从水溶液中钴（II）的Bioremoval由三个不同的抗性和真菌生物量研究

摘要

有限公司三个真菌生物质的吸附（II）：拟青霉属属，青霉属，黑曲霉在这项工作进行了研究。的真菌类生物质拟青霉属SP。showed the best results, since it removes 93% at 24 h of incubation, while the biomasses of青霉sp.和黑曲霉are less efficient, since they remove the metal 77.5% and 70%, respectively, in the same time of incubation, with an optimum pH of removal for the three analyzed biomasses of 5.0 ± 0.2 at 28°C. Regarding the temperature of incubation, the most efficient biomass was that of拟青霉属属，因为它消除了100％，在50℃，而生物量青霉sp.和黑曲霉remove 97.1% and 94.1%, at the same temperature, in 24 hours of incubation. On the contrary, if the concentration of the metal is increased, the removal capacity for the three analyzed biomasses decreases; if the concentration of the bioadsorbent is increased, the removal of the metal also increases. It was observed that, after 4 and 7 days of incubation, 100%, 100%, and 96.4% of Co(II) present in naturally contaminated water were removed, respectively.

1.介绍

重金属排放到水生生态系统已经成为值得关注的问题在最近十年。最令人关注的污染物包括铅，铬，汞，锌，砷，镉，铜，钴，由于它们的毒性，致癌性，或诱变性质[1]。这些有毒物质主要来自采矿作业、矿物提炼、焚化炉套管、金属处理、电子设备制造、油漆、合金、电池或杀虫剂[1]。通常用于消除从所述流出物的金属离子的前体包括化学沉淀法，凝结 - 絮凝，离子交换，反渗透，和溶剂提取。这些技术中，除了是非常昂贵的，具有一些缺点，诸如不完全金属萃取，大量的试剂和能量，以及有毒废物和需要特殊的处理[其它废产物的生成2]。

钴是灰白色的金属具有类似于那些铁和镍的磁性能;它的主要氧化态为+2和+3，但在大多数的钴的可得的化合物，它的值是2。它是一个相对稀少的元素，并在速率范围从0.001-0.002％，在那里的矿物质，如钴的形式发现，在地壳中产生等级（CoS₂∙检验₂)、硫钴矿(有限公司₃小号₄），smaltite（辅酶₂），以及赤藓（3 COO∙作为₂Ø_五∙8H₂O）[3]。它的主要用途是在生产钢的具有特殊特性，如硬度。以氧化物的形式，它被用作在化学和石油工业的催化剂，并以盐的形式，它被用作陶瓷工业的颜料。它也是污水从核电站进来找到。这种金属是许多细菌，包括蓝藻，其中包括硅藻和金藻[3]。

The permissible limits of cobalt in irrigation water and wastewater from livestock are 0.05 and 1.0 mg/L, respectively [4]。在人类急性中毒钴能产生非常严重的健康影响，如哮喘，心脏衰竭，并损坏甲状腺和肝脏[五]并且也可引起突变，并暴露于电离辐射是与增加患癌症的风险[4]并且降低植物中的生长和发育[6，这增加了对废水中钴去除的研究。有不同的物理化学技术去除金属，但由于成本高和一些无效，它们使生物吸附成为去除微量元素的一个很好的替代方法[五]。在此背景下，生物技术正在使用绿色工艺[现代生态需求更一致的解决方案7]。真菌显示出能力来吸收污染物的巨大差异，如碳氢化合物[8]，工业废水[9]，和金属[10]讨论环保程序。不同属的微生物可以迅速从环境中分离出来，快速生长，并已表现出对一系列具有挑战性的环境条件的充分适应能力，为钴的生物修复创造了许多可能性，就像不同种类的真菌:青霉sp。11),拟catenlannulatus[12]，蓝藻螺旋藻platensis[13]，微藻二形栅藻[14]，藻类沙菜valentiae[15]，细菌铜绿假单胞菌SPB-1 [16),嗜thermodenitrificans[17]，以及其他生物量，生物炭的形式柚木[18]，壳聚糖接枝有马来酸[19]，和野菊花[20]。因此，本研究的目的是评估由真菌的生物量在溶液中除去CO（II）的拟青霉属属，青霉属，黑曲霉，isolated in the presence of 500 ppm of chromium(VI).

2.实验

2.1。微生物和培养条件

真菌的生物量拟青霉属属，青霉属，黑曲霉，isolated from the air of an area close to the Faculty of Chemical Sciences of the UASLP, San Luis Potosi, S.L.P., México (the average annual temperature of 18.6°C and 1860 m above the sea level), were used in the malt agar extract. The cultures were incubated at 28°C for 7 days. The strains were identified based on their morphological structures such as color, diameter of the mycelia, and microscopic observation of formation of spores and macroconidia (Figure1）21]。

2.2。获得真菌生物量和钴（II）解决方案

The fungal biomass was obtained by inoculating a concentration of 1 × 10⁶spores/mL in 1 L capacity Erlenmeyer flasks, which contained 600 ml of the thioglycolate broth (8 g/l); for its correct growth, the flasks were incubated at a temperature of 28°C and stirred at a constant velocity (100 rpm). The developed fungal cells were incubated for 7 days, and then they were obtained by filtering the contents of the flasks with Whatman paper No. 1, washed twice with tri-deionized water, and then dried in an oven at 80°C for 12 hours. Finally, the fungal biomass was milled and stored in an amber bottle in a refrigerator until its use. For the following analysis, a series of solutions of Co(II) with a concentration of 200 mg/L in 100 mL were prepared, which were obtained from a standard solution of 1000 mg/L previously prepared with tri-deionized water; its pH was adjusted using nitric acid and/or NaOH; another important factor was the amount of biomass added to each flask that was 1 g/100 mL for the Co(II) solutions. Samples were taken at different times, the fungal biomass was removed by centrifugation (3000 rpm/5 min), and the supernatant was analyzed to determine the concentration of the metal ion.

2.3。钴的测定（II）

的Co（II）在水溶液中的浓度通过UV光谱法使用双光束紫外可见分光光度计，岛津制作所的UV-2101PC，由甲基异丁基酮的方法测定[22]。样品的钴（II）的浓度，使用的Co（II）溶液的标准浓度制备的校准曲线（浓度对吸光度）来估计。校准曲线用于每个测试的不同的pH值来制备，因为曲线随pH变化。

3。结果与讨论

3.1。分离和真菌菌株的鉴定及耐有限公司（II）

分离的真菌菌株能够生长在LMM（Lee的基本培养基），补充有不同浓度的金属（图2)。这表明，这些真菌开发的钴（II）耐受性和/或阻力，他们已被其宏观和微观特性[确定21]。The cells of the analyzed strains grew on LMM supplemented with different concentrations of Co(II) we obtained for the growth of three fungi at 500 mg/L: 33, 24, and 37 mg of dry weight, for黑曲霉，拟青霉属属，和青霉分别sp。。这表明，在浓度高达500 mg/L时生长的真菌对金属具有耐受性和/或抗性，这与Acosta-Rodriguez等人报道的结果相似[。10]。它是类似白色念珠菌，which grew at 300 mg/L of Co(II), for eight species of青霉与巴西土壤分离(耐受性在50 - 500之间μ克/毫升）;对于季也蒙毕赤酵母isolated from acidic mine water in Peru, with a resistance to 400–600 mM of Co(II) [23]。和细菌铜绿假单胞菌小号PB-1 (2.5 mM) [16]，类似的环境，污染物真菌青霉SP。IA-01 and which grew at a concentration of 500 ppm of Cr(VI) in an area near the Faculty of Chemical Sciences in San Luis Potosi, México, under the same conditions [24]。在金属容限的变化可能是由于由所述微生物表现出的独特的策略或抗性/耐受性的机制。阻力对Co（II）中的革兰氏阴性细菌是基于采用电阻结瘤细胞分裂驱动的反式包络外排系统（RND）转运[上25]。

3.2。培养时间和pH值的影响

数字3shows the effect of contact time and pH on biosorption of Co(II) (200 mg/L) to the dried fungal biomass; it was found that the highest removal occurred in 24 h of incubation and at pH 5.0: 93%, 77.5%, and 70.4%, for拟青霉属属，青霉属，黑曲霉，这些结果与海藻中海藻酸钙的研究结果相似Macrocystis pyrifera[26),由椰子L.叶粉[27]，和由孟加拉榕叶粉[28]。但他们从那些Vannela和维尔马[报道不同13]，谁通知的最大吸附金属螺旋藻将其在pH 6.0观察到的，与自由和固定化的生物质的生物质;通过P. catenlannulatus作为Co的摄取（II）与在pH 7.0在高级别pH增加4.5至7.0，并在最后遗骸，由于形成沉淀物，如Co的（OH）的增加₂（s）实施12]。由藻类H. valentiae中，在6的pH值15]。并通过铜绿假单胞菌SPB-1，其中，[CO（III）-EDTA]的最大吸附被认为是在pH7.0 [16]。对真菌的细胞部分有更深入的研究青霉SP。IA-01，其指示还原的最适pH和吸附去除Cr（VI）的为7.0，不同的是惰性的生物质在本研究中[24]。这种现象可以带正电h的越少竞争的基础上进行解释⁺和Co²⁺离子为类似的官能团。当pH升高时，多个配位体是暴露的且带负电荷的基团的在吸附剂基质的数量可能增加，提高了除去阳离子物质的[15]。

3.3。温度的影响

数字4分别为20℃、28℃、40℃和50℃，在50±1℃时最大吸附容量分别为100%、97.1%和94.1%拟青霉属属，青霉属，答:尼日尔，这些结果与在24小时内报道的结果相似P. catenlannulatus，以Co（II）与从20升温至40的增加的摄取℃[12),铜绿假单胞菌SPB-1 [16),椰子L.叶粉[27]，和F.火柴头叶粉[28和那些报道的藻类不同H. valentiae[15),在which it can be seen that the maximum monolayer capacity of the adsorbent decreases from 47.44 to 46.03 mg/L by increasing the temperature from 25°C to 45°C. On the contrary, enhancement of the adsorption capacity of the fungal biomasses at higher temperatures may be attributed to the activation of the adsorbing surface and the accelerated diffusivity of the metal with the increasing temperature and increase in the mobility of metal ions [12]。

3.4。初步有限公司（II）浓度的影响

Biosorption capacities of the fungal biomasses for the Co(II) were studied as a function of the initial metal concentration between 50 and 500 mg/L (Figure五当三种真菌生物量的Co(II)浓度从300 mg/L增加时，吸附率下降。据观察，在某些藻类属、藻类的藻酸钙和稻草中，增加Co(II)的初始浓度可减少Co(II)的去除[15，26，29]，但它是从不同的螺旋藻，since increasing the initial concentration of Co(II) increases the removal of it, attaining a maximum value of 181 mg Co(II)/g at 600 mg/L concentration of Co(II) [13]，对于叶榧从韦洛尔地区，印度[农田收集（柚木）树18]。Vilvanathan和Shanthakumar表明捕获的金属的百分比是正比于金属的，它是由于吸附过程给定的力之间的差的浓度;在C.野菊，it can be observed that the amount of metal ion uptake also increased from 11.7 to 15.2 mg/g with increasing Co(II) ion concentration from 25 to 75 mg/L [20]。这可能是由于生物量离子表面官能团竞争的增加[三十]。

3.5。初始生物质浓度的影响

生物质的量对Co（II）的去除能力的效果描述于图6。如果生物量增加，溶液中金属的去除率也增加;时的真菌生物量为10g拟青霉属SP。is used instead of 5 g, it can be seen that 100% of the metal is removed in 16 hours; other filamentous fungi such as青霉sp.和黑曲霉在与分别为100％和除去98％在24小时表现出优异的金属去除能力;许多作者同意的是，通过增加生物质的量，金属去除能力增加，因为增加的生物吸附剂的量决定的结合位点的可用数量为金属吸附的事实[31]。类似的结果已经报告了铜绿假单胞菌SPB-1 [16]，对于海藻藻M. pyrifera[26]，以及用于从水溶液中吸附除去的Co（II）的使用C.莲L. [27),with nanocellulose/nanobentonite composite anchored with multicarboxyl functional group experiments, with various amounts of adsorbent ranging between 0.05 and 5.0 g/L [32]。

3.6。在工业废物与真菌生物量研究有限公司（II）的去除

To analyze the possible application of the three fungal biomasses at the industrial level and their ability to remove Co(II) from sediments and real effluents, an aqueous solution assay was used where 5 g of the fungal biomass was used, with 100 mL of wastewater which contains 100 mg of Co(II), at 28°C and stirred at 100 rpm. The samples were taken from Tanque Tenorio (located at east of the city of San Luis Potosi, México) which was used in the seventies as a dump of industrial waste and years later also served as a wastewater dump [33]。以后，可以使用这些水域对农作物的灌溉和饮用槽动物[34]。污染源鉴定了产生汞，钡，锶，镉，铅，银，RB，钴，铜，铁，和As，以及一些超过用于人类消费的容许极限[35]。在这项研究中，我们能够观察到，经过培养四天，钴（II）的100％出现在天然污染的水和由丝状真菌去除土壤拟青霉属和96.4%青霉sp.和答:尼日尔分别7天时（图7)。生物量去除重金属的能力等于或大于其他已被研究过的生物质的去除能力，例如白念珠菌生物质以从沉积物和流出物移除铬（VI），其中存在于污染水的金属和土壤的74和69％除去[10]，和丛粒藻biomass to remove As(III) and As(V) ions from the 50 mg/L synthetic wastewater, in which 85.22% and 88.15% of maximum removal efficiency were achieved [36]。此外，C。tropicalis观察到从废水中除去40％的镉（II）后6天，并还能够在12天后[从废水中除去78％的37]。不同属种的黑have the capacity to remove approximately between 20 and 50% of 100 mg/L of Hg(II) using 1 g of biomass, with a temperature of 30°C and a pH of 5.5; these data are lower than those reported in this research because mercury is more toxic and causes the inhibition of cellular glucose uptake and then cellular respiration, and therefore, there is no growth of microorganisms [38]。小号accharomyces酵母和孢圆酵母德氏分别降低98.1，83.0，60.7，60.5，和浊度，硫酸盐，BOD，磷酸盐54.2％，和COD，制革流出物[的39]，以及酿酒酵母，“wild-type” (WT) parental strain BY4741 is very efficient in removing Mn(II), Cu(II), and Co(II) from synthetic effluents containing 1–2 mM cations [40]。

4.结论

重金属污染是一个严重的健康和生态问题。由三个不同的真菌生物质去除钴（II）中进行了调查。抗性分离丝状真菌具有高CO（II）消除的能力。对于钴（II）的去除能力的测定，不同方面或操作条件，例如温育时间，pH值，初始金属离子浓度，和真菌类生物质进行了分析。与所获得的数据，清楚地观察到，对于消除的Co（II）的最佳条件是在50℃的温度，5.0的pH值，并在24小时的温育时间，和可以观察到，通过增加the amount of biomass to a maximum of 10 g in this study with the three resistant fungi, the metal removal capacity increased. In the case of the removal of Co(II) from natural contaminated waste such as water and soil, we could observe that the metal was removed 100% at a maximum time of four days with the fungus拟青霉属SP。最简单的判断这种类型的生物材料的是对生态系统的可持续性巨大的生态和经济的重要性;丝状真菌中分离拟青霉属属，青霉属，黑曲霉非常有前途的钴去除的生物材料（II）进行分析。

数据可用性

用于支持本研究的结果的图像和图形数据被包括在制品内;这些信息也可以通过通过以下电子邮件ID与作者直接联系咨询：伊斯梅尔·阿科斯塔博士（iacosta@uaslp.mx）和胡安·卡德纳斯博士（juan.cardenas@uaslp.mx)。

的利益冲突

作者宣称，有兴趣就本文发表任何冲突。

作者的贡献

胡安卡德纳斯博士，绘制直线。阿德里安娜·罗德里格斯·伊斯梅尔博士阿科斯塔胡安·曼努埃尔·巴尔加斯博士维克托·马丁内斯博士，基督教米歇尔博士，古斯塔沃·加列戈斯博士，绘制直线。米尔卡埃斯卡利拉，并绘制直线。亚历杭德拉·穆尼奥斯参与概念化。胡安卡德纳斯博士，绘制直线。阿德里安娜·罗德里格斯·伊斯梅尔博士阿科斯塔胡安·曼努埃尔·巴尔加斯博士维克托·马丁内斯博士，基督教米歇尔博士，古斯塔沃·加列戈斯博士，绘制直线。米尔卡埃斯卡利拉，并绘制直线。亚历杭德拉·穆尼奥斯参与方法。胡安卡德纳斯博士，绘制直线。阿德里安娜·罗德里格斯和伊斯梅尔·阿科斯塔博士负责项目管理。 Dr. Juan Círdenas, Dra. Adriana Rodríguez, Dr. Ismael Acosta, Dr. Juan Manuel Vargas, Dr. Víctor Martínez, Dr. Christian Michel, Dr. Gustavo Gallegos, Dra. Milka Escalera, and Dra. Alejandra Muñoz were responsible for resources. Dr. Juan Cárdenas, Dra. Adriana Rodríguez, and Dr. Ismael Acosta were responsible for supervision. Dr. Juan Manuel Vargas, Dr. Víctor Martínez, Dr. Christian Michel, Dr. Gustavo Gallegos, Dra. Milka Escalera, and Dra. Alejandra Muñoz were involved in validation. Dr. Juan Cárdenas, Dra. Adriana Rodríguez, Dr. Ismael Acosta, Dr. Juan Manuel Vargas, Dr. Víctor Martínez, Dr. Christian Michel, Dr. Gustavo Gallegos, Dra. Milka Escalera, and Dra. Alejandra Muñoz were involved in visualization (our research group has together every one that has to publish some work to make it ready in its entirety for the publisher). Dr. Juan Cárdenas, Dra. Adriana Rodríguez, and Dr. Ismael Acosta were involved in writing original draft. Dr. Juan Cárdenas, Dra. Adriana Rodríguez, Dr. Ismael Acosta, Dr. Juan Manuel Vargas, Dr. Víctor Martínez, Dr. Christian Michel, Dr. Gustavo Gallegos, Dra. Milka Escalera, and Dra. Alejandra Muñoz were involved in writing, review, and editing.

致谢

这项工作在财政的自治大学圣路易斯波托西实现了与编号分配511-6 / 17-7930 Programa第下午DESARROLLO设备专业Docente（PRODEP）的支持。

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