Download - Inga Zinicovscaia Abstract

Transcript
  • INSTITUTUL DE CHIMIE AL ACADEMIEI DE TIINE A MOLDOVEI

    INSTITUTUL UNIFICAT DE CERCETRI NUCLEARE, DUBNA, RUSIA

    Cu titlul de manuscript:

    C.Z.U: 504.45.06(043.20 +

    + 579.22:546.3(043.2)

    ZINICOVSCAIA INGA

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

    CU ARTHROBACTER GENERA I SPIRULINA PLATENSIS

    11.00.11. Protecia mediului ambiant i folosirea raional a resurselor naturale

    Autoreferatul tezei de doctor n chimie

    CHIINU, 2013

  • 2

  • 3

    REPERE CONCEPTUALE ALE CERCETRII

    Actualitatea temei

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

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

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

    decenii datorit creterii numrului populaiei i exploatrii extensive a resurselor naturale

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

    organismelor vii.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

    hidrobiontilor

    Cercetrile tiinifice din domeniul proteciei mediului sunt ndreptate spre micorarea

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

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

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

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

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

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

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

    procesului de sorbie.

    n cutarea remediilor tehnologice ale depolurii mediului importante perspective ofer

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

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

    schimbarea compoziiei chimice ale celulelor microbiene.

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

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

  • 4

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

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

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

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

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

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

    metalice.

    Descrierea situaiei n domeniul de cercetare i identificarea problemelor de cercetare

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

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

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

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

    urmatoarelor probleme: identificarea microorganismelor rezistente la concentraii mari de metale

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

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

    determinarea condiiilor optime de producere a nanoparticulelor de metale, aplicarea

    nanoparticulelor obinute n industrie i medicin

    Scopul i obiectivele lucrrii

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

    Arthrobacter genera i Spirulina platensis pentru dezvoltarea:

    - metodelor de remediere a mediului ambiant

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

    medicale i industriale.

    Pentru realizarea scopului au fost specificate urmtoarele obiective:

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

    Spirulina platensis de a acumula ionii metalelor toxice din soluii;

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

    - determinarea coninutul metalului n biomas n funcie de timp;

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

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

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

    Arthrobacter oxydants 61B i microalga Spirulina platensis;

    - dezvoltarea protocolului producerei nanoparticulelor de argint si de aur;

    - caracterizarea nanoparticulelor obinute prin diferite tehnici de nalt precizie;

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

    elementale a biomasei microbiene.

  • 5

    Metodologia cercetrii tiinifice

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

    publicate n urmatoarele lucrri:

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

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

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

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

    1989, 412p.;

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

    2010, 1964p.

    Noutatea i originalitatea tiinific

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

    de Arthrobacter genera i microalga Spirulina platensis;

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

    Arthrobacter globiformis 151B;

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

    metale de ctre microorganisme din apele industriale;

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

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

    care conine nanoparticule de argint i aur.

    Semnificaia teoretic

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

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

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

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

    Valoarea aplicativ a lucrrii

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

    convenionale sunt mai costisitoare. A fost demonstrat experimental capacitatea microorganismelor

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

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

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

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

    nanoparticulelor.

    Problema tiinific soluionat

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

    de zinc din apele uzate.

  • 6

    Rezultatele tiinifice principale naintate spre susinere:

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

    Arthoracter i microalga Spirulina platensis;

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

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

    actinomicete i microalga Spirulina platensis.

    Aprobarea rezultatelor tiinifice

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

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

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

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

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

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

    South Africa Symposium (2012).

    Publicaii pe tema tezei

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

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

    rezumate ale comunicrilor. Lucrri fr coautori 3.

    Volumul i structura tezei

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

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

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

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

    surse citate.

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

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

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

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

    Africa de Sud.

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

    electronic de baleiaj, analiz prin activare cu neutroni.

  • 7

    CONINUTUL TEZEI

    1. TEHNOLOGIILE MICROBIENE DE NDEPRTARE A METALELOR I DE

    OBINERE A NANOPARTICULELOR

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

    tehnologice.

    2. MATERIALE I METODE DE CERCETARE

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

  • 8

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

    MICROORGANISMELE STUDIATE

    3.1. ndepartarea ionilor de mercur de ctre Spirulina platensis

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

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

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

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

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

    Conform datelor obinute de Boening mercurul anorganic produce efecte adverse atunci

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

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

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

    la reactorul cu neutroni rapizi IBR-2.

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

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

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

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

    obinut urmatoarea dependen n coordonatele Freundlich:

    log R= -6.82 + 0.62 logC,

    R concentraia de Hg(II) adsorbit

    concentraia de Hg(II) in mediul de cultivare

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

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

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

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

    Fig. 3.1. Isoterma Freundlich

    n coordonatele liniare

    Fig. 3.2. Concentraia mercurului n

    biomasa S. platensis versus timpului

    de contact cu glicinat de mercur

  • 9

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

    3.2.1 ndepartarea ionilor de mercur

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

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

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

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

    globiformis) 151B.

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

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

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

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

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

    Fig. 3.3. Concentraia mercurului n

    biomasa A. globiformis 151B n

    funcie de concentraia nitratului de

    mercur n mediul de cultivare

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

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

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

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

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

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

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

    Langmuir-Freundlich.

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

    acumulrii ionilor de mercur

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

    AAN.

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

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

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

  • 10

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

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

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

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

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

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

    tratamentul cu nitrat de mercur.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

    mercurului scade brusc.

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

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

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

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

  • 11

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

    [6]. Cromul ptrunde uor n

    celul prin canalele SO42-

    blocnd astfel acumularea ionilor de mercur.

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

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

    3.3. ndeprtarea ionilor de zinc de ctre microalga Spirulina platensis

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

  • 12

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

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

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

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

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

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

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

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

    SAA.

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

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

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

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

    i nu s-a schimbat semnificativ n continuare.

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

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

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

    Fig. 3.8. Coninutul zincului in biomasa

    de S. platensis n funcie de timp de

    contact cu apele uzate

    Fig. 3.9. Coninutul zincului in apele

    uzate n funcie de timp de contact cu

    biomasa de S. platensis

  • 13

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

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

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

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

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

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

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

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

    purificarea complex a apelor uzate.

    .

  • 14

    4. TEHNOLOGII BIOLOGICE DE PRODUCERE A NANOPARTICULELOR DE

    ARGINT I AUR

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

    studiate

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

    de actinomicete Streptomyces glaucus 71MD

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

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

    aplicrii n diverse tehnologii.

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

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

    M, pH5.6,

    t=210C.

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

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

    glaucus 71 MD sunt prezentate in Tabel 4.1.

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

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

    Ag 657 37 5

    K 1524 3290 8

    La 1596 15 14

    Mn 846 25 6

    Na 1368 381 5

    Sb 564 1.3 15

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

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

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

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

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

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

    argint.

  • 15

    Fig. 4.1. Spectrul UV-Viz pentru

    suspensia S. glaucus 71MD

    nregistrat dup 7 zile de tratare

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

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

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

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

    Fig. 4.2. Imaginea SEM a celulelor

    S. glaucus 71MD cu nanoparticule de

    argint

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

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

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

    nanoparticule de pe suprafaa celulei actinomicetelor.

    Fig. 4.3. Spectrul EDX a biomasei de

    S. glaucus cu nanoparticule de argint

    dup expunere n soluia de nitrat de

    argint (10-3

    M) timp de 7 zile

  • 16

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

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

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

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

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

    acestuia.

    Fig. 4.4. Concentraia argintului n

    biomasa S. platensis n funcie de timpul

    de expunere n nitrat de argint

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

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

    a argintului din celule.

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

    Fig. 4.5. Spectrul EDX a biomasei

    de S. platensis dup expunere la

    soluia de nitrat de argint (10-3M)

    timp de 5 zile

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

    ajutorul SEM.

    Fig. 4.6. Imaginea SEM a

    celulelor S. platensis dupa 24 ore

    de tratare

    b

  • 17

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

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

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

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

    studiate

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

    platensis la diferite concentraii de acid cloroauric

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

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

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

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

    Fig. 4.7. Concentraia aurului n

    biomasa S. platensis n funcie de

    concentraia acidului cloroauric n

    mediul de cultivare

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

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

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

    Fig. 4.8. Spectrele UV-Viz pentru

    suspensia de S. platensis la diferite

    concentraii de acid cloroauric

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

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

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

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

  • 18

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

    (a) 10-3

    M, (b) 10-2

    M

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

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

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

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

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

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

    mai mari (Fig. 4.10).

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

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

    Fig. 4.11. Spectrul EDAX al

    biomasei S. platensis dup

    expunerea la acid cloroauric

    (10-2

    M) timp de 5 zile

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

  • 19

    4.2.2. Acumularea aurului i producerea nanoparticulelor de ctre Spirulina platensis

    la diferite durate de incubare

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

    10-3

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

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

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

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

    Fig. 4.12. Concentraia aurului n

    biomasa de S. platensis n funcie de

    timpul de expunere n soluia

    acidului cloroauric

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

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

    evideniaz prezena nanoparticulelor de form sferic.

    Fig. 4.13. Spectrul UV-Viz al

    S. platensis pentru durate diferite de

    expunere n soluia acidului

    cloroauric.

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

    HAuCl4 10-3

    M timp de 24 ore i 120 ore.

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

    a

  • 20

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

    n biomasa de S. platensis dup 120 ore.

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

    Arhtobacter globiformis 151B i Arthrobacter oxydans 61B

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

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

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

    de 10-3

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

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

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

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

    Fig. 4.15. Concentraia aurului

    n biomasa de A. globiformis

    151B n funcie de timpul de

    expunere n acidul clorauric.

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

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

    oxydans 61B indicnd formarea nanoparticulelor de aur.

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

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

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

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

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

    500 600 700 8002

    3

    4

    5

    9d 7d

    Ab

    so

    rba

    nce

    (nm)

    40h4d

    7d

    9d

    12da

    400 500 600 700 8002.6

    2.8

    3.0

    3.2

    Ab

    so

    rba

    nce

    (nm)

    40h 3d

    8d

    6d

    10d b

  • 21

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

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

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

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

    Fig. 4.17. Imaginea SEM a

    nanoparticulelor de aur n

    biomasa de A. oxydans 61B

    Fig. 4.18. Imaginea SEM a

    nanoparticulelor de aur n

    biomasa de A. globiformis 151B

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

    puternice pentru atomii de aur la 2.163 keV.

    Fig. 4.19. Spectrul EDAX a

    biomasei de A. globiformis 151B

    dup expunerea n acidul clorauric

    (10-3

    M) timp de 10 zile

  • 22

    CONCLUZII GENERALE I RECOMANDRI

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

    microorganismele Arthrobacter genera, Spirulina platensis cu scopul argumentrii posibilitii

    utilizrii lor complexe n tratarea apelor reziduale i n bionanotehnologii.

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

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

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

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

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

    celular a microorganismelor supuse studiului.

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

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

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

    acumularea ionilor de mercur.

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

    acumulrii metalelor toxice de ctre biomasa microbian.

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

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

    mic de 100 mg/l.

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

    zinc din apele uzate a intreprinderii Moldagrotehnica.

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

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

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

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

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

    microalga Spirulina platensis.

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

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

    aplicabilitaii.

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

    nanoparticulelor complementar altor tehnici de nalt precizie.

  • 23

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

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

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

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

    transformarea chimiei traditionale utilizatoare de materiale neregenerabile i productoare de

    diverse substane toxice n chimiei verde prietenos mediului.

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

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

    rentabile.

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

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

    Aviatehnologie, SAMezon, etc.

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

    i obinerea nanoparticulelor metalelor respective.

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

    farmaceutice.

  • 24

    References

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

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

    Moldova. hiinu, 2011, p. 31.

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

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

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

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

    London: Chapman&Hall, 1998.

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

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

    565569.

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

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

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

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

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

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

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

  • 25

    LISTA LUCRRILOR PUBLICATE LA TEMA TEZEI

    Articole n reviste de circulaie internaional:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

    Articole n reviste de circulaie naional:

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

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

    (categorie B).

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

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

    (categorie B).

  • 26

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

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

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

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

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

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

    Teze la manifestri tiinifice:

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

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

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

    Timisoara, Romania, p. 26.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

    Chisinau, Republic of Moldova p. 90.

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

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

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

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

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

    p. 306-311.

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

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

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

    p.42.

  • 27

    ANNOTATION

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

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

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

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

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

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

    Resources

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

    microscopy, neutron activation analysis.

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

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

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

    and medical purposes.

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

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

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

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

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

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

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

    nanoparticles.

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

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

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

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

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

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

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

    recovery and nanoparticles synthesis was proposed.

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

    efficiently used for zinc ions removal from industrial wastewater.

  • 28

    ADNOTARE

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

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

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

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

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

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

    naturale.

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

    electronica de baleaj, analiza prin activare cu neutroni

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

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

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

    medicale i industriale.

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

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

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

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

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

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

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

    aur.

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

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

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

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

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

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

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

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

    nanoparticulelor.

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

    pentru ndeprtarea ionilor de zinc din apele uzate.

  • 29

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

    Arthrobacter genera Spirulina platensis, , ,

    2013, : ( , ),

    , , , , ,

    , 203 , 45 , 5 100

    . 16 .

    : 11.00.11

    : , , , , ,

    , .

    : (Hg, Cr, Zn, Ag

    Au) Arthrobacter genera Spirulina platensis

    ,

    .

    :

    Arthrobacter genera Spirulina

    platensis .

    Arthrobacter globiformis 151B.

    .

    ,

    ,

    .

    :

    .

    ,

    . ( ,

    ) .

    .

    .

    : , Spirulina

    platensis

    .

  • 30

    Zinicovscaia Inga

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

    CU ARTHROBACTER GENERA I SPIRULINA PLATENSIS

    11.00.11. Protecia mediului ambiant i folosirea raional a resurselor naturale

    Autoreferatul tezei de doctor n chimie