Published December 11, 2023 | Version v1
Publication Open

Potential bioremediation of lead and phenol by sunflower seed husk and rice straw-based biochar hybridized with bacterial consortium: a kinetic study

Creators

  • 1. City of Scientific Research and Technological Applications
  • 2. Alexandria University

Description

Environmental pollution is a global phenomenon and troublesome fact that poses a grave risk to all living entities. Via coupling carbonaceous feedstocks with outstanding microbial activity, kinetic experiments were established using the consortium of Proteus mirabilis and Raoultella planticola, biochar-derived sunflower seed husk (SHB) and rice straw (RSB), and their composites, which investigated at 30 °C (150 rpm) to eliminate 700 mg L-1 lead (120 h) and phenol (168 h) from synthetic wastewater. The derived biochars physicochemical properties of were studied. According to adsorption capacity (qe), consortium-SHB composites and consortium-RSB composites removed lead completely (70 mg g-1) within 48 h and 66 h, respectively. Besides, phenol was remediated entirely after 42 h and 48 h by both composite systems (69.90 mg g-1), respectively, comparing with bacterial consortium only or parent SHB and RSB. Moreover, four kinetic models were studied to describe the bioremediation process. Fractional power and Elovich models could be recommended for describing the adsorption kinetics for lead and phenol removal by the studied biomaterials with high correlation coefficient (R2 ≥ 0.91 for Pb2+ and ≥ 0.93 for phenol) and lower residual root mean square error (RMSE) and chi-square (X2). Overall, bacterial consortium-biochar composites exhibited greater remediation of lead and phenol than the sum of each single bacterial consortium and biochar systems; reflecting synergistic interaction of adsorptive capability of biochar and metabolic performance of bacterial consortium, as denoted by scanning electron microscopy (SEM) and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX). The current study addressed the successful design of employing functional remediating consortium immobilized on waste biomass-derived biochar as a conducive alternative eco-sorbent and economic platform to detoxify organic and inorganic pollutants.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

التلوث البيئي ظاهرة عالمية وحقيقة مزعجة تشكل خطرًا جسيمًا على جميع الكيانات الحية. من خلال اقتران المواد الأولية الكربونية مع النشاط الميكروبي المتميز، تم إنشاء تجارب حركية باستخدام كونسورتيوم بروتيوس ميرابيليس وراولتيلا بلانتيكولا، وقشر بذور عباد الشمس المشتقة من الفحم الحيوي (SHB) وقش الأرز (RSB)، ومركباتها، والتي تم فحصها عند 30 درجة مئوية (150 دورة في الدقيقة) للقضاء على 700 ملغ من الرصاص L -1 (120 ساعة) والفينول (168 ساعة) من مياه الصرف الصناعي. تمت دراسة الخصائص الفيزيائية الكيميائية المشتقة من الفحم الحيوي. وفقًا لسعة الامتزاز (qe)، قامت مركبات الكونسورتيوم- SHB ومركبات الكونسورتيوم- RSB بإزالة الرصاص تمامًا (70 مجم جم-1) في غضون 48 ساعة و 66 ساعة، على التوالي. إلى جانب ذلك، تمت معالجة الفينول بالكامل بعد 42 ساعة و 48 ساعة بواسطة كلا النظامين المركبين (69.90 مجم جم-1)، على التوالي، مقارنة بالكونسورتيوم البكتيري فقط أو الأم SHB و RSB. علاوة على ذلك، تمت دراسة أربعة نماذج حركية لوصف عملية المعالجة الحيوية. يمكن التوصية بالقوة الجزئية ونماذج إلوفيتش لوصف حركية الامتزاز لإزالة الرصاص والفينول من قبل المواد الحيوية المدروسة ذات معامل الارتباط العالي (R2 ≥ 0.91 لـ Pb2 + و ≥ 0.93 للفينول) وانخفاض متوسط الجذر التربيعي المتبقي (RMSE) و مربع كاي (X2). بشكل عام، أظهرت المركبات البكتيرية للكونسورتيوم- الفحم الحيوي معالجة أكبر للرصاص والفينول من مجموع كل كونسورتيوم بكتيري واحد وأنظمة الفحم الحيوي ؛ مما يعكس التفاعل التآزري للقدرة الامتزازية للبيوكار والأداء الاستقلابي للكونسورتيوم البكتيري، كما يدل على ذلك المسح المجهري الإلكتروني (SEM) ومطيافية الأشعة السينية المشتتة للطاقة (EDX). تناولت الدراسة الحالية التصميم الناجح لتوظيف كونسورتيوم المعالجة الوظيفية المثبت على الفحم الحيوي المشتق من الكتلة الحيوية للنفايات كمنصة بديلة ماصة للبيئة واقتصادية لإزالة السموم من الملوثات العضوية وغير العضوية.

Translated Description (French)

La pollution de l'environnement est un phénomène mondial et un fait gênant qui pose un grave risque pour toutes les entités vivantes. Grâce au couplage de matières premières carbonées avec une activité microbienne exceptionnelle, des expériences cinétiques ont été établies en utilisant le consortium de Proteus mirabilis et Raoultella planticola, l'enveloppe de graines de tournesol dérivée du biochar (SHB) et la paille de riz (RSB), et leurs composites, qui ont étudié à 30 °C (150 tr/min) pour éliminer 700 mg L-1 de plomb (120 h) et de phénol (168 h) des eaux usées synthétiques. Les propriétés physico-chimiques des biochars dérivés ont été étudiées. Selon la capacité d'adsorption (qe), les composites consortium-SHB et consortium-RSB éliminent complètement le plomb (70 mg g-1) en 48 h et 66 h, respectivement. En outre, le phénol a été entièrement remédié après 42 h et 48 h par les deux systèmes composites (69,90 mg g-1), respectivement, en comparaison avec le consortium bactérien uniquement ou SHB et RSB parents. De plus, quatre modèles cinétiques ont été étudiés pour décrire le processus de biorestauration. La puissance fractionnaire et les modèles d'Elovich pourraient être recommandés pour décrire la cinétique d'adsorption pour l'élimination du plomb et du phénol par les biomatériaux étudiés avec un coefficient de corrélation élevé (R2 ≥ 0,91 pour le Pb2+ et ≥ 0,93 pour le phénol) et une erreur quadratique moyenne résiduelle (RMSE) et un chi-carré (X2) plus faibles. Dans l'ensemble, les composites consortium bactérien-biochar ont montré une plus grande remédiation du plomb et du phénol que la somme de chaque consortium bactérien et des systèmes de biochar ; reflétant l'interaction synergique de la capacité d'adsorption du biochar et des performances métaboliques du consortium bactérien, comme indiqué par la microscopie électronique à balayage (MEB) et la spectroscopie à rayons X à dispersion d'énergie (EDX). La présente étude a porté sur la conception réussie de l'utilisation d'un consortium de remédiation fonctionnelle immobilisé sur le biochar dérivé de la biomasse des déchets en tant que plate-forme économique et éco-sorbante alternative propice à la détoxification des polluants organiques et inorganiques.

Translated Description (Spanish)

La contaminación ambiental es un fenómeno global y un hecho problemático que representa un grave riesgo para todas las entidades vivientes. Mediante el acoplamiento de materias primas carbonáceas con una actividad microbiana sobresaliente, se establecieron experimentos cinéticos utilizando el consorcio de Proteus mirabilis y Raoultella planticola, cáscara de semilla de girasol derivada de biochar (SHB) y paja de arroz (RSB), y sus compuestos, que investigaron a 30 ° C (150 rpm) para eliminar 700 mg L-1 de plomo (120 h) y fenol (168 h) de las aguas residuales sintéticas. Se estudiaron las propiedades fisicoquímicas de los biochars derivados. De acuerdo con la capacidad de adsorción (qe), los compuestos consorcio-SHB y los compuestos consorcio-RSB eliminaron el plomo por completo (70 mg g-1) en 48 h y 66 h, respectivamente. Además, el fenol fue remediado por completo después de 42 h y 48 h por ambos sistemas compuestos (69.90 mg g-1), respectivamente, en comparación con el consorcio bacteriano solo o el SHB y RSB originales. Además, se estudiaron cuatro modelos cinéticos para describir el proceso de biorremediación. Se podrían recomendar modelos de potencia fraccional y de Elovich para describir la cinética de adsorción para la eliminación de plomo y fenol por los biomateriales estudiados con alto coeficiente de correlación (R2 ≥ 0.91 para Pb2+ y ≥ 0.93 para fenol) y menor error cuadrático medio residual (RMSE) y chi-cuadrado (X2). En general, los compuestos bacterianos de consorcio-biochar exhibieron una mayor remediación de plomo y fenol que la suma de cada consorcio bacteriano y sistema de biochar; lo que refleja la interacción sinérgica de la capacidad de adsorción del biochar y el rendimiento metabólico del consorcio bacteriano, como lo indica la microscopía electrónica de barrido (SEM) y la espectroscopía de rayos X de dispersión de energía (edX). El estudio actual abordó el diseño exitoso de emplear un consorcio de remediación funcional inmovilizado en biocarbón derivado de biomasa residual como una plataforma económica y ecoabsorbente alternativa propicia para desintoxicar contaminantes orgánicos e inorgánicos.

Files

s41598-023-49036-x.pdf.pdf

Files (3.4 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:86676541b2f7515908d9abbc1a5cc2a8
3.4 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
المعالجة الحيوية المحتملة للرصاص والفينول بواسطة قشر بذور عباد الشمس والفحم الحيوي القائم على قش الأرز المهجن مع الكونسورتيوم البكتيري: دراسة حركية
Translated title (French)
Bioremédiation potentielle du plomb et du phénol par l'enveloppe de graines de tournesol et le biochar à base de paille de riz hybridés avec un consortium bactérien : une étude cinétique
Translated title (Spanish)
Biorremediación potencial de plomo y fenol por biochar a base de cáscara de semilla de girasol y paja de arroz hibridado con consorcio bacteriano: un estudio cinético

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4389545975
DOI
10.1038/s41598-023-49036-x

Is supplement to
https://openalex.org/W3199771669 (Other)
https://openalex.org/W3150549663 (Other)
https://openalex.org/W2915066479 (Other)
https://openalex.org/W2763797656 (Other)
https://openalex.org/W2523079174 (Other)
https://openalex.org/W2386166051 (Other)
https://openalex.org/W2261753061 (Other)
https://openalex.org/W2253284738 (Other)
https://openalex.org/W1979540703 (Other)
https://openalex.org/W1481022051 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Egypt

References

  • https://openalex.org/W2062407601
  • https://openalex.org/W2097620591
  • https://openalex.org/W2134071725
  • https://openalex.org/W2138314820
  • https://openalex.org/W2160271493
  • https://openalex.org/W2168986019
  • https://openalex.org/W2236509574
  • https://openalex.org/W2346085855
  • https://openalex.org/W2346868242
  • https://openalex.org/W2409219597
  • https://openalex.org/W2441548391
  • https://openalex.org/W2587614534
  • https://openalex.org/W2749573124
  • https://openalex.org/W2790754242
  • https://openalex.org/W2797855184
  • https://openalex.org/W2798059103
  • https://openalex.org/W2800698563
  • https://openalex.org/W2888315679
  • https://openalex.org/W2901528246
  • https://openalex.org/W2929152332
  • https://openalex.org/W2946171422
  • https://openalex.org/W3001007947
  • https://openalex.org/W3009051837
  • https://openalex.org/W3080783283
  • https://openalex.org/W3081756547
  • https://openalex.org/W3107597821
  • https://openalex.org/W3109864355
  • https://openalex.org/W3114973248
  • https://openalex.org/W3180677679
  • https://openalex.org/W3184663139
  • https://openalex.org/W3196635339
  • https://openalex.org/W3200831182
  • https://openalex.org/W4200123084
  • https://openalex.org/W4205649938
  • https://openalex.org/W4225154010
  • https://openalex.org/W4232622217
  • https://openalex.org/W4281250501
  • https://openalex.org/W4311366532
  • https://openalex.org/W4315928375
  • https://openalex.org/W4317722310
  • https://openalex.org/W4322492872
  • https://openalex.org/W4367845013