si Cheng, 2003Deoarece aceste microorganisme sunt utilizate pe scara larga în diferite produse alimentare / industria farmaceutica, acestea sunt generate ca deseuri, care poate fi atins gratuit sau la un cost scazut din aceste industrii. Un alt bioabsorbant important, care a luat amploare în ultimii ani, sunt algele marine. Algele marine, popular cunoscut sub numele de alge marine, sunt resurse biologice, care sunt disponibile în multe parti ale lumii.Diviziunile algelor includ rosu, verde si maro alge marine; din care algele marine brune, se dovedesc a fi biosorbante excelente (Davis et al, 2003.). Acest lucru se datoreaza prezentei de alginat, care este prezent sub forma de gel în peretii celulelor lor.De asemenea, structura lor macroscopice ofera o baza convenabila pentru producerea de particule biosorbante care sunt potrivite pentru aplicatii in procesul de sorbtie (Vieira andVolesky, 2000).Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul ca algele marine nu sunt considerate deseuri, în fapt, ele sunt singura sursa pentru productia de agar, alginat si caragenan.

Prin urmare, cea mai mare masura ar trebui sa fie luata pentru selectarea algelor marine in procesul de bioabsorbtie. Multi anchetatorii au lucrat la alge marine brune si, în special Volesky si colegii lui (Davis et al, 2000;. Yang si Volesky, 1999a;. Volesky et al, 2003) au investigat proprietatile metalului adsorbant uneia dintre cele mai bune metal adsorbant Sargassum alge marineDavis et al. (2003) a revizuit proprietatile de metal adsorbtie ale algelor marine brune, si a subliniat mecanismele lor bioabsorbtie.Recent, numeroase abordari au fost facute pentru dezvoltarea de adsorbanti ieftini din deseurile din industrie si agricultura. Dintre acestea, coji de crab (Lee et al., 1997), namol activat (Al-Qodah, 2006), cojile de orez (Chuah et al., 2005), coaja de ou (Vijayaraghavan et al, 2005b). Si muschi de turba (Sharma si Forster, 1993) merita o atentie deosebita.Publicatii recente indica faptul ca coji de crab poseda arsenic excelente (Niu et al., 2007), crom (Kim, 2003), cupru (Vijayaraghavan et al, 2006b.), cobalt (Vijayaraghavan et al., 2006b) si abilitati nichel adsorbant (Vijayaraghavan et al, 2004)..În ceea ce priveste colorarea bioadsobtiei, biomasei microbiene (bacterii, ciuperci, microalge, etc) depasesc materiale macroscopice (alge marine, coaja crabi, etc). Motivul pentru aceasta discrepanta se datoreaza natura componentelor peretelui celular si grupuri functionale implicate în colorant obligatoriuMulte bacterii, fungi si microalge au fost gasite pentru a lega o varietate de clase de colorant. Won et al. (2005) a identificat Corynebacterium glutamicum ca o biosorbant puternic al reactivului red4, care poate lega 104.6mg/gat PH1. Aksu andÇagatay (2006) a indicat ca Rhizopus arrhizus a fost capabil de a lega 773 mg / g de Gemazol albastru Turquise-G la 45 ° C si pH 2.Aksu si Tezer (2005) a explorat capacitatea bioasorbtiei de Chlorella vulgaris, utilizarea mai multor coloranti reactivi, si a constatat ca microalga a fost capabila de 419.5mg obligatorii / g blackB ofRemazol.Foarte putin efort a fost facut pentru a utiliza alge marine pentru bio adsorbtia de coloranti, dar de nota, Rubin et al. (2004) angajati muticum Sargassum pentru îndepartarea de albastru de metilen si Vijayaraghavan si Yun (2008) utilizate Laminaria sp. pentru îndepartarea reactiva negru 5. Sute de bioadsorbante au fost propuse pentru eliminarea metalelor si vopselelor; prin urmare, consolidarea lor într-o revizuire unica ar fi imposibila. Prin urmare, în acest studiu, bioadsorbantele au fost luate în general, cu alte bioadsorbante în considerare numai în cazuri speciale.Prin urmare, aspectele importante ale bioadsoebtiei vor fi discutate, dar nu va fi limitat la bacterii. Cititorii sunt încurajati sa se refere la alte comentarii pentru informatii cu privire la fungice (Kapoor si Viraraghavan, 1995), alge (Davis et al, 2003.) Biosorbents si alte costuri scazute (Crini, 2006).

4. . Istoria bacteriilor bioabsorbabileLa inceputul anilor 1980 am fost martori la capacitatea unor microorganism de a acumula elemente metalice. Numeroase rapoarte de cercetare au fost publicate din punct de vedere toxicologic, dar acestea au fost preocupate de acumularea din cauza metabolismului activ de celule vii, efectele metalelor privind activitatile metabolice ale celulelor microbiene si consecintele de acumulare pe lantul alimentar ( Volesky, 1987)

Cu toate acestea, cercetarea în continuare a dezvaluit ca biomasa inactiva / celulele microbiene moarte poate pasiva ioni metalici prin mecanisme fizico-chimice diferite.Cu aceasta constatare noua, de cercetare pe bioabsorbtie au devenit active, cu numeroasi bioabsorbanti de diferite origini propuse pentru eliminarea metalelor / coloranti. Cercetatorii au înteles si au explicat ca bioabsorbtia nu depinde numai de tipul sau compozitia chimica a biomasei, dar si de factorii externi fizico-chimici si solutii chimice. Multi cercetatori au fost în masura sa explice mecanismele responsabile pentru bioabsorbtie, care poate fi unul sau combinatie de schimb ionic, complexare, coordonare, adsorbtia, interactiune electrostatica, chelare si microprecipitare (Veglio si Beolchini, 1997; Volesky si Schiewer, 1999).Tabelul 2 rezuma unele din rezultatele importante ale bioabsorbtiei metalelor folosind biomasa bacterieana.O comparatie directa de date experimentale nu este posibila, datorita conditiilor diferite ale experimentelor(pH-ului, controlu pH-ului, temperatura, timpul de echilibru si dozare de biomasa).Cu toate acestea, Tabelul 2 ofera informatii de baza pentru a evalua posibilitatea de a utiliza biomasa bacteriana pentru adoptarea de ioni metalici. Variabilitatea rezultatelor a fost observata cand aceeasi bacterie a fost folosita pentru acelasi metal, dar în cazuri diferite. În afara de conditiile experimentale diferite, acest lucru se datoreaza faptului ca biomasa a fost pretratata sau imobilizata pentru a îmbunatati caracteristicile de bioabsorbtie, astfel cum s-a subliniat în Tabelul 2. De asemenea, pentru cei mai multi ionii ai metalelor, pH slab acid a dus la bioabsorbtie maxima.Acest lucru este din cauza implicarii de grupe carboxil si alte grupe functionale acide, care sunt responsabile pentru cationi metalici prin diverse mecanisme. În plus, formarea de hidroxid de metal si alte complexe metal-ligand reduce semnificativ cantitatea de ioni metalici absorbita la un pH ridicat. Cu toate acestea, mecanismul pentru bioabsortie nu au fost întotdeauna confirmat sau discutat în cele mai multe studii, de aceea, generalizarile nu sunt posibile în aceste cazuri,Bioabsorbtia nu depinde numai de tipul de ioni metalici, dar, de asemenea, de tipul de bacterii, ca urmare a variatiilor componentelor celulare.Un foarte scurt contact a fost, în general, sufficient pentru a atinge biomasa metal-bacterie starea de echilibru. Acest lucru se datoreaza faptului ca biomasa a fost fie folosita sub forma de pulbere fina sau celule umede; în cazul în care rezistentele de transfer de masa sunt de obicei neglijabile.Cinetica rapida observata la biomasa bacteriana reprezinta un aspect avantajos pentru proiectarea de sisteme de tratare a apei reziduale.Tabelul 3 rezuma unele din rezultatele importante ale bioabsorbtiei folosind biomasa bacteriana. A fost surprinzator sa vedem ca o atentie mult mai mica a fost acordata pe angajarea de biomasa morta bacteriana pentru absorbtia colorantilorCele mai multe lucrari anterioare privind bioabsorbtia s-au concentrat pe utilizarea biomasei fungice si alti absorbanti mai ieftini (Fu andViraraghavan, 2001; Crini, 2006). De asemenea, cele mai multe cercetari s-au axat pe studierea biodegradarii / potentialul de decolorare a bacteriilor (Forgács et al, 2004; Pandey et al, 2007..).De rezultatele limitate pe bioabsorbtia bacteriana, C. glutamicum s-au dovedit a functiona bine în bioabsorbtia de coloranti reactivi, cu capturarea colorantilor în gama de 0.1-0.4 ori mai mare decat greutatea sa uscat

5. Structura bacteriilor si mecanismul bioabsorbtiei

5.1. Structura bacteriana

Bacteriile sunt un grup mare de organisme vii unicelulare apartinând procariotelor , care sunt omniprezente în apa si sol, si ca simbionti cu alte organisme. Bacteriile pot fi gasite într-o mare varietate de forme, care includ coci (precum Streptococcus), tije (cum ar fi Bacillus), spirala (cum ar fi Rhodospirillum) si filamentoase (cum ar fi Sphaerotilus)Eubacteria are o structura celulara relativ simpla, care duce lipsa de nuclee celulare, dar au peretii celulelor (Salton, 1964). Peretele celular bacterian prevede integritatea structurala a celulei, dar difera de cea a tuturor celorlalte organisme din cauza prezentei de peptidoglican (poli-N-acetilglucosaminic si acid N-acetilmuranic), care se afla imediat în afara membranei citoplasmatice (Rogers et al, 1980)..Peptidoglicanului este responsabil pentru rigiditatea peretelui celular bacterian, si determina forma celulei (Kolenbrander si Ensign, 1968). Este, de asemenea relativ poros si considerat ca o bariera impermeabila pentru substraturi mici.Peretii celulelor la toate bacteriile nu sunt identice. De fapt, componenta peretelui celular este unul dintre cei mai importanti factori în analiza si diferentierea speciilor de bacterii. În consecinta, doua tipuri de bacterii exista in general, dintre care bacteriile Gram-pozitive (fig. 1) sunt alcatuite dintr-un strat gros de peptidoglican (Beveridge, 1981; Dijkstra si Keck, 1996) legat prin poduri de aminoacizi.Peretii celulelor tuturor bacteriile nu sunt identice. De fapt, componenta peretelui celular este unul dintre cei mai importanti factori în analiza si diferentierea ale speciilor de bacterii.!!!În consecinta, doua tipuri de bacterii general exista, de care bacteriile Gram-pozitive (fig. 1) sunt alcatuite dintr-un strat gros peptidoglicanului (Beveridge, 1981; Dijkstra si Keck, 1996) legate prin poduri de aminoacizi. Turnat în peretele celullelor Gram-pozitive sunt polialcooli, cunoscut sub numele de acizi teichoic, dintre care unele sunt lipidlinked pentru a forma acizi lipoteichoic.Deoarece acizii lipoteichoic sunt covalent legate de lipidelor în membrana citoplasmica, acestea sunt responsabile pentru legarea peptidoglicanului a membranei citoplasmatice. Moleculele de cross-linked peptidoglicanului a forma o retea, care acopera celula, ca o retea.acizi Teichoic da peretelui celular Gram-pozitiv un tarif global negativ, din cauza prezentei de obligatiuni phosphodiester între monomeri acid teichoic (Sonnenfeld et al, 1985.). În general, 90% din peretelui celular Gram-pozitiv este compusa din peptidoglicanilor.În plus, peretele celular contine o membrana exterioara suplimentar compus din fosfolipide si lipopolysaccharides (Sheu si Freese, 1973). Natura extrem de încarcat al lipopolysaccharides confera unei taxe globale negative asupra peretelui celular theGram-negativeSherbert (1978) a aratat ca grupurile anionici functionale prezente în peptidoglicanului, acizi teichoic si acizi teichuronic de bacterii Gram-pozitive, si peptidoglicanului, fosfolipidele, si lipopolysaccharides de bacterii Gram-negative au fost componentele în

primul rând responsabile pentru caracterul anionici si metal -capacitatea de legare a peretelui celular.polizaharide extracelulare sunt, de asemenea, capabile de metale obligatorii (McLeanet al, 1992.). Fig. 1. Structura de bacterii Gram-pozitive si negative.Cu toate acestea, disponibilitatea lor depinde de speciile bacteriene si a conditiilor de crestere, si acestea pot fi indepartate cu usurinta de perturbare mecanice sau chimice simple spalare (Yee si Fein, 2001) ..5.2. Mecanism de biosorption bacterienePeretelui celular bacterian este prima componenta care vine în contact cu ionii de metal / vopsele, unde a substantelor dizolvate pot fi depozitate pe suprafata sau în interiorul celulei structura peretelui (Beveridge si Murray, 1976; Doyle et al, 1980.).

Deoarece themode de absorbtia solutiei de celule moarte / inactiv este extracelular, grupe chimice functionale ale peretelui celular joaca un rol vital în biosorption. Având în vedere natura componentelor celulare, mai multe grupuri functionale sunt prezente pe peretele celulei bacteriene, inclusiv carboxil, amine fosfonat, si grupurile de hidroxil (Doyle et al, 1980; van derWal et al, 1997..)Ca acestea sunt incarcate negativ si abundent disponibile, grupe carboxil participe activ la cationii obligatoriu ofmetal. Mai multe molecule de vopsea, care exista ca cationii colorant în solutii, sunt, de asemenea, atras spre grupe carboxil si alte încarcat negativ. Golab si Breitenbach (1995) a aratat ca grupurile carboxil a peptidoglicanului peretelui celular al pilosus Streptomyces au fost responsabile pentru legarea de cupru.

De asemenea, grupurile de amino sunt foarte eficiente la eliminarea ionilor de metal, deoarece nu numai chelati de ioni cationici metal, dar absoarbe, de asemenea, specii anionice metal sau vopsele prin interactiune electrostatica sau legaturi de hidrogen.Kang et al. (2007) a observat ca grupurile de amino protonate la pH 3 si a atras perceput negativ ioni cromat prin interactiune electrostatica.Vijayaraghavan si Yun (2007b) a confirmat ca grupurile de amino glutamicum C. au fost responsabile pentru legarea de anioni colorant reactive prin atractie electrostatica.În general, cresterea pH-ului creste taxa global negativ pe suprafata celulelor pâna când toate grupurile relevante functionale sunt deprotonata, care favorizeaza atragerea electrochimice si adsorbtie de cationi.Anionii ar fi de asteptat sa interactioneze mai puternic cu celule odata cu cresterea concentratiei de sarcini pozitive, ca urmare a protonarii de grupuri functionale la valori pH mai mic.Chimie solutie afecteaza nu numai chimie suprafata bacteriene, dar metal / speciatie colorant, de asemenea. ionii de metal în solutie supuse hidroliza ca pH-ul creste.În masura în care difera de la valori pH diferite si cu fiecare metal, dar secventa este de obicei de hidroliza este formarea de specii hidroxilati monomerice, urmat de formarea de specii polimerice, iar apoi formarea de oxid de cristalin precipitate dupa îmbatrânire (Baes si Mesmer , 1976).De exemplu, în cazul de solutie de nichel, López et al. (2000) a indicat ca în intervalul de pH 1-7, nichel existat în solutie ca Ni2 + ioni (90%); întrucât, la pH 9, Ni2 + (68%),

Ni4OH4 4 + (10%) si Ni (OH) + (8,6%), co-exista. Diferitele specii chimice ale unui metal apar cu modificarile pH-ul va avea cheltuieli variabile si adsorbability la interfete solid-lichid.În multe cazuri, experimente biosorption realizat la valori ridicate pH alcalin, au fost raportate la complica evaluarea potentialului de biosorbent ca urmare a precipitatiilor metal (Selatnia et al, 2004b;. Iqbal si Saeed, 2007).5.3. Caracterizarea de suprafata bacterieneCaracterizarea de biomasa bacteriana si mecanismele biosorption pot fi elucidate prin diferite metode, inclusiv titrari potentiometrice (Texier et al, 2000;. Yee si Fein, 2001; Phoenix et al, 2002.), Transformata Fourier spectroscopie în infrarosu (Beveridge si Murray, 1980; Jiang et al, 2004;. Vannela si Verma, 2006), difractie de raze X (Carito et al, 1967;. López et al, 2000;. Kelly et al, 2002. ; Kazy et al, 2006), microscopia electronica de baleiaj (Tunali et al, 2006;.. Lu et al, 2006;. Vijayaraghavan et al, 2007),. microscopie electronica de transmisie (Mullen et al, 1989;. Kazy et al, 2006;. Vannela si Verma, 2006) dispersivi si de energie X-ray microanaliza (Small et al, 1999;. Kazy et al, 2006.).titrare potentiometrica au ajutat mai multi cercetatori în determinarea de tipul si numarul de site-uri cu caracter obligatoriu. Yee si Fein (2001) titrat doua Gram-negative si sapte bacterii Gram-pozitive, determinate si valorile pKa si numarul de site-uri disponibile obligatorii. model de imobilizare glutamicum C. într-o matrice polisulfona.Davis et al. (2000), corelata cu succes suma de grupuri de acide, determinat prin titrare potentiometrica, cu capacitate de absorbtie themetalDe natura locurile de legare si implicarea lor în timpul biosorption poate fi evaluata folosind de aproximativ FT-IR. Vannela si Verma (2006) au analizat spectrele FT-IR de platensis virgine si Cu2 + expuse Spirulina.Mai multe transformari formatia a permis autorilor de a prezice posibila implicare a amida, grupuri de amino si carboxil în biosorption de Cu2 + Won et. al. (2005) folosit FT-IR spectre pentru a confirma prezenta a carboxil, amine si grupuri fosfonatului în biomasa glutamicum C..EDX pot oferi informatii cu privire la caracteristicile chimice si elementar de biomasa.Tunali et al. (2006) au analizat atât Pb (II) si Cu (II) încarcate Bacillus sp. folosind EDX, si a confirmat implicarea unui mecanism de schimb de ioni în timpul biosorption lor.În scopul de a elucida natura chimica a celulei bacteriene lantan-obligat, Kazy et al. (2006) angajati analize XRD, si a confirmat implicarea carboxil celulare si grupurile de fosfat în legarea de lantan de biomasa Pseudomonas.Pentru a analiza morfologia de suprafata celulei înainte si dupa biosorption, micrografiilor SEM sunt adesea folosite. Cu ajutorul fotografiilor SEM, Lu et al. (2006) vizualizat suprafata de sp metal-încarcate Enterobacter, care pareau a fi vagi si deteriorate de ionii de heavy-metal.. Vijayaraghavan et al. (2007) folosit fotografiile SEM pentru a arata modelul de imobilizare glutamicum C. într-o matrice polisulfona.Metode pentru analiza de suprafata de biomasa si mecanismul de biosorption posibil; prin urmare, sunt bine stabilite6. Pregatirea biosorbents bacterieneÎn ultimii ani, interesul a fost concentrat pe cresterea capacitatii de sorbtie a biomasei. Mai multe biomase, considerate ca fiind deseuri industriale în urma anumitor procese, dispune de capacitati reduse biosorption.

Ca are sorptionmainly loc pe suprafata biomasei, cresterea / activarea locurile de legare de pe suprafata ar fi o abordare eficienta pentru îmbunatatirea capacitatii biosorption.6.1. modificate chimic biosorbentsChimice procedurilor de modificare includ pretratare, site-ul accesoriu obligatoriu, modificarea site-ul obligatoriu si de polimerizare.pretratare comune chimice includ acid, alcalin, tratamente etanol si acetona a biomasei (Vijayaraghavan andYun, 2007b; Selatnia et al, 2004a;. Göksungur et al, 2005;. Bai si Abraham, 2002).Succesul de o pretratare chimic depinde foarte mult de componentele celulare a biomasei în sine. În multe cazuri, pretratare acide sa dovedit a fi de succes, acest lucru se datoreaza faptului ca o parte din ionii de impuritati si blocarea site-urile obligatorii pot fi usor eliminateVijayaraghavan si Yun (2007b) angajati mai multi agenti chimici (acizi minerali, NaOH, Na2CO3, CaCl2 si NaCl) pentru pretratare a glutamicum C. în biosorption ofReactive negru 5.Autorii 5.The identificate 0.1M HNO3 ca beingmost potrivite pentru deschiderea site-uri newbinding, care consolidata reactive negru 5 capacitate de absorbtie de 1,3 ori mai mare ca cea a biomasei brute.Cu toate acestea, cea mai mare masura a metodelor de îngrijire atenta si screening-ul trebuie sa fie angajat pentru selectarea agentilor chimice corespunzatoare pentru pretratareSar et al. (1999) a observat ca metal (Cu2 + si Ni2 +) absorbtia capacitatea celulelor liofilizat auruginosa Pseudomonas a fost sporita atunci când pretratati cu NaOH, NH4OH sau toluen; întrucât, incalzire cuptor (80 ° C), autoclavare, acid, detergent si tratamente acetona au fost inhibitor .Chiar daca aceste pretratare chimice sunt aproape esentiale pentru cea mai mare parte biosorbents, în special industrialwastes, imbunatatiri semnificative în capacitatile biosorption lor nu poate fi întotdeauna de asteptatÎn schimb, îmbunatatirea sau modificarea site-uri cu caracter obligatoriu pe o biomasa pare a spori capacitatile biosorption de falduri multiple. Carboxil, amine, fosfonat, sulfonat si grupari hidroxil au devenit bine stabilit ca fiind responsabile pentru metal / colorant obligatorii.Ca densitatea acestor grupuri este scazuta, cele mai multe biosorbents arata capacitati reduse de sorbtie. diverse proceduri sunt disponibile pentru consolidarea acestor grupuri functionale pe biomasa.În general, inutile / grupuri functionale mai putin importante pot fi convertite în grupuri active cu caracter obligatoriu prin mai multe metode de tratament chimic. Jeon si Holl (2003) folosit acidul cloroacetic pentru a introduce carboxil în loc de grupari hidroxil.Apoi, biomasa carboxilate a fost tratat cu etilendiamina urmata de carbodiimida pentru a forma biomasa aminated. Autorii au observat ca cresterea în grupurile de amino a crescut de absorbtie de mercur cu 47%, comparativ cu cea a controlului.Li et al. (2007), acid citric angajati pentru a modifica o biomasa alcalino-saponificata, care a crescut site-uri total acide, dar o scadere de site-uri de baza. În special, au raportat ca biomasa modificate pentru a utiliza 0.6 mol / L acid citric la 80 ° C timp de 2 ore capacitatea de absorbtie a expus cadmiu de doua ori decât cel al biomasei prime.

Multe studii s-au concentrat pe consolidarea site-uri active cu caracter obligatoriu pentru a îmbunatati biosorption; cu toate acestea, mai putina atentie a fost acordata site-urile de inhibitie.De exemplu, grupurile de amino sunt responsabile pentru legarea de anioni colorant prin interactiune electrostatica; întrucât prezenta unor grupuri incarcate negativ, cum ar fi carboxil, poate respinge anioni colorant.andYun Vijayaraghavan (2007a) a observat biosorption 111.8mg Reactive negru 5 / g pentru glutamicum virgin C., dar când grupe carboxil au fost mascate de participare, biosorption biomasa expuse de 257.3 mg Reactive 5 negru / g.Un alt mod eficient pentru introducerea de grupe functionale pe suprafata biomasa este altoirea lanturi polimerice lungi pe suprafata biomasei prin altoire direct sau polimerizarea unui monomer.Cu toate acestea, foarte putine cercetari s-au concentrat în special pe acest aspect. Deng si Ting (2005a, b, c, 2007) a lucrat extensiv cu polyethylenimine, compus dintr-un numar mare de grupuri de amine primare si secundare, care, atunci când reticulat cu biomasa expuse bune abilitati de biosorption fata de crom (VI), cupru, plumb, nichel si arsen.În 2005b, Deng si Ting copolymerized acid acrilic pe suprafata biomasa pentru a spori grupe carboxil, care a dus la cinci si sapte ori mai mare pentru îmbunatatiri capturilor de cupru si cadmiu, respectiv, în comparatie cu biomasa curat.Poli (acid AMIC), de la reactia de dianhydride pyromellitic si tiouree, care cuprinde un numar mare de grupuri de amine carboxil si secundar într-o molecula, atunci când altoite pe suprafata biosorbent, expus 15 - si creste de 11 ori în capturilor de plumb cadmiumand , respectiv, în comparatie cu biomasa curat. (Yu et al, 2007.).6.2. modificate genetic biosorbentsIngineria genetica are potentialul de a imbunatati sau redesign microorganisme, în cazul în care sistemele biologice metal-separare va avea o capacitate mai mare intrinseca, precum si specificitatea si mai mare rezistenta la conditiile ambientale (Bae et al, 2000;. Majare si Bulow, 2001).Este bine cunoscut faptul ca biosorbents virgin, de obicei, lipsa de specificitate în metal-obligatoriu, care poate provoca dificultati în recuperare si de reciclare a metalelor dorit (e). modificarea genetica este o posibila solutie pentru a spori selectivitatea precum si proprietatile acumularea de celule (Pazirandeh et al, 1995.).modificarii genetice ar fi fezabila în special atunci când biomasa microbiana este produs din procesele de fermentatie în cazul în care microorganisme modificate genetic sunt folosite. In zilele noastre, multe tipuri de aminoacizi si acizi nucleici sunt produse într-o scara industriala prin folosirea celulelor modificate genetic microbiene.organismelor superioare raspunde la prezenta metalelor, cu producerea de peptide cisteina bogate, cum ar fi glutationul (GSH) (Singhal et al., 1997), phytochelatins (PC) si metallothioneins (MTS) (Mehra si Winge, 1991), care pot lega si ionii de metal sechestrul în forme biologic inactiv (Hamer, 1986; Bae et al, 2000.).Exces a MTS în celulele bacteriene va duce la o acumulare de metal consolidata si, astfel, ofera o strategie promitatoare pentru dezvoltarea biosorbents microbiene bazate pe pentru remedierea contaminarii cu metale (Pazirandeh et al, 1995.).În plus fata de o mare selectivitate si capacitatea de acumulare, Pazirandeh et al. (1995) au demonstrat ca absorbtia acestuia de catre E. coli recombinant (exprima metalotioneina Neurospora gena crassa în spatiul periplasmic) a fost rapida.

În plus fata de o mare selectivitate si capacitatea de acumulare, Pazirandeh et al. (1995) au demonstrat ca absorbtia acestuia de catre E. coli recombinant (exprima metalotioneina Neurospora gena crassa în spatiul periplasmic) a fost rapida.Mai important, expresia intracelulara de MTS poate preveni reciclare a biosorbents, ca metalele acumulate nu pot fi usor de pus (Gadd si White, 1993). Chen si Georgiou (2002) a sugerat o solutie pentru a ocoli aceasta problema de transport prin exprimarea MTS de pe suprafata celulei.Sousa et al. (1996) a demonstrat posibilitatea de inserare a MTS în site-ul permisiv 153 din secventa Mielului. Expresie a proteinelor hibrid de pe suprafata celulei a crescut dramatic acumularea întregului celule de cadmiu. De asemenea, expresia de proteine pe suprafata ofera o alternativa ieftina pentru pregatirea de adsorbanti afinitate (Georgiou et al, 1993.).Utilizarea de PC-uri într-un mod similar cu MTS a fost de asemenea sugerat (Bae et al, 2000.). PC-urile sunt peptide scurte, cisteina-bogate, cu structura generala (?Glu-Cys) nGly (n = 2-11) (Zenk 1996).PC-uri ofera multe avantaje fata de MTS, din cauza caracteristicilor lor unice structurale, în special unitatile continuu repetarea ?Glu-Cys. De asemenea, PC-uri au fost gasite pentru a expune mai mare capacitate metal-obligatorii (pe cap de cisteina) decât MTS (Mehra and Mulchandani, 1995).Cu toate acestea, dezvoltarea a organismelor exces PC-uri necesita o cunoastere aprofundata a mecanismelor implicate în sinteza alungire si lantul de aceste peptide.Mai multe biosorbents, afisarea peptide metal-obligatorii de pe suprafata celulei, au fost proiectate cu succes. Un exemplu tipic include crearea un motiv repetitiv metal-obligatoriu, compus din (Glu-Cys) nGly (Bae et al, 2000.). Aceste peptide întreaca structura de PC-uri, cu toate acestea, ele difera în faptul ca legatura între peptida acidul glutamic si cisteina este un standard de peptida de obligatiuni a.analogi Phytochelatin s-au dovedit a fi prezenti pe suprafata bacteriene, care a sporit acumularea de Cd2 + + si Hg2 de 12 - (Bae et al, 2000.) si de 20 de ori (Bae et al, 2001.), respectiv.Încercarile de a crea bacterii recombinant cu o capacitate de metalbinding îmbunatatita pâna acum au fost limitate la Escherichia coli cea mai mare parte. Acest lucru se datoreaza faptului ca E. coli faciliteaza foarte mult experimente genetice de inginerie si în care se constata sa aiba o suprafata mai mare pe unitate de masa de celule, care potential ar trebui sa ofere rate mai ridicate de indepartare a metalului din solutie (Chen si Wilson, 1997).Cu toate acestea, un Gram-pozitiv sistem de afisaj de suprafata, de asemenea, dispune de propriile merite fata de bacteriile Gram-negative (Malik et al, 1998, Samuelson et al, 2000..): (A) translocatie printr-un singur membrana este necesara, si (b ) bacterii Gram-pozitive s-au dovedit a fi mai rigid si, prin urmare, mai putin sensibile la forfecare fortelor (Kelemen si Sharpe, 1979) ca urmare a peretelui celular gros din jurul celulelor, ceea ce le face potential mai potrivite pentru aplicatii în câmp, cum ar fi bioadsorption.Samuelson et al. (2000) a generat xylosus recombinant tulpini de Staphylococcus aureus si carnosus, cu proteine de suprafata-expuse himeric care contin peptide polyhistidyl. Ambele tulpini de stafilococi câstigat îmbunatatit capacitatile de nichel-obligatoriu ca urmare a introducerii de peptide H2 H1or în proteine de suprafata lor.

Datorita lor de înalta selectivitate, biosorbents modificate genetic se poate dovedi foarte competitiv pentru separarea de toxine si de alti poluanti din solutii diluate contaminate.6.3. biosorbents imobilizatebiosorbents microbiene sunt, de fapt particule mici, cu o densitate scazuta, rezistenta mecanica si rigiditate saraci putin. Chiar daca ei au merite, cum ar fi capacitatea biosorption mare, atingerea rapida starea de echilibru, procesul de cost si mai putin bun transfer de masa de particule, ei sufera de multe ori mai multe dezavantaje.Cele mai importante includ probleme de separare solid-lichid, biomasa posibil umflarea, incapacitatea de a se regenera / reutilizarea si dezvoltarea de cadere de presiune înalta în modul de coloana (Veglio si Beolchini, 1997; Vijayaraghavan si Yun 2007a).

Mai multe tehnici stabilite sunt disponibile pentru a face biosorbents potrivite pentru aplicatii de proces. Printre acestea, tehnici de imobilizare cum ar fi blocarea si reticulare s-au dovedit a fi practice pentru biosorption (Veglio si Beolchini, 1997; Volesky, 2001)Imobilizarea de microorganisme într-o matrice polimerica a expus un potential mai mare, mai ales în ambalate sau reactoare pat fluidizat, cu beneficii inclusiv controlul de dimensiunea particulelor, regenerarea si refolosirea a biomasei, separarea usoara a biomasei si încarcarea efluentilor, biomasa ridicat si înfundarea minima sub conditiile în flux continuu (Hu si Reeves, 1997).Foarte putine eforturi au fost facute pentru a utiliza conceptul de imobilizare pentru vopsea (Fu si Viraraghavan, 2003;. Vijayaraghavan et al, 2007), comparativ cu biosorption metal (Hu si Reeves, 1997;. Prakasham et al, 1999; andViraraghavan Yan, 2001; Khoo si Ting, 2001; Beolchini et al, 2003;. Bai si Abraham, 2003).imobilizarea Important matrici utilizate în imobilizare biosorbent include alginat de sodiu (Bai si Avraam, 2003;. Xiangliang et al, 2005), polisulfona (. Beolchini et al, 2003; Vijayaraghavan et al, 2007.), poliacrilamida (Bai si Abraham, 2003) si poliuretan (Hu si Reeves, 1997).Alegerea de imobilizare matrice este un factor cheie în aplicarea de mediu a biomasei imobilizat. Matrice polimera determina rezistenta mecanica si rezistenta chimica a particulelor biosorbent final care urmeaza sa fie utilizate pentru cicluri succesive de sorbtie-desorbtie (Bai si Abraham, 2003).Cu toate acestea, trebuie avut grija pentru a evita problemele practice generate în timpul procesului de imobilizare, în special, limitarile de transfer de masa si costuri suplimentare proces. Dupa imobilizare, biomasa va fi, de obicei, pastrate în interior al matricei utilizate pentru imobilizarea, prin urmare, rezistenta la transfer de masa va juca un rol vital în a decide rata de biosorption.de obicei, incetineste atingerea echilibrului; totusi, o imobilizare de succes matrice ar trebui sa permita tuturor site-urilor active obligatorii pentru a avea acces la solutiei, chiar si la un ritm mai lent. Vijayaraghavan et al. (2007) a raportat imobilizarea glutamicum C. într-o matrice polisulfona a întârziat atingerea echilibrului; cu toate acestea, absorbtia colorant a fost aproape comparabila cu cea a biomasei libere.Apoi, imobilizarea biomasa îmbunatateste, de obicei, costurile procesului. Biosorption este de obicei portretizat ca un proces de cost eficient, care este adesea evidentiat ca optiune atractiva comparativ cu cea a altor tehnologii dovedite. Desi imobilizarea biomasei pentru unicul scop de a biosorption va spori costurile de proces, este adesea necesar pentru punerea în practica a biosorption în aplicatii reale.

Nevoia de biomasa microbiana în aplicatii biosorption este discutabil, mai ales atunci când exista disponibilitatea de biosorbents extrem de rigid si eficiente, cum ar fi alge marine. Raw / algele marine neprelucrate s-au dovedit a fi biosorbents bun pentru ioni de metale, si sunt, de asemenea, extrem de stabil în conditii acide.mai multi cercetatori au succes regenerate si refolosite alge peste un numar de cicluri pentru ionii eliminarea ofmetal (Vijayaraghavan et al, 2005a;. Senthilkumar et al, 2006.). Volesky et al. (2003) regenerate si refolosite virgin Sargassum filipendula încarcate flux-prin coloana ambalate peste zece cicluri în timpul biosorption de cupru.Cu toate acestea, stabilitatea de alge marine în conditii alcaline este de îngrijorare, deoarece ele tind sa se umfle în conditii de mare pH-ului, în principal datorita componentelor celulare. În general, algele nu sunt foarte eficiente în biosorption de coloranti, din cauza naturii de locurile de legare. În schimb, biomateriale microbiene, cum ar fi bacterii si ciuperci, metal expune ridicat si în care consumurile de colorant. De asemenea, deseurile generate microbiene fermentatie bymany industrii / alimente determina o pacoste, iar eliminarea lor este de mare îngrijorare. De exemplu, C. glutamicum, bacterie Agram-pozitiv, iswidely folosite pentru producerea biotehnologice de aminoacizi.În prezent, productia de aminoacizi din procesele fermentative folosind C. sumele glutamicum la 1.500.000 si 550 mii de tone pe an de L-glutamat si L-lizina, respectiv (Hermann, 2003)Prin urmare, glutamicum C. deseurilor generate dupa fermentare este de obicei ridicata si utilizarea potentialului acestor deseuri este de interes. Yun si co-lucratorilor a examinat potentialul biosorption de glutamicum C. si a identificat capacitatea excelenta pentru colorarea reactive obligatoriiCu toate acestea, aceasta biomasa este asociat cu probleme în timpul desorbtie, deoarece tinde sa se umfle sub mediile alcaline.Vijayaraghavan et al. (2007) imobilizat glutamicum C. în mai multe matrici polimerice, polisulfona si identificat ca un agent favorabil si practice imobilizarea, care au aratat capacitatea de biosorption de coloranti reactivi peste douazeci de cicluri succesive sorbtie-desorbtie.O trecere în revista a literaturii referitoare la biosorption a dezvaluit ca mai multe biomase microbiene au fost cultivate si explorate pentru potentialul biosorption lor. Costul pentru producerea de biomasa pentru unicul scop de a transformarii sale în biosorbents sa dovedit a fi prea scump (Tsezos, 2001).În plus, furnizarea continua de biomasa nu poate fi asigurata, care va avea un impact enorm asupra aplicarii sale cu succes in aplicatii industriale biosorption.7. Biosorption procedurile experimentaleUn proces biosorption poate fi efectuat prin mai multe moduri, din care, lot si continua moduri de operare sunt frecvent utilizat pentru a conduce procesele de scara de laborator biosorption.Desi cele mai multe aplicatii industriale prefera un mod continuu de functionare, experimente lot trebuie sa fie utilizate pentru a evalua informatiile solicitate fundamentale, cum ar fi eficienta biosorbent, conditii optime experimentale, rata biosorption si posibilitatea de regenerare a biomasei .7.1. Factorii care influenteaza biosorption lot bacteriene

O reprezentare schematica a procesului de biosorption lot este ilustrat în Fig. 2. experimente Batch, de obicei, se concentreze pe studiul factorilor care influenteaza biosorption, care sunt importante în evaluarea potentialului biosorption plin de orice biomaterial. Factori importanti se numara:Solutie pH-ulTemperaturaIonice rezistentaBiosorbent dozare# Biosorbent dimensiunea# Concentratia initiala solvate# Rata AgitatieDintre acestea, pH-ul solutiei joaca, de obicei, un rol major în biosorption, si pare sa afecteze chimia solutia de metale / colorantilor si activitatea grupurilor functionale a biomasei.Pentru metale, pH-ul influenteaza puternic disponibilitatea speciatie si biosorption de ioni metalici (Yang si Volesky, 1999b; Esposito et al, 2002.).

K. Vijayaraghavan, Y.-S. Yun / Biotechnology Advances 26 (2008) 266–291 Fig. 2. Diagrama schematica a echilibrului biosorption lot procedura experimentala.Solutie la pH mai mare, solubilitatea complexelor metal scade permite suficient de precipitatii, care pot complica procesul de sorbtie. Activitatea de site-uri cu caracter obligatoriu pot fi, de asemenea, modificata prin ajustarea pH-ului.De exemplu, în timpul biosorption de ioni metalici de biomasa bacteriana, pH-ul 3-6 a fost gasit favorabil pentru biosorption (tabelul 2), ca urmare a grupurilor încarcate negativ carboxil (pKa = 3-5), care sunt responsabile pentru metal obligatorii cererile prin intermediul mecanismului de schimb de ioni.În cazul biosorption de coloranti, diferite clase de colorare necesita diferite intervale de pH-ului. De exemplu, coloranti de baza necesita conditii alcaline sau neutre (Farah et al, 2007.); Întrucât, coloranti reactivi cererea conditiile puternic acide pentru biosorption lor optima (O'Mahony et al, 2002.).Temperatura pare sa afecteze biosorption numai într-o masura mai mica în intervalul 20-35 ° C (Veglio si Beolchini, 1997).Temperaturile ridicate spori, de obicei, sorbtie datorita activitatii suprafata a crescut si energia cinetica a solutiei (SAG si Kutsal, 2000; Vijayaraghavan si Yun, 2007b); cu toate acestea, daune fizice biosorbent se poate astepta la temperaturi mai mari.Datorita naturii exoterme a unor procese de adsorbtie, o crestere a temperaturii a fost gasit pentru a reduce capacitatea biosorption a biomasei (Mameri et al, 1999;. Suhasini et al, 1999.). Este întotdeauna de dorit sa se efectueze / evalua biosorption la temperatura camerei, dupa cum aceasta conditie este usor de reprodus.Un alt parametru important în biosorption este forta ionica, care influenteaza adsorbtia a solutiei la suprafata biomasei (Daughney si Fein, 1998; Borrok si Fein, 2005). Efectul de forta ionica poate fi atribuita concurentei între ionii, schimbari în activitatea de metal, sau în proprietatile de strat dublu electric.

Când doua faze, de exemplu, suprafata biomasa si solutului în solutie apoasa sunt în contact, ele sunt obligate sa fie înconjurata de un strat dublu electric din cauza interactiunii electrostatice.Astfel, adsorbtia scade odata cu cresterea tariei ionice (Dönmez si Aksu, 2002). Unor ioni anorganici, cum ar fi clorura, pot forma complexe cu unor ioni metalici si, prin urmare, afecta procesul de sorbtie (Borowitzka, 1988).Doza de o biosorbent influenteaza puternic gradul de biosorption. În multe cazuri, doze mai mici biosorbent capturilor randament mai mare si eficienta mai mica eliminarea procentuala (Aksu si Çagatay, 2006; Vijayaraghavan et al, 2006b.).O crestere a concentratiei de biomasa, în general, creste cantitatea de solvat biosorbed, datorita suprafata crescuta a biosorbent, care, la rândul sau, creste numarul de site-uri cu caracter obligatoriu (Esposito et al, 2001.). În schimb, cantitatea de biosorbed solutiei pe unitatea de greutate de scadere biosorbent cu cresterea dozei biosorbent, care se poate datora interactiunii complexe a mai multor factori.Un factor important la doze mari de adsorbant este ca solutiei disponibile sunt insuficiente pentru a acoperi complet site-uri disponibile de schimb pe biosorbent, de obicei, ca rezultat adoptarea solutiei scazuta (Tangaromsuk et al, 2002.).De asemenea, dupa cum au sugerat Gadd et al. (1988), interferenta dintre locurile de legare, datorita doze crescut biosorbent nu poate fi anulata, deoarece acest lucru va duce la o absorbtie specific redus.Dimensiunea biosorbent joaca de asemenea un rol vital în biosorption. particule de dimensiuni mai mici au o suprafata mai mare, care, la rândul sau, favorizeaza biosorption si rezultatele într-un timp mai scurt echilibrului. În acelasi timp, o particula de biosorption ar trebui sa fie suficient de rezistente pentru a rezista presiunilor si conditiilor aplicabile extreme aplicate în timpul ciclurilor de regenerare (Volesky, 2001).Prin urmare, experimente preliminare sunt obligatorii pentru a decide dimensiune adecvata a unui biosorbent. Daca un biosorbent este disponibil sub forma de praf, precum deseurile industriale, ar trebui depuse eforturi pentru a îmbunatati rezistenta mecanica, cum ar fi granulare, pentru utilizarea efectiva a acesteia în coloanele biosorption.Concentratia initiala a solutiei pare sa aiba un impact asupra biosorption, cu o concentratie mai mare duce la o asimilare solutiei mare (Ho si McKay, 1999b; Ho si McKay, 2000; Binupriya et al, 2007a.).Acest lucru se datoreaza faptului ca la concentratii mai mici initiale solvat, raportul dintre alunite initiala a solutiei la suprafata disponibila este redusa; ulterior, sorbtie fractionata devine independent de concentratia initiala.Cu toate acestea, la concentratii mai mari, site-uri disponibile pentru sorbtie deveni mai putine în comparatie cu alunite prezente solutiei si, prin urmare, eliminarea a solutiei este puternic dependenta de concentratia solutiei initiale. Este întotdeauna necesar sa se identifice potentialul de saturatie maxima a biosorbent, pentru care experimente ar trebui sa fie efectuate la cel mai înalt posibil concentratiei solutiilor initiala.În unele cazuri, difuzia film externi pot influenta rata a unui proces de biosorption. Cu agitatie caz, aceasta rezistenta transfer de masa pot fi minimizate. Atunci când cresterea ratei de agitatie, rata de difuzie a solutiei de lichid în vrac la stratul limita de lichid din jurul particulelor devine mai mare datorita turbulentei consolidata, precum si scaderea în grosimea stratului limita de lichid (Evans et al, 2002.).

În aceste conditii, valoarea coeficientului de difuzie externe devine mai mare (andDuvnjak Shen, 2005). În cele din urma, la rate mai mari agitatie, în stratul limita devine foarte subtire, care sporeste, de obicei, rata la care un difuza solutiei prin stratul limita.7.2. Biosorption izotermeleCalitatea unui biosorbent este judecat de cât de mult sorbat poate atrage si retine într-o forma imobilizata. Adoptarea solutiei de catre un biosorbent poate fi calculata din diferentele dintre cantitatile initiala a solutiei adaugate cu cea continuta în supernatant, care este realizat folosind urmatoarea ecuatie:Q ¼ V0C0 _ VfCf ð Þ=Munde Q este absorbtia solutiei (mg / g); C0 Cf. si concentratiile initiale si echilibru solutului în solutie (mg / l), respectiv; V0 si Vf. volumele initiale si finale solutie (l), respectiv, si M masa de biosorbent (g).Absorbtie sorbtie pot fi exprimate în unitati diferite, în functie de scopul exercitiului: de exemplu, miligrame de solutiei absorbita pe gramof mmol (uscat) biosorbentmaterial (baza pentru calcule ingineresti bilantului proces-masa), sau / g (în cazul în care stoichiometrie si / sau mecanism trebuie sa fie luate în considerare).Un izoterma biosorption, complot de absorbtie (Q) fata de concentratia de echilibru solutului în solutie (Cf), este adesea utilizat pentru a evalua performanta sorbtie.curbe izoterma pot fi evaluate de catre diferite concentratii initiale solvat, în timp ce de stabilire a parametrilor de mediu, cum ar fi pH-ul, temperatura si forta ionica.În general, absorbtia creste cu cresterea concentratiei, si va ajunge la saturatie la concentratii mai mari. Launtrul studii biosorption, pHseems a fi un parametru important pentru evaluarea unei izoterm.Cu toate acestea, confuzie predomina în izotermelor de raportare bazat pe pH-ului. În literatura de specialitate referitoare la biosorption, izotermele au fost raportate pe baza initiala (Aksu et al, 2002; Fu si Viraraghavan, 2002.), Final sau controlate (Davis et al, 2000 (Reddad et al, 2002.). ; Esposito et al, 2001) conditiile de pH-ul..Acest lucru se datoreaza faptului ca, în timpul biosorption, pHof amestecul de reactie tinde sa se schimbe din cauza interactiunii dintre chimice biomasa si adsorbantComponentelor chimice a unei biosorbent si natura mechanismseemto biosorption bemainly responsabil pentru orice schimbare de pH-ului. De exemplu, o biomasa bacteriana protonate Comunicate de ioni H + în timpul biosorption de metale / coloranti, care, la rândul sau, scade pH-ul solutiei.Aceste modificari în programul Phare rapid în cursul perioadei initiale, ca de cele mai multe reactii tinde sa apara în timpul etapei initiale, urmata de atingerea lenta a echilibrului. Mai multe rapoarte au subliniat ca pH-ul ar trebui sa fie controlate pe întreaga perioada de contact pâna la atingerea unui echilibru (Kratochvil si Volesky, 1998; Vieira si Volesky, 2000).Cu toate acestea, aceasta este o sarcina destul de complexa, care necesita instrumente sofisticate. De asemenea, adaugarea de agenti chimici pentru a mentine pH-ului la optimumlevel ar trebui sa fie încorporate atunci când se calculeaza o asimilare specifica (ec. (1)).Biosorption a fost de asemenea raportate pe baza de pH-ul final, cu afirmatia ca pH-ul finala de echilibru determina performanta unui sistem de sorbtie. Deoarece experimentele lot sunt concepute pentru a evalua informatiile fundamentale privind o biosorbent cazuri,

în cazul în care pH-ul este controlat va oferi o imagine reala a potentialului unei biosorbent si utilizare în modelarea echilibrul chimic.7.3. lot experimental de modelare de dateModele au un rol important în transferul de tehnologie de la un laborator la scara industriala. modele adecvate poate ajuta la întelegerea mecanismelor de proces, analiza datelor experimentale, prezic raspunsuri la conditiile operationale si optimizarea proceselor.Ca un mijloc eficient cantitative pentru a compara forte obligatorii si procesele biosorption design, folosind modele matematice pentru predictia a capacitatilor obligatorii pot fi utile (Volesky si Holan, 1995; Limousin et al, 2007.).Biosorption modelare poate fi efectuata în doua moduri generale: ecuatii empirice sau mecaniciste, care sunt în masura sa explice, sa reprezinte si prezice comportamentul experimental.7.3.1. Empirice modelareModelele empirice sunt relatii matematice simple, caracterizate printr-un numar limitat de parametri reglabile, care ofera o buna descriere a comportamentului experimental pe o gama larga de conditii de functionare (Esposito et al, 2002.).Unele modele frecvent folosite si bine stabilit empirice implica doua, trei sau chiar patru parametri pentru a modela date izoterma (Vijayaraghavan et al, 2006a.).Desi aceste modele conventionale empirice nu reflecta mecanismele de absorbtie sorbat, ele sunt capabile de a reflecta curbele experimentale (Kratochvil si Volesky, 1998). De asemenea, în cele mai multe cazuri, ipotezele de la care aceste modele au fost derivate nu sunt valabile pentru biosorption.În ciuda acestui fapt, modelele conventionale Izoterma adsorbtie sunt folosite cu o rata ridicata de succes pentru reproducerea curbe biosorption izoterma. În literatura de specialitate, Langmuir (Langmuir, 1918) si Freundlich (Freundlich, 1907) modele (modele de doua parametru) au fost utilizate pentru a descrie izoterma biosorption.Modelele sunt simple, bine stabilite si au înteles fizice si sunt usor interpretabile, care sunt unele dintre cele mai importante motive pentru utilizarea lor frecventa si extinse.Modelul Langmuir poate fi reprezentata ca:Q ¼ QmaxbLCf1 þ bLCfAcest model clasic încorporeaza doua constante usor interpretabile: Qmax, care corespunde la preluarea realizabile maxim printr-un sistem; si BL, care este legat de afinitate între sorbat si adsorbant. Constanta Langmuir "Qmax" este adesea folosit pentru a compara performanta de biosorbents, în timp ce alte constant "bL" caracterizeaza panta initiala a izoterm.Astfel, pentru un biosorbent bun, un nivel ridicat Qmax si o panta abrupta izotermei initiala (de exemplu, de mare bL) sunt, în general de dorit (Kratochvil si Volesky, 1998).Izoterma Freundlich poate fi reprezentata astfel:Q ¼ KFC1=nFIzoterma Freundlich a fost initial empirice in natura, dar mai târziu a fost interpretata ca sorbtie pe suprafete eterogene sau suprafetelor de sprijin site-uri cu afinitati diferite. Se presupune ca site-urile puternice legare sunt ocupate initial, cu puterea obligatoriu în scadere cu cresterea gradului de ocupare site-ului

Acesta încorporeaza doua constante: KF, care corespunde capacitatii de caracter obligatoriu; si nF, care caracterizeaza afinitate între adsorbant si sorbat.Unele modele de alte doua-parametru utilizate pe scara larga pentru a descrie izoterme biosorption includ,Temkin (Temkin, 1934):Q ¼ RTbTeln aTeCf ð Þ ð4ÞDubnin–Radushkevich (Dubinin, 1960):Q ¼ QDexp _BD RTln 1 þ 1Cf_ _ __2în cazul în care BTE este Temkin constanta referitoare la caldura de sorbtie; mâncat izoterma Temkin constante; gaz R constanta (8.314 J / mol K); T temperatura absoluta; QD adoptarea Dubinin-Radushkevich capacitate de model si BD Dubinin-Radushkevich model constant.În ciuda simplitatii acestor modele de doua parametru, unele modele de trei parametri au fost, de asemenea, utilizate pe scara larga de catre anchetatori, inclusiveRedlich–Peterson (Redlich and Peterson, 1959):Q ¼ KRPCf1 þ aRPCbRPfð6ÞSips (Sips, 1948):Q ¼ KSCbSf1 þ aSCbSfð7ÞKhan (Khan et al., 1997b):Q ¼ QmaxbKCf1 þ bKCf ð ÞaKRadke–Prausnitz (Radke and Prausnitz, 1972a):Q ¼ aRrRCbRfaR þ rRCbR_1fð9ÞToth (Toth, 1971):Q ¼ QmaxbTCf1 þ bTCf ð Þ1=nTh inTîn cazul în care KRP este izoterma model Redlich-Peterson constanta, ARP modelul Redlich-Peterson constante; ßRP Redlich-Peterson exponent model; KS izoterma model inghitituri constante; ca model inghitituri constante; ßS exponentul model soarbe; bK model Khan constante; AK exponentul model Khan; aR si RR sunt Radke-Prausnitz

constante model; ßR model exponentul Radke-Prausnitz; BT model Toth constanta si nT exponentul model TothDintre aceste modele de trei parametru, Redlich-Peterson si modele inghitituri au fost folosite cu succes cele mai multe (Ho et al, 2002;. Vijayaraghavan et al, 2005a.). Modelul Redlich-Peterson este compusa dintr-un exponent (ßRP), care se situeaza între 0 si 1. Exista doua comportamente limitarea: forma Langmuir pentru ßRP = 1 si forma lui Henry lege pentru ßRP = 0. În cazul modelului inghitituri, în concentratii sorbat de scazute, se reduce în mod eficient la izoterma lui Freundlich si, astfel, nu se supune legii lui Henry.Pentru concentratii ridicate sorbat, ea prezice o capacitate de sorbtie monostrat, caracteristica a izotermei Langmuir (Ho et al, 2002.). Descrieri si ipotezele acestor modele cu doua si trei-parametru au fost explicate în alta parte (Aksu, 2005; Vijayaraghavan et al, 2006a;.. Limousin et al, 2007).Cea mai comuna metoda gasite în literatura de specialitate pentru determinarea constantelor izoterm din modele cu doua parametru implica transformarea variabilelor izoterm astfel ecuatia poate fi transformata într-o forma liniara, cu regresie liniara analiza apoi aplicate.Desi o analiza de regresie liniara nu este posibil pentru modelele cu trei sau patru-parametru, un proces si procedura de eroare pot fi utilizate (Ho et al, 2002.). Recent, a existat îngrijorarea cu privire la utilizarea procedurii de liniarizare. Liniarizarea de modele non-linear denatureaza se potrivesc, ca rezultat erori de predictie. De asemenea, utilizarea de liniarizare a cazut în desuetudine cu avansarea recente în computere si software.Predicatie cu succes a constantelor izotermei ar trebui sa faca uz de aceste instrumente extrem de puternic pentru achizitionarea de rezultate mai precise. optimizare non-liniara ofera o metoda mult mai complex, dar matematic riguros, pentru determinarea valorilor parametrilor izotermei (Khan et al, 1997a;. Ho et al, 2002.).7.3.2. Mecanicist modelaremecanismelor modele au fost propuse pentru a descrie adsorbtie solvat pe suprafetele de biomasa (Plette et al, 1995;. Fein et al, 1997, 2001;. Cox et al, 1999;. Haas et al, 2001.). Dezvoltarea unui model mecanicist se bazeaza de obicei pe caracterizarea biomasa preliminare, cu formularea unui set de reactii ipoteza dintre site-urile absorbant si substante dizolvate, care considera, de asemenea, chimie solutia special a substantelor dizolvate.Modelele mecanismelor pot fi adesea caracterizate prin grade diferite de complexitate sau de precizie într-o descriere sistem sa tina seama de eterogenitatea suprafata si alti factori care contribuie la fenomenele de adsorbtie non-ideal (Pagnanelli et al, 2005.).Modelarea mecanismelor de biosorption a fost încercat în mai multe anchete, cu un succes semnificativ (Yang si Volesky 1999b; Pagnanelli et al, 2000;. Yun et al, 2001.).Yang si Volesky (1999b) a folosit relatia de schimb ionic între protoni din biomasa si speciile hidrolizat ioni de uraniu pentru a dezvolta un model biosorption, care a fost capabil sa prezica izotermelor biosorption la valori diferite pH-ului, precum si concentratiile de uraniu desorbtia echilibruÎn ceea ce priveste speciatie crom, Yun et al. (2001) a dezvoltat un model pentru a prezice sorbtie echilibru de date experimentale la diferite valori pH-ului si chromiumconcentrations. Metal hydrolysiswas gasit sa joace un rol important în

biosorption de crom, cu modelul dezvoltat în masura sa descrie datele experimentale cu mare precizie. Yee si Fein (2001) a dezvoltat un model de adsorbtie a corela comportamentul de adsorbtie cadmiu într-o gama larga de specii diferite de bacterii.În acest scop, au angajat mai multe bacterii Gram-pozitive si negative, si a postulat ca adsorbtia metal-bacterii nu a fost dependent de specii bacteriene implicate. Pagnanelli et al. (2003) formulat mecanicist, care au constituit modele pentru proprietatile acide ale componentelor peretelui celular derivate din caracterizarea Arthrobacter biomasa.Aceste modele au relevat complexitatea fenomenului biosorption metal si, de asemenea, au aratat o buna agreementwith datele experimentale.Din conturile literatura, trebuie subliniat faptul ca modelele empirice au fost deseori folosite pentru a descrie datele experimentale. complexitate mai mare, cerinta de titrare sau alte date de biomasa caracterizare si chimie limita de multe ori solutia de aplicare a acestor modele mecaniciste. Cu toate acestea, aceasta abordare ar fi utila în întelegerea si izolarea a mecanismelor de functionare obligatoriu, precum si reprezentarea corecta si reala a seturi experimentale.De asemenea, trebuie subliniat ca singurele metale, humici (Fein et al, 1999;. Borrok si Fein, 2004) si fulvici (Borrok si Fein, 2004) substante au fost utilizate anterior ca model în soluti modelare mecanicist, fara încercari facute sa ia în considerare coloranti ca model solvat, motiv pentru care este necunoscut, dar este, probabil, asociate cu complicatii în întelegerea mecanismului de sorbtie colorant de biomateriale7.4. studii cinetica lotPentru orice aplicatii practice, cinetica procesului de proiectare, operatiuni de control si sorbtie sunt foarte importante (Azizian, 2004). Cinetica sorbtie într-o tratare a apelor uzate este semnificativa, deoarece ofera perspective valoroase în cai de reactie si mecanismul unei reactii sorbtie (Ho si McKay 1999a). De asemenea, descrie cinetica absorbtiei solvat, care, la rândul controleaza timpul de rezidenta al unui sorbat de la interfata solid-solutie (Ho et al, 2000.).Deoarece biosorption este metabolismul-independent, ar fi de asteptat sa fie un proces rapid. De obicei, biosorption celula libera microbiana este compus din doua faze:. O asimilare foarte rapid initial pentru 30-60 min, urmata de atingerea lenta a echilibrului în termen de 2 la 3 h (Celaya et al, 2000; Choi si Yun, 2004; et Lu al, 2006)..Cu toate acestea, atunci când biomasa bacteriana este imobilizat, o întârziere în realizarea de echilibru ar fi de asteptat ca rezultat al rezistentelor de transfer de masa (Veglio si Beolchini, 1997; Wu si Yu, 2007).Sorbtie este un proces multi-pas, format din patru etape consecutive elementare în cazul de margele imobilizat (Guo et al, 2003.): (1) transferul solutiei de la cea mai mare parte a solutiei la pelicula de lichid din jurul margele, (2) transportul solutiei din filmul limita lichid la suprafata de sirag de margele (difuzie externe), (3) transfer de solvat din suprafata la site-urile interne active obligatorii (difuzie intraparticle), si (4) din interactiunea solutiei cu site-uri active obligatoriiÎn general, primele doua etape (de difuzie extern) sunt de obicei rapid, atât timp cât este prevazut agitarea suficienta pentru a evita formarea de o panta de concentrare în solutie. În cazul în a patra etapa se presupune a fi rapid, difuzie intraparticle ulterioare devine pas rata de limitare. Intraparticle difuzie a fost deseori dovedit a fi un factor important în decizia realizarea echilibrului cu utilizarea de margele imobilizat (Vijayaraghavan et al, 2007;. Vijayaraghavan si Yun, 2007a)

Tehnica cea mai frecvent utilizate pentru identificarea implicarea difuzie intraparticle în timpul sorbtia este amenajare a datelor cinetice pentru un complot difuzie intraparticle, dupa cum sa sugerat de Weber si Morris (1963), care este dupa cum urmeaza, qt ¼ kit1=2Acest lucru presupune trasarea absorbtie la un moment dat fata de radacina patrata din acea vreme. Daca acest complot trece prin origine, apoi difuzarea intraparticle este rata determinarea pas. Peste 25models au fost raportate în literatura de specialitate, toate care au încercat sa descrie cantitativ comportamentul cinetic în timpul procesului de adsorbtie (Khraisheh et al, 2002;. Ho, 2006).Fiecare model de adsorbtie cinetic are limitarile sale proprii, care sunt derivate în functie de ipoteze specifice experimentale si teoretice. Chiar daca ei încalca presupozitiile fundamentale, mai multe modele de adsorbtie au fost folosite pentru a testa cu succes datele experimentale biosorption. Dintre acestea, pseudo-si prima modele de ordinul doi au fost deseori folosite pentru a descrie date biosorption cinetice.Pseudo-prim ordin modelqt ¼ qeð1 _expð_k1tÞÞPseudo-model de ordqt ¼ qe 1 _ 11 þ qekt_ _inul doiQe în cazul în care este cantitatea de solutiei absorbita la echilibru (mg / g); QT valoarea solutiei absorbita la momentul t (mg / g); k1 prima rata de echilibru pentru constanta (min-1) si k2 al doilea rata de echilibru pentru constanta (g / min mg). În majoritatea cazurilor care implica biosorption publicat, ecuatia pentru pseudo-a fost constatat ca nu pentru a se potrivi bine în întreaga gama de timpul de contact, dar a fost, în general, aplicabil pe parcursul perioadelor initiale a procesului de sorbtieAcest lucru se datoreaza în principal utilizarea de forma liniarizate de ecuatia. (12), care necesita cunostinte anterioare ale capacitatii de sorbtie echilibru (Qe).Prin urmare, ameans de extrapolare a datelor experimentale pentru t = 8, sau trata Qe ca un parametru reglabil, trebuie sa fie angajat pentru un proces si determinare eroare (McKay et al, 1999.).În schimb, nu este nevoie sa stiti înainte de Qe pentru rezolvarea forma liniara a unui ecuatie pentru pseudo-al doilea. Este, de asemenea bazeaza pe capacitatea de sorbtie a fazei solide, care prezice comportamentul în intervalul întreg studiul, cu un pas chemisorptionmechanismbeing rata de control (McKay et al, 1999.).Datorita meritelor de mai sus, ecuatia pentru pseudo-a doua este capabil sa descrie aproape toate datele cinetice provenite din metal / interactiuni colorant cu biomateriale (Ho si McKay, 1999a; Reddad et al, 2002;. Deng si Ting, 2005b). De asemenea, ar trebui din nou subliniat faptul ca utilizarea formularului neliniare de ecuatii poate evita aceasta eroare în modelare cinetica8. Desorbtie si de regenerareBiosorption este un proces de tratare a solutiilor poluant-poarta pentru a face gratuit contaminant. Cu toate acestea, este de asemenea necesar pentru a putea regenera biosorbent. Acest lucru este posibil doar cu ajutorul de elutants corespunzatoare, care de obicei rezultate într-o solutie concentrata poluant. Prin urmare, realizarea globala a unui proces biosorption este de a se concentra adica solvat,, adsorbtie urmata de desorbtie.

Desorbtia este extrem de importanta atunci când pregatirea biomasa / generatie este costisitoare, deoarece este posibil sa scada si, de asemenea, costul procesului de dependenta a procesului pe un flux continuu de biosorbent. Un proces de desorbtie cu succes necesita selectarea adecvata a elutants, care depinde foarte mult de tipul de biosorbent si mecanismul de biosorption.De asemenea, elutant trebuie sa fie (i) nondamaging la biomasa, (ii) mai putin costisitoare, (iii) de mediu prietenos si (iv), in vigoare. mai multi cercetatori au realizat experimente exhaustiva de screening pentru a identifica elutants adecvate pentru acest proces.Dintre acestea, activitatea de Kuyucak si Volesky (1989) este demn de remarcat, au examinat mai multi agenti chimici la desorb Co2 + de la nodos cobalt-Laden Ascophyllum, si CaCl2 identificate în prezenta HCl ca elutant adecvat. Chiar daca unii agenti chimici efectua bine în desorbtie, se theymay detrimentul biosorbent. Dupa cum sa discutat în sectiunea 7, biomasa bacteriana ridica probleme în timpul desorbtie datorita structurii lor microscopice.Ei tind sa fie afectata de prezenta de ambele conditii puternic acide si alcaline, care sunt adesea folosite în timpul proceselor de desorbtie. Vijayaraghavan et al. (2007) a observat ca glutamicum C. a functionat bine în biosorption reactiv de colorare, cu toate acestea, biomasa a fost grav avariata când desorbtie a fost încercat cu ajutorul 0,1 M NaOH.Executarea unei elutant, de asemenea, depinde foarte mult de tipul de mecanismul responsabil pentru biosorption. De exemplu, atractie electrostatica sa dovedit a fi principalul mecanism responsabil pentru biosorption de anioni perceput negativ la o vopsea de pe suprafata celulelor încarcata pozitiv (O'Mahony et al, 2002.). Prin urmare, ar fi logic sa faca suprafata celulelor negativ folosind solutii alcaline sa respinga coloranti încarcate negativ reactive (Won si Yun, 2008).Elutie este, de asemenea, adesea influentata de volumul de elutant, care ar trebui sa fie cât mai scazut posibil, practic, pentru a obtine concentratia maxima solutului în cel mai mic volum posibil (Volesky, 2001).În acelasi timp, volumul de solutie ar trebui sa fie suficient pentru a asigura solubilitatea maxime pentru desorbit solvateDe asemenea, trebuie sa realizam ca ramâne desorbit sorbat în solutie si un nou equilibriumis stabilit între care si cea (ramase) înca fixat pe biosorbent. Aceasta duce la conceptul de "izotermei desorbtie", în cazul în care echilibrul este puternic deplasata spre sorbat dizolvat în solutie (Yang si Volesky, 1996).Astfel, este necesar sa se evalueze volumul elutant adecvate, care pot fi efectuate folosind experimente cu raporturi diferite solid-la-lichid. Raportul solid-toliquid este definita ca themass a solutiei-încarcat biosorbent la volumul de elutant. Davis et al. (2000) a observat ca raportul solid-toliquid afectat eficienta elutiei de cupru de solutii de CaCl2, în timp ce era aproape independent, în cazul de 0,1 M HCl.Scopul desorbtiei este de a desface un contaminant de la un biosorbent, astfel încât atât solutiei si biosorbent recuperate pot fi refolosite. Dupa desorbtie, biosorbent ar trebui sa fie aproape de forma sa originala, atât morfologic si în mod efectiv. De asemenea, în timpul procesului de desorbtie, îndepartarea tuturor sorbat legat de biosorbent ar trebui sa fie asigurata.Daca acest lucru nu se întâmpla, o utilizare nediminuat, nu se poate astepta în urmatorul ciclu. În domeniul de biosorption bacteriene, Puranik si Paknikar (1999) regenerate si

refolosite polisulfona-imobilizat Citrobacter tulpina mai mult de trei cicluri pentru biosorption de plumb, cadmiu si zinc, folosind 0,1 M HCl si M 0.1 EDTA ca elutants, ci doar cu succes limitat , si a subliniat necesitatea de munca de screening suplimentare.Beolchini et al. (2003) Trapa Sphaerotilus imobilizat într-o matrice de polisulfona biosorption de cupru, si cu ajutorul de 0,05 CaCl2 M, regenerate si refolosite margele de peste 10 de cicluri, cu rezultate satisfacatoare.Una dintre principalele atractii ale biosorption este capacitatea potentiala de a regenera biomasa. Cu toate acestea, cea mai mare parte a lucrarilor publicate a avut drept scop de a evalua capacitatea de legare a biomasei si a parametrilor care afecteaza procesul. Mai putin atentie a fost acordata capacitatii de regenerare a biosorbent, care decide de multe ori aplicabilitatea industriala a unei proces. Astfel, studiile biosorption ar trebui sa accentueze posibilitatea de regenerare a biomasei pentru a îmbunatati procesul de viabilitatea.9. Continua biosorptionStudiile continua biosorption sunt de cea mai mare importanta pentru a evalua fezabilitatea tehnica a unui proces pentru aplicatii reale. Printre coloana configuratii diferite, coloanele ambalate pat au fost stabilite ca fiind un mod eficient, economic si cele mai convenabile pentru procese biosorption (Zhao et al, 1999;. Saeed si Iqbal, 2003; Volesky et al, 2003;.. Chu, 2004).Ei folosesc cele mai bune din diferenta de concentrare, care este cunoscut a fi forta motrice pentru sorbtie, si permite utilizarea mai eficienta a capacitatii de absorbant, ducând la o calitate mai buna efluent (Aksu si Gonen, 2004). De asemenea, absorbtia de pat ambalate are un numar de fond de inginerie de proces, inclusiv un randament ridicat de exploatare si relativ usor de scalare proceduri (Aksu, 2005).contactoare Alte coloana, cum ar fi fluidizat si continua stârnit reactoare rezervor, sunt foarte rar folosite în scopul de biosorption (Prakasham et al, 1999;. Solisio et al, 2000.). Continua stârnit reactoare rezervor sunt usefulwhen biosorbent este în obligatii fiscale o pulbere (Cossich et al, 2004.); Cu toate acestea, ei sufera de mari de capital si costurile de functionare (Volesky, 1987).sisteme de pat fluidizat, care functioneaza continuu, necesita debite mari pentru a mentine particulele biosorbent în suspensie (Muraleedharan et al, 1991.). Fig. 3. Diagrama schematica a aranjament coloana umpluta cu descoperire biosorption si curbele de eluare.9.1. Column biosorptionReprezentarea schematica a unui pat de configurare ambalate este prezentata în Fig. 3, care practic cuprinde o coloana cilindrica ambalate ferm cu absorbant, prin care a apelor uzate este permis sa curga. Initial, cele mai multe dintre solutiei va fi absorbita ca este expus la pat biosorbent proaspete si, astfel, aproape de zero concentrarea ar fi asteptat la iesirea din coloana.Teoretic, acest lucru este în cazul în care transferul are loc cea mai mare masa. Cu toate acestea, dupa cum este nevoie de timp (si lungimea coloanei) pentru o performanta stabilizat, comportamentul coloana initiala nu poate fi considerat ca acest lucru va reprezenta doar un regim tranzitoriu de stat si instabila (Naja andVolesky, 2006a). Odata cu cresterea timpului, pat biosorbent va deveni saturate cu solvat, concentratia de care va creste treptat la priza coloana .

Aici, concentratia descoperire / servicii pot fi fixe, care depinde de toxicitatea solutiei. Pentru majoritatea substantelor dizolvate, 0.01 - 1 mg / l este considerat de concentrare descoperire. În cazul în care concentratia solutiei depaseste aceasta limita în aplicatiile industriale reale, coloana trebuie sa fie scos din functiune active, cu coloana regenerat sau fluxul trecut la o alta coloana.Cu toate acestea, pentru trasee de laborator, functionarea columnshould fi reziliat numai atunci când concentratia solutiei de alimentare cu aproximativ egala cu cea de la priza. Acest lucru se datoreaza faptului ca saturatie coloana complete, ceea ce duce la curba descoperire Sshaped, este important sa se evalueze caracteristicile si raspunsului dinamic al unei coloane biosorption (Aksu, 2005). O curba descoperire tipic este prezentata în Fig. 3.Înregistrarea profilul concentratia la iesire coloana de obicei ca rezultat într-o curba tipic în forma de S, a carui forma si panta sunt rezultatul unor relatii izotermei echilibru sorbtie, transferul de masa si pe toata adsorbantului în coloana, si operationale parametri macroscopici fluid-flux ( da Silva et al, 2002)..Parametrii diferite pot fi folosite pentru a caracteriza performanta unui biosorption pat ambalate, inclusiv lungimea zonei de sorbtie, captarea eficienta de îndepartare, si panta curbei descoperire (Volesky et al, 2003; Vijayaraghavan et al, 2004..). O zona de transfer de masa se vor dezvolta între sectiunea treptat saturate ale coloanei si sectiunea proaspete biosorbent (Naja si Volesky, 2006a). Lungimea acestei zone este important practic, care poate fi calculat din:Zm ¼ Z 1 _ tbte_ _unde Z reprezinta adâncimea pat (cm), si TB si te descoperire coloana si ori epuizare (h), respectiv. De absorbtie este un parametru important adesea utilizate pentru a caracteriza performanta unui biosorbent într-o coloana ambalate. Absorbtie coloana (Qcol) poate fi calculata prin împartirea masa totala de sorbat de biosorbed (MAD) prin care a biosorbent (M).Themass de sorbat de biosorbed se calculeaza din zona de deasupra curbei descoperire (C vs t) înmultita cu rata de curgere. Eficienta de îndepartare (%) poate fi calculat din raportul dintre masa sorbat de biosorbed la masa totala de sorbat de trimis la coloana, dupa cum urmeazaRemoval efficiencyðkÞ ¼ madC0Fte_ 100în cazul în care C0 si F sunt concentratia solutiei de intrare (mg / l) si debit (l / h), respectiv. Este important de remarcat faptul ca eficienta de îndepartare este independenta de masa biosorbent, dar numai în functie de volumul de flux.sa ia în considerare atât de absorbtie si atunci când eficienta de îndepartare a evalua potentialul biosorbentPanta curbei de descoperire de la TB sa te (dc / dt) este adesea folosit pentru a caracteriza forma curbei (Volesky et al, 2003.). Este întotdeauna preferential de a avea o curba descoperire extins cu o panta abrupta, ca o panta abrupta este de obicei rezultatul unei zone mai scurt de transfer de masa, ceea ce presupune un timp mai lung serviciu de

coloana si de utilizare mai mare a portiunii sorbentului interiorul coloanei (Kratochvil si Volesky, 1998).Astfel, pentru biosorbents bun, un progres întârziat, epuizare mai devreme, scurtata zona de transfer de masa, adoptarea de înalta, curba descoperire abrupta si de înalta eficienta îndepartare ar fi de asteptat.Unele microorganisme arata capacitati ridicate biosorption în testele de lot, dar nu reusesc atunci când sunt aplicate la procese în flux continuu. Acest lucru se datoreaza faptului ca performanta într-un mod coloana depinde foarte mult de rezistenta mecanica a biosorbent si cinetica procesului. Acesta este motivul pentru non-aplicabilitatea de biomasa liber microbiene în modul de coloana. Vijayaraghavan si Yun (2007a) a indicat ca nu a fost posibil sa se utilizeze biomasa gratuit C.glutamicum ambalate într-o coloana, asa cum tindeau sa se umfle si forma slam dens care a blocat fluxul de lichid, dar a sugerat ca o cale de atac imobilizarea potential pentru aceasta limitare. Cu toate acestea, o operatiune de coloana prevede doar un timp de contact scurt pentru solutiei si absorbant, si rezistentele de transfer de masa care prevaleaza în margele imobilizata afecta puternic performanta biosorption coloana.Prin urmare, cea mai mare grija trebuie sa fie luate în pregatirea în mod expres o biosorbent pentru utilizarea în modul de coloana. În plus, evaluarea sistematica a parametrilor biosorbent si care afecteaza biosorption ar trebui sa fie evaluata. Unii dintre parametri importanti care afecteaza biosorption ambalate într-o coloana include, inaltimea patului, debitul si concentratia initiala solvat.depinde de cantitatea de biosorbent încarcate în coloana. Zulfadhly et al. (2001) a raportat ca metal absorbtie a crescut pe cresterea înaltimii pat într-o coloana Pycnoporus sanguineus loadedfixed. În mod similar, Vijayaraghavan et al. (2004) au observat o crestere a capacitywhen biosorption nichel pat heightwas crescut de la 15 la 25 cm într-o coaja crab încarcat ambalate coloana. Cresterea capacitatii de absorbtie, cu o profunzime pat cresterea a fost determinata de suprafata a crescut de absorbant, pro

Debitul este o caracteristica esentiala în evaluarea sorbenti pentru tratament continuu de efluenti într-o scara industriala. În general, un debit scazute, favorizeaza biosorption, care poate fi explicata dupa cum urmeaza: (1) atunci când creste debitul, timpul de rezidenta a solutiei în scade coloana, care provoaca efluentului sa paraseasca coloana înainte de atingerea echilibru; (2) atunci când procesul este controlat de transfer de masa intraparticle, un flux mai lent rata de favoruri sorbtia, dar daca controlate de transfer de masa extern, o rata de debit mai mare va duce la scaderea rezistentei film (Ko et al, 2000.).Forta motrice pentru un proces de sorbtie este diferenta dintre concentratia solutiei pe adsorbant si ca, în solutia. Astfel, o concentratie de intrare a crescut solutiei mareste diferenta de concentratie, care favorizeaza biosorption. Padmesh et al. (2006) indicat în timpul Acid albastru 15 biosorption, cea mai mare concentratie colorant initiala a dus la o curba descoperire favorabil, precum si adoptarea ridicat si eliminarea procentuala.9.2. Coloana de regenerareRegenerare a biosorbent este relativ usor într-un aranjament coloana ambalate, cu ajutorul unui elutant.When corespunzatoare coloana devine saturat, fluxul de solutie cu noxe ar trebui sa fie trecuti la fluxul elutant. În general, un proces elutie este de obicei rapid

comparativ cu cea de sorbtie. Astfel, o concentratie ridicata contaminant într-un volum mic elutant ar fi de asteptat în conditii de proces optimizate.De asemenea, este întotdeauna de dorit sa se limiteze contactul de elutant cu adsorbantului. Acest lucru se datoreaza faptului ca, conditii extreme, cum ar fi procesul de solutii extrem de acide sau alcaline sunt deseori angajati pentru elutie; si, astfel, daune morfologice la biosorbent poate fi de asteptat. Prin urmare, debitul optim pentru elutia ar trebui sa fie identificate pentru refolosire cu succes a biosorbent peste cicluri multiple. O curba de elutie tipic este prezentata în Fig. 3.De obicei, o crestere brusca concentrare ar fi de asteptat de la început, urmata de o scadere treptata (Volesky et al, 2003; Vijayaraghavan et al, 2005a..). Chiar si cu optimizarea cu succes a unui proces de eluare, mai multi cercetatori au observat o scadere a performantei biosorption peste ciclurile ulterioare (Saeed si Iqbal, 2003; Volesky et al, 2003; Vijayaraghavan et al, 2004..).O pierdere de performanta sorbtiei în timpul utilizarii pe termen lung poate avea loc pentru o varietate de motive; schimbari în chimie si structura biosorbent, precum si fluxul si conditiile de transport în masa în cadrul coloanei.Din literatura de specialitate, este evident ca foarte putine încercari au fost facute pentru a examina biomasa bacteriana într-un mod continuu de functionare. Multe anchetatorii au propus adecvat de biomasa bacteriana pentru aplicatii industriale, pe baza rezultatelor experimentale lot.Asa cum sa discutat mai devreme, un mod continuu de functionare este de preferat pentru majoritatea aplicatiilor industriale si, astfel, numai ancheta atenta si sistematica a performantelor biosorbent într-un mod coloana va asigura aplicarea acesteia în situatii reale.9.3. Modelarea datelor coloanaModele matematice pentru flux-prin coloane de pat fix au originea în principal, de la cercetare la sorbtie carbon activ si schimbul de ioni sau aplicatii cromatografice. numeroase modele au fost testate pentru coloane fixe biosorption pat, inclusiv:Bohart-Adams model (Bohart si Adams, 1920):CC0¼exp kABC0t _ kABN0ZU0_ _ð16ÞThomas model (Thomas, 1944):C0C¼ 1 þexpkTHFQ0M _ C0Veff ð Þ_ _ð17ÞYoon–Nelson model (Yoon and Nelson, 1984):

CC0¼ exp kYNt _ skYN ð Þ1 þexp kYNt _ skYN ð Þð18Þ282 K. Vijayaraghavan, Y.-S. Yun / Biotechnology Advances 26 (2008) 266–291Modificat doza-raspuns model (Yan et al, 1999.): C0¼ 1 _ 11 þ Veffbmdr_ _amdrð19ÞClark model (Clark, 1987):CC0¼ 11 þ Cn_10Cn_1break_ 1_ _ertbreake_rt0B@1CA1=nîn cazul în care KAB este rata Bohart-Adams constanta (ml / mg min); N0 saturatie capacitatea de pat (mg / l); U0 viteza superficiale (cm / min); KTH rata modelul Thomas constanta (ml / mg min); Q0 concentratie maxima pentru faza solida a solutiei (mg / g); Veff volumul solutiei de trecut în coloana (l); kYN rata modelul Yoon-Nelson constanta (1/min); t timpul necesar pentru 50% sorbat de descoperire (min); amdr si bmdr modificat doza-raspuns constante model; n Freundlich constante; r rata de adsorbtie (mg / min l); si Cbreak si tbreak concentratia descoperire (mg / l) si timp (min), respectiveProiectarea cu succes a unui proces de sorbtie coloana necesita profilul concentratie-timp sau curba descoperire efluent fi prezis (Volesky si Prasetyo, 1994); capacitatea de sorbtie maxima a unui sorbent este, de asemenea, necesara în design. Atât Bohart-Adams si Thomas modele au fost gasite pentru a îndeplini acest scop si, astfel, aplicate pe scara larga la multe investigatii.Texier et al. (2002) utilizate cu succes modelul Bohart-Adams pentru a determina parametrii caracteristici în timpul biosorption de ioni lantanid pe Pseudomonas aeruginosa. Addour et al. (1999) a folosit o linearizat Thomas ecuatie pentru a descrie biosorption de zinc de biomasa rimosus Streptomyces, si calculate cu succes biosorption capacitatea maxima.

În ciuda utilizarii sale largi, model Thomas sufera o anume dezavantaj major, are o valoare fixa la momentul experimental este zero, care nu va fi cazul în realitate. Yan et al. (1999) a subliniat acest aspect si a propus un model nou (modificat doza-raspuns), care a minimalizat eroarea care rezulta din utilizarea modelului Thomas.Pe lânga aceste modele, mai multi cercetatori au folosit transferul de masa si modele mecaniciste pentru a descrie biosorption coloana (Kratochvil si Volesky, 2000; Hatzikioseyian et al, 2001; Zulfadhly et al, 2001;.. Naja si Volesky, 2006a). Având în vedere ca mecanismul responsabil pentru biosorption metal colorant / pe materiale biologice este diferita de cea de carbon activat, nu este oportun sa se angajeze modele conventionale coloana de adsorbtie cu aceste tipuri de date biosorption (Naja si Volesky, 2006a).Cu toate acestea, întelegerea atenta a mecanismului si încorporarea sa în model ar putea fi o abordare adecvata fata de modelare coloana.10. Sisteme multicomponentntitate considerabila de informatii sunt disponibile pe biosorption a sistemelor cu un singur component, dar multe industrii de descarcare de gestiune efluenti care contin mai multe componente. Corespunzator, cunostinte despre modul de un solvat poate influenta absorbtia de altul este de dorit. Multe studii au analizat biosorbents folosind metal pur / solutii de colorare, cu utilizarea lor recomandate pentru efluenti real, care este, de obicei, induce în eroare în comportamentul unui biosorbent tinde sa difere sisteme inmulticomponent.În aceste sisteme, biosorption a solutiei de interes nu numai depinde de proprietatile de suprafata biomasa si parametrii fizico-chimice ale unei solutii, cum ar fi pH-ul si de temperatura, dar si de numarul de substante dizolvate si concentratiile lor. În astfel de cazuri, biosorption vor deveni competitive, cu solutiei o competitie cu un alt pentru a ocupa locurile de legare.biosorption multicomponente a fost obiectul unor studii limitate (Kratochvil si Volesky, 2000; Sag et al, 2000, 2001;. Pagnanelli et al, 2002;. Borrok si Fein, 2004; Borrok et al, 2004;. Naja si Volesky, 2006b ; Park et al, 2006).. Gradul de concurenta si natura mecanismului în sistemele multicomponent trebuie sa fie clar înteles.Cu toate acestea, cu exceptia a câteva cazuri, mecanismul si efectul concurentei au fost inadecvat înteles. Biosorption depinde de marimea si concentratia relativa a fiecarei solvat, care joaca de obicei roluri vitale în a decide natura concurentei între substantelor dizolvate.Maurya et al. (2006) a raportat ca, în timpul biosorption de albastru de metilen si Rodamina B, razele ionice au jucat un rol vital si, datorita raza mai mare ionic, albastru de metilen a fost biosorbed într-o masura mai mare decât Rodamina B. Cu toate acestea, unele studii au aratat ca razele ionice nu pot fi utilizate ca factor de a decide singur atunci când se interpreteaza biosorption mare solutiei în timpul sistemele multicomponent.De exemplu, Texier et al. (1999) observat nici o corelatie cu raza ionic, ca ionii de dimensiune mai mica yterbiu au dovedit a fi afectata în mod semnificativ în prezenta ionilor de lantan mai mari. biosorption Metal de bacterii poate fi influentata, de asemenea, speciatie bymetal în faza apoasa, precum si de proprietatile de suprafata, cum ar fi responsabil si orientarea grupe functionale de pe suprafata celulelorPremuzic et al. (1991) a aratat ca, în plus fata de selectivitate metal, a existat, de asemenea, o diferentiere specie dependenta de capacitatea de absorbtie. Acesti autori, de

asemenea, a constatat diferente semnificative în asimilarea de uraniu si toriu de doua tulpini de P. aeruginosa.Comparativ, multi-metal biosorption a fost mai intens studiate decât sistemele multi-colorant. Motivul pentru aceasta este neclar, dar este convingerea noastra ca acesta nu este asociat cu analiza de solutii multi-coloranta Procedura spectrofotometrice pentru determinarea concentratiei de fiecare colorant într-un sistem binar este bine stabilit, si a fost folosita cu succes în unele studii biosorption; cu toate acestea, valabilitatea acesteia depinde foarte mult de chimie solutie de fiecare colorant (Al-Duri si McKay, 1991) .Ofmulticomponent predictie de date biosorption a fost întotdeauna complicat din cauza efectelor interactive si competitive implicate. În consecinta, alegerea adecvata a unui model, în cazul în care mecanismul de competitiv este luat în considerare este crucial. Cu toate acestea, o analiza a literaturii de specialitate a relevat faptul ca datele cu un singur component izotermei au fost deseori folosite pentru a prezice date multicomponent.Ecuatia extins Langmuir este un model tip, care a fost larg utilizate pentru datele adsorbtie multicomponent (SAG et al, 1998;. Choy et al, 2000.). Acest model presupune o energie constanta de sorbtia, nici o interactiune între componente si concurenta egala între specii pentru site-uri sorbtie (Choy et al, 2000.).Aceste presupuneri nu sunt valabile în conditii reale, deoarece interactiunile sorbat tind sa apara în sistemele multicomponent. Pentru a încorpora interactiune sorbat de-sorbat si concurenta, un factor de interactiune (?) a fost introdus intr-o ecuatie extins Langmuir (McKay si Al-Duri, 1987), care a amestecurilor binare are urmatoarele forme:

Q1 ¼ Qmax1b1 C1=g1 ð Þ1 þ b1 C1=g1 ð Þþb2 C2=g2 ð Þð21ÞQ2 ¼ Qmax2b2 C2=g2 ð Þ1 þ b1 C1=g1 ð Þþb2 C2=g2 ð ÞAceste ecuatii au fost folosite cu un oarecare succes (Choy et al, 2000;. Aksu si Isoglu, 2007), cu toate acestea, utilizarea datelor singlecomponent pentru a descrie o izotermei multicomponent limitele adesea aplicabilitatea sa. În mod similar, Sheindrof et al. (1981) a propus o ecuatie de tip multicomponent Freundlich, care a inclus un coeficient competitiv (?ij), bazat pe ipoteza ca exista o distributie exponentiala a energiilor adsorbtie disponibile pentru fiecare solvat.Acest lucru poate fi reprezentat dupa cum urmeaza:ðQÞ ji¼ KFiCfi Cfiþ hijCfj_ 1=ni ½ð Þ_1_în cazul în care (Q) ij este cantitatea de solvat, i, absorbita pe unitate de greutate de sorbent în prezenta j solvat, KFi Freundlich un singur component constanta pentru solutiei i si Ni exponentul Freundlich pentru solvat i. Ec. (23) implica, de asemenea, date cu un singur component echilibru si, astfel, de multe ori nu reusesc sa calculeze cu exactitate echilibre amestec experimental.

În plus fata de cele doua ecuatii de mai sus, mai multe ecuatii, de exemplu, cele de Fritz si Schluender (1974), Crittenden andWeber (1978) si et al Khan. (1996, 1997a), cu parametrii reglabil suplimentare au fost propuse. Cu toate acestea, ca numar de substante dizolvate într-un amestec creste, numarul de parametrii suplimentari care urmeaza sa fie determinate de echilibre amestec experimental devine mai mare, în cazul în care utilizarea acestor ecuatii devine impracticabil.Ideal adsorbit Solution (IAS), teoria a fost utilizata cu succes pentru a caracteriza adsorbtie competitiv pentru carbuni activi. Myers si Prausnitz (1965) a prezentat teoria IAS pentru adsorbtie gazoase multicomponent faza. Radke si Prausnitz (1972b) a extins mai târziu teoria IAS la solutii diluate lichid. Suzuki si Misic (1973) a aplicat izoterma lui Freundlich la teoria IAS, si a dezvoltat ecuatii usor de utilizat pentru estimarea de echilibru multicomponent.În cele din urma, Furuya et al. (1986) a extins modelul Suzuki lui, si a dezvoltat o tehnica pentru a determina parametrii izoterma din probe apoase multicomponent.În afara de a fi utilizate pe scara larga pentru sorbtie gaz faza de hidrocarburi (Li si Orhan, 1994), teoria IAS a devenit se concentreze pentru a studia sorbtie a colorantilor / metale pe adsorbanti (Ko et al, 2004; Choy et al,.. 2004). Avantajele majore ale teoriei IAS sunt ca acesta are o baza solida termodinamice si necesita numai de parametrii singur component izoterm pentru a prezice echilibrul de sorbtie pentru un sistem multicomponent.Teoria IAS se bazeaza pe presupunerea ca faza adsorbite pot fi tratate ca o solutie ideala pentru ca a componentelor adsorbite. Teoria sa dovedit a fi de succes în mai multe cazuri, de exemplu, Choy et al. (2004) testat patru izotermelor utilizând teoria IAS, si anume izotermele Langmuir, Freundlich, Redlich-Peterson si soarbe.A izotermelor examinat, autori identificati modelul trecuta-Redlich-Peterson ofera cea mai buna predictie a datelor binare pentru sorbtie a colorantilor acide pe carbon activ. Cu toate acestea, teoria IAS necesita solutii consumatoare de timp sau grafice extinse metode de calcul.Putini anchetatorii au încercat sa efectueze modelarea mecaniciste de date biosorption multicomponent. Chong si Volesky (1995) a propus un model mecanicist care a considerat nu numai un tip de interactiune Langmuir, dar, de asemenea, prezenta simultana de reactii de schimb ionic, care a luat în considerare efectul posibil al reactiilor inversa a ionilor stramutate efectiv prezent la început pe site-uri active.Fowle si Fein (1999) a propus un model mecanicist atât pentru biosorption metal binare si ternare pe doua bacterii Gram-pozitive. Acest model considerat speciatia metal, si a emis ipoteza un set de reactii, care combina constante si balantele site.Ca o observatie de încheiere, trebuie subliniat faptul ca munca foarte putin a fost efectuata pe studiul efectelor concurentei în timpul biosorption în special în cazul de coloranti. Întelegere corecta si evaluarea mecanismelor concurentiale sunt obligatorii pentru aplicarea cu succes a biosorption a efluentilor real.11. Aplicarea biosorption a efluentilor industriale realeDupa cum sa subliniat în sectiunile anterioare, biosorption este o tehnica dovedit potential pentru ofmetals eliminarea / solutii de coloranti fromaqueous. Cu toate acestea, performantele sale în conditii reale industriale este de îngrijorare. Au fost câteva anchete examinarea compatibilitatii biosorbent pentru efluenti industriale reale. Kratochvil si

Volesky (1998) a explicat necesitatea de testare extinsa a unui proces de biosorption înaintea aplicarii sale comerciale.În general, reziduuri industriale pot fi clasificate în doua mari categorii: cei care poarta concentratii scazute cu noxe în cantitati mari, ape uzate si anume industria miniera, si cele caracterizate prin valori ridicate TDS în volume mici, adica galvanizare si textile efluenti colorant baie. Pentru primul caz, un biosorbent cu afinitate puternica fata de noxe de interes este obligatorie, întrucât, în acest ultim caz necesita un biosorbent cu capacitate de absorbtie mare (Atkinson et al, 1998.).Cu toate acestea, indiferent de interferenta efluentului, de ioni contra, cum ar fi ionii metalelor usoare, ar trebui sa fie luate în considerare. Vijayaraghavan et al. (2006c) caracterizat doua efluenti provenind din industriile nichel galvanizare, care continea cantitati mari de ioni de metale usoare si anioni, cuplat cu concentratii mari de nichel. Ei au observat interferente puternice de la co-ionii în timpul îndepartarea de nichel (II) în ambele moduri de lot si coloana de functionare.Prezenta anionilor poate duce la urmatoarele: 1) Formarea de complexe cu afinitate mai mare pentru sorbentului decât ionii de metal gratuit (de exemplu, un accesoriu de sorbtiei); 2) Formarea de complexe cu afinitate mai scazuta pentru sorbentului decât ionii de metal gratuit (de exemplu, o reducere de sorbtiei) (Volesky si Schiewer, 1999). moduri de lot si coloana de functionare.Ar putea fi cazuri, cauzate de aparitia de schimb ionic competitive în coloana, în cazul în care un ormore de contaminanti prezente la nivel de urme poate depasi limita acceptabila coloana efluent bine înainte de noxe vizate, reducând astfel timpul de serviciu coloana (Kratochvil si Volesky , 1998). moduri de lot si coloana de functionare.Deoarece amestecurile sunt alcatuite din ecologice, precum si constituenti anorganici, este de multe ori obligatorie pentru a studia chimia solutia a efluentilor pentru punerea în aplicare corecta a tehnologiei biosorption. moduri de lot si coloana de functionare.Daca este necesar, o pretratare a efluentului adecvat ar trebui sa fie efectuate înainte de aplicarea procesului de biosorption. Acesta a fost raportat ca caracteristici extreme (pH, conductivitate si duritate total) pot afecta capacitatea obligatorie a unui biosorbent (Vijayaraghavan et al, 2006c.).Dupa cum sa mentionat anterior, au existat foarte putine rapoarte privind angajarea biosorbents pentru efluenti real, din care Tobin si Roux (1998) folosit biomasei meihi Mucor pentru a elimina crom de la tabacire efluenti industrie. Autorii caracterizat bine crom efluentului si eliminat cu succes din efluentul; cu performante care corespund îndeaproape cu cele comerciale de rasini schimbatoare de ioni.Într-un alt studiu, Aravindhan et al. (2004) folosit Turbinaria spp. pentru a trata o industrie de bronzare efluent care contine de 750 mg / l crom. Ca Cr (III) de concentrare a fost ridicat, autorii angajat un proces de cinci biosorption etapa, care a redus cu succes Cr (III) concentratie de 2 mg / l.Având în vedere numarul de biosorbents propuse pentru metal / îndepartarea vopsea, ar fi de asteptat ca mai multe incercari fi aduse comercializa biosorption în domeniile de epurare a apelor uzate. Cu toate acestea, au fost doar câteva cazuri care procesele biosorption au reusit sa ajunga la comercializare.Un astfel de exemplu a implicat procesul dezvoltat de AMT-Bioclaim ™, care cuprinde de Bacillus subtilis, tratate cu solutie puternica caustica, spalate cu apa, si imobilizat ca bile poroase pe polietileneimina si glutaraldehida (Brierley, 1990).

Acest biosorbent comerciale este capabil de a acumula aur, cadmiu si zinc din solutia de cianura si, prin urmare, ar fi potrivit pentru multe operatii metal-finisare (Atkinson et al, 1998.). Biosorbent BIO-FIX este alcatuit dintr-un soi de biomasa, inclusiv bacterii, ciuperci, muschi de turba Sphagnum si alge, imobilizat pe polisulfona de inalta densitate. Acest biosorbent a fost dovedit a fi selectiv pentru metale grele toxice peste cea a metalelor de pamânturi alcaline.Biosorbent AlgaSORB consta din vulgaris C. alge si alte non-vii imobilizat într-o matrice de gel de siliciu (Brierley, 1990). Materialul a aratat remarcabil heavy-metal afinitati ion, de exemplu, atunci când sunt aplicate la siturile nucleare americane pentru a curata pânzele freatice contaminate cu uraniu si mercur, la concentratii de 200 si 30 micrograme / l, respectiv, ea a expus de eficienta procesului de aproximativ 95% atât pentru metale (Eccles, 1995).Cu toate acestea, alte încercari nu au reusit sa obtina aplicarea cu succes comercial pe piata (Tsezos, 2001). Pentru cele mai bune din cunostintele noastre, nici capabil sa biosorbent de acumulare de colorare a ajuns la nivel comercial. Atkinson et al. (1998) a subliniat faptul ca întrebarile ar trebui sa fie luate în considerare cu privire la fezabilitatea unei biosorbent potential pentru eliminarea metalelor / colorantilor din efluenti industriali.Acestea include caracteristici efluentului, cum ar fi volumul, tipul de ioni contaminant si competitive, chimie solutie, pH-ul si ajustarea temperaturii; caracteristici biomasa, cum ar fi disponibilitatea, stabilitatea mecanica, capacitatea de regenerare, specificitatea contaminant si cinetica de reactie, precum si caracteristicile procesului, cum ar fi costurile de capital si de functionare, lot / cerinte continua si terenuri spatiuProiectarea si tipul de proces pentru a fi angajati (lot / continuu) este în întregime dictata de alegere a biomasei si a metodei sale de imobilizare.Daca este posibil sa opereze un biomasa într-o configuratie contactor lot, cheltuielile de capital initial pentru procesul de dezvoltare si configurare poate fi estimata ca fiind similara cu cea a metodelor de precipitare chimica.Ambele sisteme necesita echipamente aceeasi baza, cum ar fi un vas de contact, unele modul de agitatie, tubulatura si alte echipamente periferice, inclusiv sonde pH-ului si controlorii de nivel (Atkinson et al, 1998.). În cazul în care tehnicile corespunzatoare si ieftine imobilizare sunt disponibile, un biosorbent poate fi folosit într-un mod coloana ambalate sau fluidizat de functionare.Alegerea se poate face pe daca doriti sa utilizati un up-flow sau în jos-flow-ambalate coloana, dar aceasta din urma este cel mai rentabil sa functioneze, cu toate acestea, nu exista nici un control asupra timpilor de retentie efluentului, care pot afecta capacitatea de biosorbentFluxul de deseuri poate permite, de asemenea, pentru a trece prin coloanele / reactoare în serie, în cazul în care rezultatele mai eficiente vor fi obtinute. Cu toate acestea, trebuie avut grija ca de automatizare si complexitatea de o instalatie de tratare poate creste substantial costurile.Alte aspecte importante care necesita o examinare sunt costul si disponibilitatea biomasei. Chiar daca biomasa pot fi achizitionate cu titlu gratuit, costurile de prelucrare si de transport ar trebui sa fie luate în considerare. Aproape toate biomasa necesita uscare si pretratarea chimice, cel putin cu acid sau pretratare alcaline, pentru performanta lor efectiva.

Ca în orice proces industrial, mai aproape de sursa de materie prima pâna la punctul de aplicare, posibil mai mult va fi procesul. Tsezos (2001) a aratat în mod clar ca tehnologia biosorption de succes nu depinde numai de potentialul biosorption, dar, de asemenea, cu privire la furnizarea continua de biomasa pentru proces. Sursa de materie prima trebuie sa fie entuziasti pentru a asigura o aprovizionare constanta a deseurilor de biomasa.12. Soarta a epuizat biosorbentUna dintre cele mai frecvente întrebari stârnite de procese biosorption implica soarta biosorbent dupa procesul. De asemenea, soarta metal concentrat / solutii de colorare obtinuta în urma procesului de eluare ramâne relativ fara raspuns.Trebuie avut grija ca rezolvarea unei probleme nu ar trebui sa creeze un alt. Având în vedere ca scopul final al unui proces biosorption este de a concentra o concentratii solvat, foarte mari, de ordinul a 10 ori mai mare decât cea a solutiei initiale, poate fi frecvent de asteptat pâna la sfârsitul procesului de elutie (Vijayaraghavan et al., 2006c) .Recuperare a unei solutiei din aceste solutii de înalta concentrate pot fi realizate utilizând un alt proces, cum ar fi precipitatii sau de electrorafinare. Volesky si Schiewer (1999) a sugerat de multe ori este posibil de a utiliza proceduri de electrorafinare pentru recuperarea metalelor din solutii concentrate.Binupriya et al. (2007b) desorbit MR reactive albastru din versicolor colorant-încarcate Trametes cu etanol si, prin urmare, a sugerat ca reactive mediu albastru etanol MR-bogate poate fi distilat pentru a îndeparta vopsele si colorant recuperate pot fi folosite drept coloranti de grad mic în sticla colorata, din plastic si industria ceramica.Chiar daca biosorbent poate fi eficient reutilizate pe mai multe cicluri, eliminarea finala a materialului trebuie sa fie abordate. Raspuns comun la eliminarea materialului final este depozit de deseuri sau prin incinerare. Cu toate acestea, datorita cresterii nivelului de impozitare depozite de deseuri, precum si eventuale restrictii din cauza contaminarii apelor subterane, optiunea de gunoi a devenit mai putin atractive.Alternativ, atunci când reciclarea nu este considerat util, de ardere a biomasei ar randament cenusa cu o concentratie mare de metal dorit (Volesky, 1987). Acest caz nu ar fi fezabila în cazul în care biomasa a fost imobilizat într-o matrice polimericeÎn cazul în care biomasa este liber de cost, sau de transport si costurile de prelucrare areminimal, metal sau biosorbents colorant încarcat poate fi folosit pentru a scorusa soluti alte.De exemplu, cu margele chitosan molybdateloaded, afinitate chelator de molibdat de arsenic a fost folosit pentru recuperarea de As (V), de la solutii diluate (Dambies et al, 2000.). Într-un alt exemplu, Cibacron albastru microsfere F3GA-atasate polyvinylbutyral s-au dovedit a fi eficace în îndepartarea de Cu (II), Cd (II) si Pb (II), ioni (Denizli et al, 1998.).Cu toate acestea, ar trebui sa înteleaga ca biomasa microbiana deseurile provenite din industriile respective se creeaza deja o pacoste de eliminare. Biosorbents dezvoltat din aceste deseuri biomase microbiene sunt, astfel, rezolvarea problemelor lor proprii de eliminare, precum si adaugarea de valoare pentru a deseurilor lor. Dezvoltat biosorbent, dupa care deservesc mai multe ori în remedierea din metal / efluenti colorant poluate, ar trebui sa fie considerate ca fiind servit scopul sau.13. Domeniul de aplicare si directii viitoarebiomasa bacteriana reprezinta o clasa eficient si potentialul de biosorbents pentru eliminarea atât colorantilor si ioni de metal. Din pacate, dificultatile în reutilizarea

biomasei microbiene, precum si selectivitate saraci, împiedica cererile lor în conditii reale.Desi unele încercari au fost facute la comercializarea de biosorption de epurare a apelor uzate, progresul este foarte modest avand in vedere ca a existat mai mult de un deceniu de cercetare fundamentala. Caracteristicile importante necesare pentru aplicarea cu succes a tehnologiei biosorption la situatii reale include, dar nu sunt limitate la:? de triere si selectie a biomasei cele mai promitatoare, cu suficient de mare capacitate biosorption si selectivitate. ? Optimizarea conditiilor de biosorption maxima, inclusiv optimizarea pH-ului, temperatura, forta ionica si efectele co-ion, etc? Îmbunatatirea selectivitatii si asimilarea prin intermediul chimice si / sau metodele de modificare genetica. ? Examinarea rezistenta mecanica a biomasei si, daca este insuficienta pentru refolosire, îmbunatatirea rigiditate prin imobilizarea corespunzatoare sau alte metode chimice. ? Testarea performantei de biosorbents sub diferite moduri de operare.? Analizând comportamentul de biosorbent pentru utilizare cu efluenti real industriale si, analizând în acelasi timp, impactul asupra calitatii apei adoptarea biosorption poluantului specifice de interes.În schimb, nu este feat mici pentru a înlocui tehnici bine stabilite conventionale. Cu toate acestea, în afara de a fi rentabile, biosorption are un potential imens, ca biosorbents multe sunt cunoscute pentru a efectua bine, daca nu chiar mai bine decât majoritatea metodelor conventionale.De asemenea, fiind constient de sute de biosorbents putea poluanti obligati diverse, de cercetare suficiente a fost efectuat pe diverse biomateriale sa înteleaga mechanismresponsible pentru biosorption.Prin urmare, prin continuarea cercetarilor, mai ales pe pilot si procesul de biosorption pe scara larga, este probabil ca situatia sa se schimbe în viitorul apropiat, cu tehnologie biosorption ce în ce mai atractiv decât benefic si tehnologiile utilizate în prezent.AcknowledgementsAceasta lucrare a fost sustinuta de un grant de la programul de post-doc, Chonbuk Universitatea Nationala (termen doua jumatate a anului 2006) si, în parte, prin KOSEF prin AEBRC la POSTECH. Autorii doresc sa-si exprime sincere multumiri pentru toti cercetatorii din domeniul mediului Biotehnologie de laborator (Chonbuk Universitatea Nationala), pentru ajutorul lor. În cele din urma, autorii ar dori sa multumesc un recenzent jurnal anonimi care au oferit comentarii constructive în îmbunatatirea acestui manuscris.References