PL239943B1 - Sposób sorpcji wieloskładnikowej metali ziem rzadkich z roztworów wodnych - Google Patents

Sposób sorpcji wieloskładnikowej metali ziem rzadkich z roztworów wodnych Download PDF

Info

Publication number
PL239943B1
PL239943B1 PL421860A PL42186017A PL239943B1 PL 239943 B1 PL239943 B1 PL 239943B1 PL 421860 A PL421860 A PL 421860A PL 42186017 A PL42186017 A PL 42186017A PL 239943 B1 PL239943 B1 PL 239943B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
ppm
solution
yeast
sorption
metals
Prior art date
Application number
PL421860A
Other languages
English (en)
Other versions
PL421860A1 (pl
Inventor
Andrzej Grzegorz Chmielewski
Paweł Kalbarczyk
Jolanta Mierzejewska
Otton Krzysztof Roubinek
Jakub Dudek
Jacek Palige
Henryk Burliński
Andrzej Dobrowolski
Halina Polkowska-Motrenko
Urszula Gryczka
Original Assignee
Inst Chemii I Techniki Jadrowej
Politechnika Warszawska
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Inst Chemii I Techniki Jadrowej, Politechnika Warszawska filed Critical Inst Chemii I Techniki Jadrowej
Priority to PL421860A priority Critical patent/PL239943B1/pl
Publication of PL421860A1 publication Critical patent/PL421860A1/pl
Publication of PL239943B1 publication Critical patent/PL239943B1/pl

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20Recycling

Landscapes

  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
  • Water Treatment By Sorption (AREA)

Description

PL 239 943 BI
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest sposób sorpcji wieloskładnikowej metali pierwiastków ziem rzadkich z roztworów wodnych z wykorzystaniem drożdży Saccharomyces cerevisiae.
Wody mogą zawierać metale i pierwiastki ziem rzadkich w skutek oddziaływania ze środowiskiem naturalnym jak i też w skutek działalności przemysłowej. Do usuwania metali z wody stosuje się takie techniki jak. chemiczne strącanie, adsorpcja na węglach aktywnych, adsorpcja na zeolitach, metody elektrochemiczne, odwrócona osmoza (RO), wymiana jonowa, odparowanie, ultrafiltracja, nanofiltracja, koagulacja - flokulacja. Techniki te znajdują zastosowanie przy wyższych stężeniach metali w wodzie. W przypadku niższych zawartości metali w wodzie techniki te są mało efektywne, generują osady i są kosztowne. Wady i zalety tradycyjnych technik usuwania metali został przedstawiony przez Bożencką w rozprawie doktorskiej „Usuwanie jonów metali toksycznych z roztworów wodnych za pomocą odpadów organicznych”. Praca była realizowana w Akademii Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Stasica na Wydziale Górnictwa i Geoinżynierii w Katedrze Inżynierii Środowiska i Przeróbki Surowców w 2013 roku. W tabeli 1 zestawiono zalety i wady konwencjonalnych technik stosowanych do usuwania metali.
Tab. 1. Wady i zalety tradycyjnych technik usuwania metali z wód
Metoda Zalety Wady
Chemiczne strącanie - prostota, - niskie koszty - trudny rozdział - wytwarzanie osadu, dodatkowe koszty ich likwidacji - znajduje zastosowanie do większych stężeń, mała efektywność przy niskich stężeniach
Adsorpcja na zeolitach - wiele metali można usuwać, - niskie ceny zeolitów - niska wydajność
Metody elektrochemiczne - odzysk metalu, - selektywność metody, - brak zużycia odczynników chemicznych - dla dużych stężeń, - wysokie koszty
Odwrócona osmoza (RO) - wysoki stopień usunięcia, - odporność na wysoką temperaturę - duże zużycie energii, -wysokie ciśnienie (20- 100 barów)
Wymiana jonowa - możliwość regeneracji i odzysku metali, -selektywność jonitów - wysoki koszt żywic jonowymiennych i instalacji, wymagany etap oczyszczania ścieków z zawiesin
Odparowanie - czysta woda do ponownego użycia - duże zużycie energii, - wysokie koszty, - pozostaje osad
Ultrafiltracja - mniejsza kubatura urządzeń, - mniejsze zapotrzebowanie na miejsce - membrany podatne na zanieczyszczenie, - wysokie koszty operacyjne
Nanofiltracja - niższe ciśnienie niż w RO (7 - 30 barów) - kosztowna, membrany podatne na zanieczyszczenie ________ ____
Koagulacja flokulacja - krótszy czas opadania zawiesiny, - poprawa zdolności osadzania się osadów _ - znaczne użycie odczynników chemicznych, - produkcja osadów, dodatkowe koszty usuwania osadów
PL 239 943 B1
Alternatywą do tradycyjnych technik usuwania metali z wód jest sorpcja z wykorzystaniem biosorbentów. Do sorbentów naturalnych zalicza się różnorodne materiały pochodzenia organicznego. Materiały te mogą pochodzić z przemysłu: spożywczego, drzewnego, rolniczego. Mogą to być: obierki z owoców i warzyw, łuski orzechów, pestki, słoma, kora drzewna. Prowadzone są też badania nad sorpcją metali ciężkich z wykorzystaniem biosorbentów na bazie glonów, wodorostów, mchów, grzybów, drożdży. Znany jest z opisu patentowego PL194166 sposób otrzymywania biosorbentów z biomasy drożdży połączonej z rozdrobnionym drewnem, nawilżonej roztworem formaldehydu w roztworze kwasu solnego i suszeniu, wykorzystywanych do usuwania metali ciężkich z roztworów.
W publikacji Di Caprio i in. pod tytułem „Lanthanum Biosorption by Different Saccharomyces cerevisiae Strains” w czasopiśmie naukowym Chemical Engenering Transaction z 2016 r. zostały przedstawione wyniki badań sorpcji jednoskładnikowej La z wykorzystaniem drożdży jako sorbentu.
W literaturze nie znaleziono metod sorpcji metali ziem rzadkich, a zwłaszcza jednoczesnej sorpcji wieloskładnikowej, prowadzonej za pomocą pojedynczych szczepów drożdży Saccharomyces cerevisiae.
Przedmiotem wynalazku jest sposób sorpcji wieloskładnikowej metali pierwiastków ziem rzadkich z roztworów wodnych z wykorzystaniem drożdży Saccharomyces cerevisiae. W trakcie badań własnych nad sorpcją wieloskładnikową metali z roztworów wodnych z różnymi, pojedynczymi i mieszaninami szczepów drożdży, przykładowo stosowano szczepy S. cerevisiae: AM1-d i/lub JM2014.
Szczep AM1-d zdeponowany jest w Kolekcji Kultur Drobnoustrojów Przemysłowych IBPRS pod numerem KKP2055p jest przedmiotem zgłoszenia patentowego nr 408170, natomiast szczep JM2014 został opisany w czasopiśmie Food and Bioproducts Processing Vol. 100/2016 str. 275-281. Obydwa szczepy pochodzą z kolekcji drożdży Zakładu Technologii i Biotechnologii Środków Leczniczych Wydziału Chemicznego Politechniki Warszawskiej.
Szczepy te są stosowane do wytwarzania alkoholu - 2-phenyloetanolu (2-PE). Drożdże po wytworzeniu alkoholu stają się odpadem, który może być wykorzystany jako biosorbent.
W badaniach zastosowano roztwór, który zawierał metale takie jak: Lu, Yb, Tm, Er, Ho, Y, Dy, To, Gd, Eu, Sm, Nd, Pr, Ce, La, U, Zn, Mn, Co, Cd, Cu, Ni pozyskany z bioługowania materiałów po wydobywczych uranu. Materiały te są odpadem i są składowane w hałdach. Stężenie metali ziem rzadkich w odpadach po wydobyciu uranu wynosi poniżej 0,1% masowego.
Nieoczekiwanie, okazało się, że drożdże zastosowane w sposobie według wynalazku sorbują wieloskładnikowo metale ziem rzadkich.
Sposób sorpcji wieloskładnikowej metali ziem rzadkich z roztworów wodnych, według wynalazku, polega na tym, że biosorpcję metali z roztworów wodnych przeprowadza się w temperaturze 25°C, wprowadzając do roztworu szczep drożdży Saccharomyces cerevisiae, w postaci suchej lub zawiesiny, miesza zawiesinę, a po przeprowadzeniu procesu sorpcji rozdziela się drożdże od roztworu poprzez filtrację, wirowanie i/lub grawitacyjne osiadanie.
W sposobie według wynalazku, drożdże suszy się uprzednio w temperaturze od 50°C do 110°C przez dobę.
W sposobie według wynalazku, proces sorpcji wieloskładnikowej prowadzony jest w zakresie pH od pH =1,0 do pH = 11,0 w czasie od 5 min. do 30 min., w temperaturze od 5°C do 40°C, przy mieszaniu mechanicznym i/lub hydraulicznym o intensywności niepowodującej destrukcji właściwości sorpcyjnych biosorbentu.
Sposób wykonania jest bliżej zilustrowany w poniższych przykładach.
P r z y k ł a d I. Szczep drożdży S. cerevisiae AM1-d.
Stężenie oznaczanych metali w roztworze przed sorpcją było następujące: Lu = 1,6 ppm, Yb= 12 ppm, Tm = 2,3 ppm, Er = 19,7 ppm, Ho = 7,8 ppm, Y = 276 ppm, Dy = 38,7 ppm, Tb = 6,7 ppm, Gd = 51 ppm, Eu = 5,5 ppm, Sm = 36 ppm, Nd = 155 ppm, Pr = 34,2 ppm, Ce = 252 ppm, La =82 ppm, U = 952 ppm, Zn = 1556 ppm, Mn = 15300 ppm, Co = 312 ppm, Cd = 4,9 ppm, Cu = 150 ppm, Ni = 11074 ppm. Do 1000 ml roztworu dodano 3,0 ± 0,1 g wysuszonych drożdży, po dodaniu drożdży i wymieszaniu zawartości w mieszalniku pH w zawiesinie wynosiło 5,5 ± 0,1. Badania były prowadzone w mieszalniku, który został przedstawiony na rysunku, fig. 1, gdzie 1 oznacza mieszalnik z mieszadłem mechanicznym, a 2 termostat. Drożdże przed dodaniem do roztworu zostały zmielone i przesiane na sitach. Do badań użyto drożdży pochodzących z frakcji 0,075-0,2 mm. Zawiesinę mieszano mieszadłem mechanicznym (mieszadło łopatkowe z dwoma łopatkami) przez 10 min. przy 420 ± 1 obr./min., w temperaturze 25,0 ± 0,1°C.

Claims (3)

  1. PL 239 943 B1
    Po zakończeniu procesu pobrano próbę z zawartości mieszalnika. Próbę przefiltrowano na filtrze o wielkości porów 0,22 μm. Roztwór otrzymany po filtracji oznaczono na zawartości metali. Do analizy na zawartość metali w roztworze wykorzystano - spektrometrię mas sprzężoną z plazmą wzbudzaną indukcyjnie (ICP - MS). Porównując zawartość poszczególnych metali w roztworze przed dodaniem drożdży i po sorpcji uzyskano następujące usunięcie metali z roztworu: Lu = 45,8%,Yb = 43,1%,Tm = 44,6%, Er = 41,3%, Ho = 45,2%, Y = 41,8%, Dy = 43,9%, Tb = 41,6%, Gd = 43,9%, Eu = 44,2%, Sm = 45,2%, Nd = 45,7%, Pr = 46,1%, Ce = 47,2%, La = 49,4%, U = 86,2%, Zn=12,5%, Mn = 8,7%, Co = 8,7%, Cd = 35,1%, Cu = 100%, Ni = 13,2%.
    P r z y k ł a d II. Szczep drożdży S. cerevisiae JM2014
    Stężenie oznaczanych metali w roztworze przed sorpcją było następujące:
    Lu = 0,02 ppm, Yb= 0,16 ppm, Tm= 0,03 ppm, Er= 0,31 ppm, Ho= 0,12 ppm, Y= 5,44 ppm, Dy = 0,65 ppm, Tb = 0,12 ppm, Gd = 0,88 ppm, Eu = 0,09 ppm, Sm = 0,52 ppm, Nd = 2,30 ppm, Pr = 0,60 ppm, Ce = 5,39 ppm, La =3,39 ppm, U = 38,81 ppm, Zn = 44,57 ppm, Mn = 425,13 ppm, Co = 10,91 ppm, Cd = 0,37 ppm, Cu = 0,92 ppm, Ni = 31,98 ppm. Do 1000 ml roztworu dodano 3,0 ± 0,1 g wysuszonych drożdży, po dodaniu drożdży i wymieszaniu zawartości w mieszalniku pH w zawiesinie wynosiło 5,5 ± 0,1. Badania były prowadzone w mieszalniku, przedstawionym na rysunku, fig. 1. Drożdże przed dodaniem do roztworu zostały zmielone i przesiane na sitach. Do badań użyto drożdży pochodzących z frakcji 0,075-0,2 mm. Zawiesinę mieszano mieszadłem mechanicznym (mieszadło łopatkowe z dwoma łopatkami) przez 10 min. przy 420 ± 1 obr./min., w temperaturze 25,0 ± 0,1°C. Po zakończeniu procesu pobrano próbę z zawartości mieszalnika. Próbę przefiltrowano na filtrze o wielkości porów 0,22 μm. Roztwór otrzymany po filtracji oznaczono na zawartości metali. Do analizy na zawartość metali w roztworze wykorzystano - spektrometrię mas sprzężoną z plazmą wzbudzaną indukcyjnie (IGP - MS). Porównując zawartość poszczególnych metali w roztworze przed dodaniem drożdży i po sorpcji uzyskano następujące usunięcie metali z roztworu: Lu = 52,3%,Yb = 46,3%,Tm = 42,7%, Er = 38,4%, Ho = 36,8%, Y = 31,7%, Dy = 35,3%, Tb = 36,1%, Gd = 39,3%, Eu = 38,9%, Sm = 42,0%, Nd = 44,9%, Pr = 45,6%, Ce = 45,4%, La = 40,2%, U = 87,3%, Zn = 10,1%, Mn = 3,2%, Co = 3,7%, Cd = 21,9%, Cu = 78,3%, Ni = 5,6%.
    Zastrzeżenia patentowe
    1. Sposób sorpcji wieloskładnikowej metali ziem rzadkich: Lu, Yb, Tm, Er, Ho, Y, Dy, Tb, Gd, Eu, Sm, Nd, Pr, Ce, La z roztworów wodnych, znamienny tym, że biosorpcję metali z roztworów wodnych przeprowadza się w temperaturze 25°C, wprowadzając do roztworu zawierającego metale ziem rzadkich, suchy i zmielony lub zawiesiny szczep drożdży Saccharomyces cerevisiae lub ich mieszaninę, a po przeprowadzeniu procesu sorpcji rozdziela się drożdże od roztworu po przez filtrację, wirowanie i/lub grawitacyjne osiadanie.
  2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że drożdże suszy się uprzednio w temperaturze od 50°C do 110°C przez dobę.
  3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że proces sorpcji wieloskładnikowej prowadzony jest w zakresie pH od pH = 1,0 do pH = 11,0 w czasie od 5 min. do 30 min., w temperaturze od 5°C do 40°C, przy mieszaniu mechanicznym i/lub hydraulicznym o intensywności niepowodującej destrukcji właściwości sorpcyjnych biosorbentu.
PL421860A 2017-06-09 2017-06-09 Sposób sorpcji wieloskładnikowej metali ziem rzadkich z roztworów wodnych PL239943B1 (pl)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL421860A PL239943B1 (pl) 2017-06-09 2017-06-09 Sposób sorpcji wieloskładnikowej metali ziem rzadkich z roztworów wodnych

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL421860A PL239943B1 (pl) 2017-06-09 2017-06-09 Sposób sorpcji wieloskładnikowej metali ziem rzadkich z roztworów wodnych

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL421860A1 PL421860A1 (pl) 2018-12-17
PL239943B1 true PL239943B1 (pl) 2022-01-31

Family

ID=64634217

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL421860A PL239943B1 (pl) 2017-06-09 2017-06-09 Sposób sorpcji wieloskładnikowej metali ziem rzadkich z roztworów wodnych

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL239943B1 (pl)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4372111A4 (en) * 2021-07-14 2025-12-24 Toyo Engineering Corp METAL RECOVERY PROCESS

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4372111A4 (en) * 2021-07-14 2025-12-24 Toyo Engineering Corp METAL RECOVERY PROCESS

Also Published As

Publication number Publication date
PL421860A1 (pl) 2018-12-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Nur-E-Alam et al. An overview of chromium removal techniques from tannery effluent
Agbozu et al. Batch adsorption of heavy metals (Cu, Pb, Fe, Cr and Cd) from aqueous solutions using coconut husk
Krishnan et al. Nickel (II) adsorption onto biomass based activated carbon obtained from sugarcane bagasse pith
CN108473345B (zh) 脱盐过程和肥料生产方法
Zhou et al. Understanding key constituents and feature of the biopolymer in activated sludge responsible for binding heavy metals
Mashangwa et al. Determination of the efficacy of eggshell as a low-cost adsorbent for the treatment of metal laden effluents
Esmael et al. Adsorption of heavy metals from industrial wastewater using palm date pits as low cost adsorbent
Azizul-Rahman et al. Biosorption of Pb (II) and Zn (II) in synthetic waste water by watermelon rind (Citrullus lanatus)
Ding et al. Efficient separation of Cd2+ and Pb2+ by Tetradesmus obliquus: Insights from cultivation conditions with competitive adsorption modeling
Denisova Investigation of nickel ions adsorption by Acacia auriculiformis components
PL239943B1 (pl) Sposób sorpcji wieloskładnikowej metali ziem rzadkich z roztworów wodnych
Gatew et al. Tannery waste water treatment using Moringa stenopetala seed powder extract
Dwivedi et al. STUDIES ON ADSORPTIVE REMOVAL OF HEAVY METAL (CU, CD) FROM AQUEOUS SOLUTION BY TEA WASTE ADSORBENT.
Wang Characterisation and removal of organic matter from a reverse osmosis concentrate by a PAC accumulative countercurrent four-stage adsorption-MF hybrid process
Chakrabarty et al. Removal of iron (II) ion from aqueous solution using waste tea leaves
Ashtikar et al. Adsorption of copper from aqueous solution using mango seed powder
Mohammed et al. Biosorption of copper from synthesized wastewater using agriculture waste (roasted date pits)
Hassoon The adsorption of some trace heavy metals from aqueous solution using non living biomass of sub merged aquatic plant ceratophyllum demersum
Said et al. Application of response surface method in reverse osmosis membrane to optimize BOD, COD and colour removal from palm oil mill effluent
Dehariya et al. Removal of Zinc (II) from aqueous solution by orange peel as an adsorbent
Moughaoui et al. Study of adsorption isotherms and kinetic models of methylene blue adsorption on moroccan bagasse waste
Gatew et al. Tannery wastes water treatment using Moringa stenopetala seed extract
Javadzade Development Of New Natural Sorbent For The Removal of Copper from Industrial Wastewater
Devi et al. 8 Scientific Insights of
Salihi et al. Microwave incinerated sugarcane bagasse ash (MISCBA) as a low cost adsorbent for the removal of zinc in aqueous solution