Published January 17, 2023
| Version v1
Publication
Open
An immobilized biosorbent from Paenibacillus dendritiformis dead cells and polyethersulfone for the sustainable bioremediation of lead from wastewater
Creators
- 1. Benha University
- 2. National Water Research Center
- 3. Desert Research Center
- 4. Ain Shams University
- 5. National Research Centre
Description
Heavy metals, including lead, cause serious damage to human health and the surrounding environment. Natural biosorbents arise as environmentally friendly alternatives. In this study, two of the 41 isolates (8EF and 17OS) were the most efficient bacteria for growing on media supplemented with Pb2+ (1000 mg/L). At high concentrations up to 2000 mg/L, the pioneer isolate 17OS exhibited remarkable resistance to multiheavy metals. This isolate was identified as Paenibacillus dendritiformis 17OS and deposited in GenBank under accession number ON705726.1. Design-Expert was used to optimize Pb2+ metal removal by the tested bacteria. Results indicated that four of six variables were selected using a minimum-run resolution IV experimental design, with a significant affecting Pb2+ removal. Temperature and Pb2+ concentration were significant positive influences, whereas incubation period and agitation speed were significant negative ones. The tested strain modulated the four significant variables for maximum Pb2+ removal using Box-Behnken design. The sequential optimization method was beneficial in increasing biosorption by 4.29%. Dead biomass of P. dendritiformis 17OS was embedded with polyethersulfone to get a hydrophilic adsorptive membrane that can separate Pb2+ easily from aqueous solutions. SEM images and FT-IR analysis proved that the new biosorbent possesses a great structure and a lot of surface functional groups with a negative surface charge of - 9.1 mV. The removal rate of 200 mg/L Pb2+ from water reached 98% using 1.5 g/L of the immobilized biosorbent. The adsorption isotherm studies were displayed to determine the nature of the reaction. The adsorption process was related to Freundlich isotherm which describes the multilayer and heterogeneous adsorption of molecules to the adsorbent surface. In conclusion, dead bacterial cells were immobilized on a polyether sulfone giving it the characteristics of a novel adsorptive membrane for the bioremediation of lead from wastewater. Thus this study proposed a new generation of adsorptive membranes based on polyethersulfone and dead bacterial cells.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
تتسبب المعادن الثقيلة، بما في ذلك الرصاص، في أضرار جسيمة لصحة الإنسان والبيئة المحيطة. تنشأ المواد الماصة الحيوية الطبيعية كبدائل صديقة للبيئة. في هذه الدراسة، كانت اثنتان من 41 عزلة (8EF و 17OS) أكثر البكتيريا كفاءة للنمو على الوسائط المكملة بـ Pb2 + (1000 مجم/لتر). عند تركيزات عالية تصل إلى 2000 ملغم/لتر، أظهر المعزل الرائد 17O مقاومة ملحوظة للمعادن الثقيلة المتعددة. تم تحديد هذا العزل على أنه Paenibacillus dendritiformis 17OS وتم إيداعه في بنك الجينات تحت رقم الانضمام ON705726.1. تم استخدام Design - Expert لتحسين إزالة المعادن Pb2 + بواسطة البكتيريا التي تم اختبارها. أشارت النتائج إلى أنه تم اختيار أربعة من ستة متغيرات باستخدام تصميم تجريبي منخفض الدقة IV، مع تأثير كبير على إزالةPb2 +. كانت درجة الحرارة وتركيز Pb2 + من التأثيرات الإيجابية الكبيرة، في حين كانت فترة الحضانة وسرعة التحريض من التأثيرات السلبية الكبيرة. قامت السلالة المختبرة بتعديل المتغيرات الأربعة المهمة لإزالة Pb2 + القصوى باستخدام تصميم Box - Behnken. كانت طريقة التحسين المتسلسلة مفيدة في زيادة الامتصاص الحيوي بنسبة 4.29 ٪. تم تضمين الكتلة الحيوية الميتة من P. dendritiformis 17OS مع البولي إيثر سلفون للحصول على غشاء ماص للماء يمكنه فصل Pb2+ بسهولة عن المحاليل المائية. أثبتت صور SEM وتحليل FT - IR أن المادة الماصة الحيوية الجديدة تمتلك بنية كبيرة والكثير من المجموعات الوظيفية السطحية بشحنة سطحية سالبة تبلغ -9.1 مللي فولط. وصل معدل إزالة 200 مجم/لتر Pb2 + من الماء إلى 98 ٪ باستخدام 1.5 جم/لتر من المادة الماصة الحيوية المثبتة. تم عرض دراسات الامتزاز متساوي الحرارة لتحديد طبيعة التفاعل. كانت عملية الامتزاز مرتبطة بتساوي حرارة Freundlich الذي يصف الامتزاز متعدد الطبقات وغير المتجانس للجزيئات إلى السطح الممتز. في الختام، تم تجميد الخلايا البكتيرية الميتة على سلفون بولي إيثر مما يعطيها خصائص غشاء امتزازي جديد للمعالجة الحيوية للرصاص من مياه الصرف الصحي. وهكذا اقترحت هذه الدراسة جيلًا جديدًا من الأغشية الامتزازية القائمة على البولي إيثر سلفون والخلايا البكتيرية الميتة.Translated Description (French)
Les métaux lourds, y compris le plomb, causent de graves dommages à la santé humaine et à l'environnement. Les biosorbants naturels apparaissent comme des alternatives respectueuses de l'environnement. Dans cette étude, deux des 41 isolats (8EF et 17OS) étaient les bactéries les plus efficaces pour la croissance sur des milieux supplémentés en Pb2+ (1000 mg/L). À des concentrations élevées allant jusqu'à 2000 mg/L, l'isolat pionnier 17OS a montré une résistance remarquable aux métaux multi-lourds. Cet isolat a été identifié comme Paenibacillus dendritiformis 17OS et déposé dans GenBank sous le numéro d'accession ON705726.1. Design-Expert a été utilisé pour optimiser l'élimination du métal Pb2+ par les bactéries testées. Les résultats ont indiqué que quatre des six variables ont été sélectionnées à l'aide d'un plan expérimental de résolution IV minimum, avec un effet significatif sur l'élimination du Pb2+. La température et la concentration de Pb2+ étaient des influences positives significatives, tandis que la période d'incubation et la vitesse d'agitation étaient des influences négatives significatives. La souche testée a modulé les quatre variables significatives pour l'élimination maximale du Pb2+ en utilisant la conception Box-Behnken. La méthode d'optimisation séquentielle a été bénéfique pour augmenter la biosorption de 4,29 %. La biomasse morte de P. dendritiformis 17OS a été incorporée avec du polyéthersulfone pour obtenir une membrane adsorbante hydrophile qui peut séparer facilement le Pb2+ des solutions aqueuses. Les images MEB et l'analyse FT-IR ont prouvé que le nouveau biosorbant possède une grande structure et beaucoup de groupes fonctionnels de surface avec une charge de surface négative de - 9,1 mV. Le taux d'élimination de 200 mg/L de Pb2+ de l'eau a atteint 98% en utilisant 1,5 g/L du biosorbant immobilisé. Les études d'isotherme d'adsorption ont été affichées pour déterminer la nature de la réaction. Le processus d'adsorption était lié à l'isotherme de Freundlich qui décrit l'adsorption multicouche et hétérogène des molécules à la surface de l'adsorbant. En conclusion, des cellules bactériennes mortes ont été immobilisées sur un polyéther sulfone lui conférant les caractéristiques d'une nouvelle membrane adsorbante pour la biorestauration du plomb des eaux usées. Ainsi, cette étude a proposé une nouvelle génération de membranes adsorbantes à base de polyéthersulfone et de cellules bactériennes mortes.Translated Description (Spanish)
Los metales pesados, incluido el plomo, causan graves daños a la salud humana y al medio ambiente circundante. Los biosorbentes naturales surgen como alternativas respetuosas con el medio ambiente. En este estudio, dos de los 41 aislados (8EF y 17OS) fueron las bacterias más eficientes para el cultivo en medios suplementados con Pb2+ (1000 mg/L). A altas concentraciones de hasta 2000 mg/L, el aislado pionero 17OS mostró una notable resistencia a los metales multipesados. Este aislado se identificó como Paenibacillus dendritiformis 17OS y se depositó en GenBank con el número de acceso ON705726.1. Design-Expert se utilizó para optimizar la eliminación de metales Pb2+ por parte de las bacterias probadas. Los resultados indicaron que cuatro de las seis variables se seleccionaron utilizando un diseño experimental de resolución IV de ejecución mínima, con un efecto significativo en la eliminación de Pb2+. La temperatura y la concentración de Pb2+ fueron influencias positivas significativas, mientras que el periodo de incubación y la velocidad de agitación fueron negativos significativos. La cepa probada moduló las cuatro variables significativas para la eliminación máxima de Pb2+ utilizando el diseño Box-Behnken. El método de optimización secuencial fue beneficioso para aumentar la biosorción en un 4,29%. La biomasa muerta de P. dendritiformis 17OS se incrustó con polietersulfona para obtener una membrana adsorbente hidrófila que puede separar fácilmente el Pb2+ de las soluciones acuosas. Las imágenes SEM y el análisis FT-IR demostraron que el nuevo biosorbente posee una gran estructura y muchos grupos funcionales de superficie con una carga superficial negativa de - 9.1 mV. La tasa de eliminación de 200 mg/L de Pb2+ del agua alcanzó el 98% utilizando 1,5 g/L del biosorbente inmovilizado. Los estudios de isoterma de adsorción se mostraron para determinar la naturaleza de la reacción. El proceso de adsorción se relacionó con la isoterma de Freundlich que describe la adsorción multicapa y heterogénea de moléculas a la superficie adsorbente. En conclusión, las células bacterianas muertas se inmovilizaron en una poliéter sulfona dándole las características de una nueva membrana adsorbente para la biorremediación del plomo de las aguas residuales. Por lo tanto, este estudio propuso una nueva generación de membranas adsorbentes basadas en polietersulfona y células bacterianas muertas.Files
s41598-023-27796-w.pdf.pdf
Files
(2.3 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:cbef9a683ee0d9384b67d147aa4f7151
|
2.3 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- مادة ماصة حيوية مثبتة من الخلايا الميتة للعصيات المتغصنة والبولي إيثر سلفون من أجل المعالجة الحيوية المستدامة للرصاص من مياه الصرف الصحي
- Translated title (French)
- Un biosorbant immobilisé de cellules mortes de Paenibacillus dendritiformis et de polyéthersulfone pour la biorestauration durable du plomb des eaux usées
- Translated title (Spanish)
- Un biosorbente inmovilizado de células muertas de Paenibacillus dendritiformis y polietersulfona para la biorremediación sostenible del plomo de las aguas residuales
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4317103478
- DOI
- 10.1038/s41598-023-27796-w
References
- https://openalex.org/W1737814737
- https://openalex.org/W1915697722
- https://openalex.org/W1986258688
- https://openalex.org/W2008553949
- https://openalex.org/W2012833811
- https://openalex.org/W2014096918
- https://openalex.org/W2014280231
- https://openalex.org/W2027838529
- https://openalex.org/W2038618300
- https://openalex.org/W2043219105
- https://openalex.org/W2050890394
- https://openalex.org/W2055043387
- https://openalex.org/W2057721517
- https://openalex.org/W2058724300
- https://openalex.org/W2059619826
- https://openalex.org/W2064562224
- https://openalex.org/W2085334429
- https://openalex.org/W2086221794
- https://openalex.org/W2090817185
- https://openalex.org/W2159727241
- https://openalex.org/W2200669835
- https://openalex.org/W2285006802
- https://openalex.org/W2423430211
- https://openalex.org/W2592345547
- https://openalex.org/W2743066213
- https://openalex.org/W2793344462
- https://openalex.org/W2799459422
- https://openalex.org/W2800975665
- https://openalex.org/W2808579653
- https://openalex.org/W2899232248
- https://openalex.org/W2905936528
- https://openalex.org/W2909599995
- https://openalex.org/W2933045564
- https://openalex.org/W2950143593
- https://openalex.org/W2951681847
- https://openalex.org/W2969336912
- https://openalex.org/W2972287215
- https://openalex.org/W2996569320
- https://openalex.org/W3004329522
- https://openalex.org/W3016026957
- https://openalex.org/W3020950440
- https://openalex.org/W3043300454
- https://openalex.org/W3088630649
- https://openalex.org/W3090540017
- https://openalex.org/W3095034037
- https://openalex.org/W3186578457
- https://openalex.org/W4237459771