吸附的Pb (II)和Cd (II)的鱿鱼Ommastrephes bartrami黑色素

文摘

Cd (II)的吸附和鱿鱼黑色素Pb (II)的调查。2毫米的金属离子浓度/ L,黑色素的吸附效率达到95%乳糜泻(II)和Pb (II)。的最大内容绑定Cd (II)和Pb (II)是0.93 mM / g / g和0.65毫米,分别。温度对金属的吸附没有明显的影响,在pH范围为4.0 - -7.0,吸附率高而稳定。Macrosalts如氯化钠,,没有明显的影响Pb (II)的绑定,但大大降低Cd (II)的吸附,表明不同官能团鱿鱼黑色素负责他们的吸附。红外分析金属ion-enriched鱿鱼黑色素表明可能的官能团负责金属绑定是酚羟基(OH),羧基(羧基),和胺组(NH)。这项研究报告的新材料去除重金属的废水低威力。

1。介绍

多种活性成分,包括黑色素、酪氨酸酶和血管紧张素转换酶抑制剂,已确定在乌贼墨(1- - - - - -4]。鱿鱼属于无脊椎动物门软体动物类依靠弹射的黑色,不透明油墨为防御其他头足类动物。真黑素颗粒的墨水由悬挂在粘性和无色的媒介。真黑素是一种异构的、一般不溶性聚合物开发通过氨基酸的酶氧化酪氨酸(5- - - - - -7]。真黑素的生产pigment-generating细胞发生在特定细胞器被认为是黑素体。indolic分子5 6-dihydroxyindole和5 6-dihydroxyinodole-2-carboxylic酸被假定是真黑素的主要单体的构建块(5]。

据报道,自然真黑素相当亲和的金属离子8- - - - - -10)和金属离子可以作为储层(例如,Ca (II);参见[11])或作为重金属离子陷阱(例如,铜(II)和铁(III);参见[12,13])。有人建议,色素的分子结构可能受高金属浓度(13]。这种改变可能导致释放重金属离子(如铁(III))细胞溶质,这可能引起细胞损伤。真黑素的结合能力,亲和力,和网站的金属是重要的参数对理解的性质和后果metal-melanin络合。

污染环境的重金属引起越来越多的关注,因为对人类和动物造成的健康风险,因为这些金属。绝大多数的有毒金属污染是工业和冶金过程的废物。特别是,从电镀工厂废水,采掘冶金过程和金属加工完成操作包含高浓度的溶解金属。在某些工业废水,铅离子浓度可以达到200 - 250 ppm;相比之下,水质标准,Pb (II)浓度废水应减少到0.5 - 1 ppm值(14]。最常见的方法从废水中去除金属的化学沉淀,溶剂萃取,透析或电渗析,电解提取、胶结、反渗透、蒸发方法,离子交换树脂、碳吸附,稀释(15]。增加的重金属污染问题刺激了寻找新的机制来清除这些污染物。已经尝试利用能力与各种微生物如酵母、藻类和细菌净化工业废水(16,17]。

乌贼墨已经报道的黑色素和许多离子结合,包括铁(III)、铜(II)、锌(II), Ca (II) (18- - - - - -23]。没有报告,然而,已经讨论了鱿鱼黑色素去除重金属的应用解决方案,尤其是生物吸附的Cd (II)和Pb (II),这可能导致色素的黑暗的颜色。我们发现与重金属鱿鱼绑定后黑色素形成沉积物,上层清液是透明的,这表明其潜在新材料去除重金属废水。在目前的研究中,我们关注的应用鱿鱼黑色素吸收镉和铅离子在调和出金属解决方案。红外光谱应用于揭示了可能对这两种金属的结合位点乌贼黑色素。

2。材料和方法

2.1。材料

墨水是提取鲜鱿(Ommastrephes bartrami)从舟山渔业公司(浙江、中国)和存储在使用前40°C。金属制备的样品具有不同的内容,只有nanopure水(18.2 MX)从简单的TM系统获得(微孔、Billerica MA)是用于清洗和准备解决方案。纯度最高的盐(99.99%,Sigma-Aldrich),包括PbCl₂,CdCl₂,MgCl₂,CaCl₂氯化钠,EDTANa₂和氢氧化钠。

2.2。准备完整的乌贼黑色素

黑色素分离和纯化过程一直在前面描述的(22]。短暂,墨水耗尽nanopure新鲜墨水囊和稀释的水至少20倍。离心的过程(5000克,15分钟)和再悬浮的颗粒在水中被重复六次除去水溶性杂质存在于墨水。最后的颗粒在nanopure resuspended水和冻干获取完整的自然鱿鱼黑色素。样品,因此,获得由扫描电子显微镜检查显示,高纯度不受任何污染细胞组件(22]。

2.3。生物吸附的研究

2.3.1。金属离子浓度对吸附的影响

鱿鱼黑色素吸附的Cd (II)和Pb (II)被暂停测试200毫克的完整鱿鱼黑色素粉CdCl 50毫升₂(99.999%纯,奥尔德里奇)和PbCl₂(99.999%的纯,奥尔德里奇)在室温下不同浓度的解决方案。每个混合离心机,上面的解决方案是过滤和分析来确定金属离子的数量。

2.3.2。pH值对吸附的影响

对于所有的测试,200毫克鱿鱼黑色素是悬浮在2毫米/ L金属离子解决方案。最初,pH值调整值低于金属沉淀点以保证完成每个金属离子的溶解。

2.3.3。温度对吸附的影响

对于所有的测试,200毫克鱿鱼黑色素是悬浮在50毫升的2毫米/ L金属离子解决方案。温度是逐渐从15°C到100°C的分析。剩下的金属含量的解决方案进行分析。

2.4。Macrosalts对吸附的影响

不同浓度的MgCl₂,CaCl₂,氯化钠加入50毫升的2毫米/ L重金属离子解决方案,和准备的解决方案都混有200毫克的乌贼黑色素。盐浓度不同MgCl从1%降至5%₂和CaCl₂和生理盐水从1%降至10%。随后,金属溶液中剩余的内容进行了分析。

2.5。解吸重型Metal-Enriched乌贼黑色素

进行了测试在同样的方式作为吸附的测试中,除了在这种情况下,他们开始和鱿鱼干黑色素以前含有金属离子(使用2毫米/ L的解决方案)。黑色素是与一个洗脱液反应物混合溶液在室温下24 h,然后离心;由此产生的固体与nanopure洗四次水对金属和分析的内容。一旦实验得出结论,鱿鱼黑色素收集新的adsorption-desorption周期以便重用。使用两个不同的反应物:HCl,为0.5,0.1,和0.01 M / L浓度EDTA、10和40 mM口径的浓度。每个实验进行50毫升的解决方案。

2.6。原子吸收分光光度计的金属含量分析

金属离子在水中直接用原子吸收分光光度计(原子吸收光谱法;日本岛津公司AA 6800年,日本)。使用氘背景校正、光谱狭缝宽度为0.5 nm。工作电流/波长Pb (II)和Cd (II) 10 mA / 283.3和8 mA / 228.8 nm,分别。仪器反应是定期检查与已知金属解决方案的标准。对于每组数据,标准统计方法被用来确定平均值和标准偏差。95%的置信区间计算每组样本以确定误差。

2.7。氨基酸分析

黑色素的氨基酸含量是衡量先前描述的方法(8]。黑色素(5毫克)加热5毫升的6 M盐酸在110°C 24 h疏散,密封管。水解物蒸发真空到干燥,并于800年解散L的pH值2.2缓冲区进行氨基酸分析。0.1毫升的整除注入了氨基酸分析仪(日立l - 8500高速氨基酸分析仪,日立公司(Hitachi Ltd .),东京,日本)。

2.8。扫描电子显微镜(SEM)分析鱿鱼的黑色素

鱿鱼黑色素样本被涂上一层非盟/ Pd, SEM是用于检查任何形态的改变通过一个XL30 SEM-FEG扫描电子显微镜(范公司晚宴过后,俄勒冈州,美国)。

2.9。红外分析重型Metal-Enriched乌贼黑色素

所有样本冷冻乾,傅里叶变换红外光谱被记录在一个力量顶点- 70红外光谱仪器配备了壳体探测器。

3所示。结果与讨论

3.1。吸附重金属

3.1.1。金属离子浓度的影响

金属切削效率(图1(一))表明,0.1毫米的浓度去除率相对较低,占73%的Cd (II)的初始浓度和Pb (II)为90%。然而,在浓度范围的0.5 - 2毫米,Cd (II)和铅的吸收(II)非常高,占95%的初始浓度。高金属含量,显著降低Cd (II)吸收可以观察到,这表明,吸附能力有限;然而,Pb (II)吸收仍很高,约为90%,在3毫米/ L的浓度。这可能表明,Cd (II)比较,乌贼黑色素的吸附铅的浓度(2)不影响金属,他们可能有不同的团体在鱿鱼黑色素吸附的会计。更高的浓度接近饱和的限制,与吸附收益率显著下降。Cd (II)的最大吸附率和Pb (II)乌贼黑色素被确定为105毫克/克和135毫克/克,分别是0.93毫米/ g的Cd (II)和0.65毫米/ g (Pb (II)。

这些结果可以与其他biosorbents的能力相比,重量的基础上和在一个批处理系统。Pb的数量(2)形成复合物的乌贼墨(135毫克/克)患病率高于与高炉污泥(64毫克/克)24]或真菌菌丝副产品(55毫克/克)25]。乳糜泻(II),络合率(105毫克/ g)是3 - 7倍高于鼠李糖脂生物表面活性剂(45毫克/克)26]或酿酒酵母(18毫克/克)27]。因此,乌贼墨黑色素的金属吸收能力似乎是极大的兴趣,鉴于其优势比其他biosorbent效率,在上市之前的调查生物吸附重金属的生物材料(27]。

3.1.2。pH值的影响

pH值对重金属吸收的影响研究pH值的范围在1 - 8 2毫米的初始离子浓度与200 mg / L暂停乌贼墨的黑色素(图1 (b))。溶液pH值的变化被证明有重大影响的吸收Cd (II)和Pb (II)。在pH值低于3.0,两种金属表现出可怜的吸收;吸附率显著增加溶液的pH值时改变了从3.0到4.0。这两种金属的吸附很好4.0 - -7.0的范围内,然后显示减少7.0后吸收。

低吸收重金属的pH值3.0可能是由于氢离子与铜离子竞争与可用的结合位点。吸附降低pH值大于7.0时可能是由于中和一些碱的黑色素,羧基团体和主要吸附网站转向是酚羟基(OH)和胺组(NH)。

3.1.3。温度的影响

两种金属的吸收并不明显受温度变化影响的范围(图15 - 40°C1 (c))。即使在温度达到100°C, Pb (II)的吸附率仅略有降低。然而,Cd (II)的吸附显著下降。这表明不同的吸附或结合位点在鱿鱼黑色素反应与Cd (II)和Pb (II),这个问题需要进一步调查。一般来说,鱿鱼黑色素吸附的金属没有极大地受到温度的影响,这表明警告在先前的研究乌贼黑色素的肤色与金属阳离子是不必要的。

3.2。Macrosalts的影响

MgCl的影响₂、氯化钠和CaCl₂盐,通常用于天然产物富含重金属的吸附重金属Cd (II)和Pb(2)进行了研究(图2)。盐浓度对MgCl范围从1%到5%₂和CaCl₂从1%到10%,氯化钠,这种化合物出现在一个相对较高的浓度在某些高盐的食物。

这些盐的存在被发现显著影响Cd (II)的绑定(图2(一个))。当三个盐的浓度上升至5%,黑色素的吸附为MgCl收益率仅为30%₂19%,CaCl₂,7%的氯化钠。这表明Cd (II)绑定是干扰这些盐。换句话说,Cd (II)与Na(我),Ca (II),和Mg (II)的羧基乌贼墨黑色素;因此,鱿鱼黑色素只能用于把Cd (II)从低浓度的盐的解决方案。

然而,这三种盐对吸附的影响一个小的Pb (II)(图2 (b))。即使生理盐水的浓度非常高,10%的解决方案,Pb (II)吸附率为74%。同样地,添加不同浓度的MgCl₂和CaCl₂从1%到5%,几乎影响了Pb (II)的吸附;收益率略微降低但仍超过80%。这是明确的证据表明Na (I), Ca (II),和Mg (II)绑定到羧基集团和Pb (II)主要等候其他网站。此外,盐绑定不会干扰Pb (II)绑定。鱿鱼黑色素成功可以被用来把Pb (II)从产品包含这些盐。

3.3。解吸

再生重复使用的biosorbent是实际应用中的一个关键问题。重金属的复苏metal-laden生物质利用不同的解吸剂,已与包括盐酸、H₂哌嗪,Na₂有限公司₃、EDTA、巯基乙醇(28- - - - - -31日]。在这些方法中,降低pH值使用盐酸和EDTA似乎有最好的解吸效率,因此选为解吸剂在目前的研究。确定最优HCl金属解吸和EDTA浓度,金属释放治疗鱿鱼黑色素的数量在不同浓度的解吸剂观察表1。短暂,Cd (II)和Pb (II)可以几乎完全恢复为0.01 M盐酸洗涤两次,约95%和98.5%。酸或EDTA浓度的增加导致了一个更完整的Cd (II)和铅的解吸(II);解吸率可以超过99.5%。解吸后,鱿鱼黑色素重新应用到2毫米/ L金属离子解决方案,吸附率为88.6%和92.3%,分别;这表明鱿鱼黑色素是一种合理的自然吸收重金属污染物来源。

3.4。红外光谱分析

结合金属离子的预期影响的过渡频率协调官能团。如果金属离子绑定到COO-group,浓度变化将出现在红外区C = O伸展的特征频率的一半。同样地,如果离子会与哦或NH组,我们会预期变化的红外光谱(h和s强度地)反映了金属阳离子的去质子化,以适应绑定。以前报道的天然和合成黑色素的红外光谱分析表明以下。以吲哚或吡咯系统为NH (3200年)和哦拉伸(3400年),峰值作业3200 - 3500。羧基和C = O拉伸,任务是1710年达到顶峰;芳香C = C和C = N和C = O弯曲拉伸(non-carboxylic酸),这是1590 - 1690;C = O拉伸电离首席运营官,那是1580年;苯酚哦和羧基哦,那是1250年。

所有的测试在这个问题上在pH值为6.0条件下进行。数据3和4显示添加金属的强度的影响观察红外转换。随着浓度的Cd (II),质子化了的NH(3200的强度)和酚醛哦(3400)乐队下降明显(图3 (b)),这表明哦组的去质子化酚组在金属绑定。然而,羧基(1710的强度)吸附带(图未受到影响3(一个))。

与Cd (II),羧基吸附带的强度增加的绑定Pb (II)溶液浓度增加(图4(一))。同时,哦和NH乐队的强度降低(图4 (b))。这表明,与Cd (II)结合儿茶酚团体和氨基酸组,Pb (II)也结合羧基。

这些结果表明,酚羟基(OH),羧基(羧基),和胺组(NH)很可能潜在的绑定功能组金属离子。然而,具体结合位点Cd (II)和Pb (II)是不同的。

3.5。扫描电镜分析

Resuspended鱿鱼黑色素被暴露在一个5毫米的解决方案的Cd (II)(或Pb (II)),以及由此产生的清洗和冻干制剂。氨基酸分析表明没有氨基酸组成的变化。SEM图像(图5(一个),5 (b)和5 (c)鱿鱼的黑色素颗粒(图5(一个)),后与Cd (II)(数据绑定5(一个)和5 (b))和Pb (II)(图5 (c))确认绑定铁并不影响他们的形态;近球形的颗粒形状、平均直径nm。进一步的DSC曲线分析表明,鱿鱼黑色素的稳定上升后富含重金属(数据未显示)。

4所示。结论

两个重金属的吸附,Cd (II)和Pb (II),使用鱿鱼黑色素在本研究评估。2毫米/ L金属离子的浓度,吸附效率达到了95%的Cd (II)和Pb (II),以最大绑定的内容/ g / g和0.65毫米,0.93毫米。温度对金属的吸附没有明显的影响,在pH值的范围从4.0到7.0,吸附率高而稳定。对绑定的铅盐没有明显的影响(II),尽管他们大大降低Cd (II)的吸附,这表明它们绑定到相同的官能团在鱿鱼黑色素。红外分析发现酚羟基(OH),羧基(羧基),和胺组(NH)作为可能的官能团负责金属绑定在鱿鱼黑色素;然而,具体结合位点Pb (II)和Cd (II)是不同的。乌贼墨是鱿鱼制品加工的浪费;它引起了很多资金和劳动力。然而,没有报告的合理利用,特别是黑色素,乌贼墨的主要组成部分。我们因此鱿鱼黑色素的潜力的新材料去除重金属废水从低威力,应用程序并不曾被其他科学家。

确认

这项工作是支持中国国家支持计划的一部分(2008 bad94b01),中国国家自然科学基金(30871944),中国的国家高科技研究与开发项目,和一个国家农业研究项目(2006 g41 (3))。

引用

1. 美国金,金,和k歌,“部分纯化和表征乌贼墨的血管紧张素转换酶抑制剂,”农业化学和生物技术,46卷,第123 - 122页,2003年。视图:谷歌学术搜索
2. t . Naraoka h . Uchisawa h·森h .松江s千叶和a .木村“酪氨酸酶的纯化、鉴定和分子克隆头足类软体动物,Illex argentinus,”欧洲生物化学杂志,卷270,不。19日,4026 - 4038年,2003页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
3. g . l . Russo e . De Nisco费奥雷g、p . Di Donato m . d 'Ischia和a .帕伦博毒性melanin-free墨水的乌贼officinalis转化细胞系:识别和酪氨酸酶活性因子,”生物化学和生物物理研究通信,卷308,不。2、293 - 299年,2003页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
4. k·c·p . k . Wong Lam和c . m .因此,“删除和恢复的铜(II)工业废水假单胞菌的固定化细胞putida II-11,”应用微生物学和生物技术,39卷,不。1,第131 - 127页,1993。视图:谷歌学术搜索
5. 诉听力,j . Nordlund r . Boissy r·金和j . Ortonne“黑色素形成,监管”色素系统:生理学和病理生理学j . j . Nordlund r e . Boissy v . j .听力,r·a·王,和j.p. Ortonne, Eds。,页423 - 438,牛津大学出版社,1998年纽约,纽约,美国。视图:谷歌学术搜索
6. 美国伊藤”,高效液相色谱法(HPLC)分析欧盟,素黑素原生成控制”皮肤病学研究杂志》上,卷100,不。2、补充,页166 - 171年代,1993年。视图:谷歌学术搜索
7. p·a·莱利“黑色素”,国际生物化学和细胞生物学杂志》上卷,29号11日,第1239 - 1235页,1997年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
8. l . y . Liu, k .若松et al .,“比较结构和化学性质的黑色和红色的头发黑素体,”光化学与光生物学,卷81,不。1,第144 - 135页,2005。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
9. l . y . Liu, k .若松et al .,“黑素体的结构和化学性质比较视网膜色素上皮隔绝,虹膜和脉络膜新生和成熟的牛的眼睛,“光化学与光生物学,卷81,不。3、510 - 516年,2005页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
10. a . m . Potts和p c。非盟“黑色素无机离子的亲和力,”眼睛的实验研究,22卷,不。5,487 - 491年,1976页。视图:谷歌学术搜索
11. m·马莫纪和t . Wolfensberger视网膜色素上皮:功能和疾病,牛津大学出版社,纽约,纽约,美国,1998年。
12. t . Sarna“属性和功能的眼部melanin-a photobiophysical看来,“光化学与光生物学杂志》上,12卷,不。3、215 - 258年,1992页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
13. c . j .哇,t . Naraoka h . Uchisawa和h松江“肽的一部分Illexin肽聚糖从乌贼墨”第11届世界大会的食品科学学报》上2001年,汉城,韩国,(000年世界会议号码5593)。视图:谷歌学术搜索
14. m . Crine“Le traitement des成立产业政策收取en metaux lourds:情况actuelle等视角de开发署、”《论坛报》威尼斯,46卷,3-19,1993页。视图:谷歌学术搜索
15. m . Loaec r .脂肪,j . Guezennec”吸收的铅、镉和锌的小说细菌胞外,“水的研究没有,卷。31日。5,1171 - 1179年,1997页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
16. e . Romera f·冈萨雷斯,a . Ballester m . l .他和j·a·穆尼奥斯”比较研究的生物吸附重金属的使用不同类型的藻类,”生物资源技术,卷98,不。17日,第3353 - 3344页,2007年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
17. W.-B。陆,j j。施,学术界。王,js。Chang,”吸附重金属铅、铜和镉的土著隔离肠杆菌sp。j - 1具有重金属抗性高,“《有害物质,卷134,不。1 - 3、80 - 86年,2006页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
18. w·d·布什和j·d·西蒙,”量化的${\text{Ca}}^{2+}$绑定到黑色素支持假设黑素体服务功能的作用调节钙稳态,”色素细胞的研究,20卷,不。2、134 - 139年,2007页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
19. y l . Hong Liu和j·d·西蒙,”结合的金属离子黑色素及其对有氧反应性的影响,“光化学与光生物学,卷80,不。3、477 - 481年,2004页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
20. l .香港和j·d·西蒙,”洞察二价阳离子的绑定乌贼真黑素的红外吸收光谱,”光化学与光生物学,卷82,不。5,1265 - 1269年,2006页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
21. l . y . Liu, v . r . Kempf k .若松,s .伊藤和j·d·西蒙,“离子交换和吸附铁(III)乌贼黑色素。”色素细胞的研究,17卷,不。3、262 - 269年,2004页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
22. 刘y和j·d·西蒙,”金属离子相互作用的结构组织乌贼真黑素。”色素细胞的研究,18卷,不。1,42-48,2005页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
23. a . Samokhvalov y . Liu和j·d·西蒙,”表征的铁(III)绑定网站乌贼真黑素由共振拉曼共焦显微镜。”光化学与光生物学,卷80,不。1,第88 - 84页,2004。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
24. a . Lopez-Delgado c·佩雷斯,f·a·洛佩兹,“高炉污泥吸附重金属,”水的研究,32卷,不。4、989 - 996年,1998页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
25. e . 4和J.-C。面粉糊,“重金属生物吸附真菌菌丝体的副产品:机制和pH值的影响,“应用微生物学和生物技术,37卷,不。3、399 - 403年,1992页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
26. j·t·h . Tan冠军,j . f . Artiola m . l . Brusseau和r·m·米勒”络合镉的鼠李糖脂生物表面活性剂,”环境科学技术,28卷,不。13日,2402 - 2406年,1994页。视图:谷歌学术搜索
27. d . Kratochvil和b . Volesky重金属的吸附重金属的进步。”生物技术的发展趋势,16卷,不。7,291 - 300年,1998页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
28. js。Chang和j .香港”的灭活细胞生物吸附的汞铜绿假单胞菌PU21 (Rip64)。”生物技术和生物工程,44卷,不。8,999 - 1006年,1994页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
29. a和t .坂口,只是“积累铀由担子菌,”应用微生物学和生物技术,38卷,不。4、574 - 578年,1993页。视图:谷歌学术搜索
30. m·皮拉尔脑桥和m . c . Fuste铀固定化细胞吸收的假单胞菌菌株5028年每股收益,”应用微生物学和生物技术,39卷,不。4 - 5,661 - 665年,1993页。视图:谷歌学术搜索
31. k·c·p . k . Wong Lam和c . m .因此,“删除和恢复的铜(II)工业废水假单胞菌的固定化细胞putida II-11,”应用微生物学和生物技术,39卷,不。1,第131 - 127页,1993。视图:谷歌学术搜索

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