Uma nova biografia eficaz

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 9168 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

No presente artigo, pela primeira vez a capacidade da biossílica porosa originou-se de três cepas de diatomáceas marinhas de 'Nanofrustulum spp.' viz. N. wachnickianum (SZCZCH193), N. shiloi (SZCZM1342), N. cf. shiloi (SZCZP1809), para eliminar MB de soluções aquosas foi investigado. A maior biomassa foi alcançada sob enriquecimento de silicato para N. wachnickianum e N. shiloi (0,98 g L-1 DW e 0,93 g L-1 DW respectivamente), e abaixo de 15 °C para N. cf. shiloi (2,2 g L-1 PS). Os esqueletos siliciosos das cepas foram purificados com peróxido de hidrogênio e caracterizados por MEV, EDS, adsorção/dessorção de N2, DRX, TGA e ATR-FTIR. A biossílica porosa (20 mg DW) obtida das cepas SZCZCH193, SZCZM1342, SZCZP1809, apresentou eficiência de 77,6%, 96,8% e 98,1% de remoção de 14 mg L-1 MB sob pH 7 por 180 min, e a adsorção máxima a capacidade foi calculada como 8,39, 19,02 e 15,17 mg g-1, respectivamente. Além disso, foi possível aumentar a eficiência de remoção de MB em condições alcalinas (pH = 11) em até 99,08% para SZCZP1809 após 120 min. A modelagem revelou que a adsorção de MB segue modelos de pseudo-primeira ordem, difusão de poros de Bangham e isoterma de Sips.

As diatomáceas (Bacillariophyta), representando um grupo importante de microrganismos fotossintéticos, são microalgas eucarióticas unicelulares que vivem dentro de paredes celulares compostas por biossílica porosa estruturada em 3D (SiO2). Desempenham um papel essencial nos ciclos globais do carbono e do silício no oceano e a sua atividade fotossintética é responsável por quase um quinto da produtividade primária da Terra1,2. As diatomáceas atraem cada vez mais atenção nas ciências aplicadas devido ao seu potencial para produzir uma variedade de compostos bioativos e produtos químicos finos para aplicações industriais: a fucoxantina é conhecida pelo seu efeito antioxidante e pode ser utilizada em produtos farmacêuticos e cosméticos3; ácidos graxos insaturados têm sido utilizados como suplementos alimentares4; os triacilgliceróis (TAG) fornecem uma matéria-prima de carbono para conversão em biocombustíveis5. A arquitetura porosa natural das frústulas diatomáceas ganhou atenção no campo da entrega de medicamentos6, biossensor7 e recuperação de metal8. As diatomáceas têm um enorme potencial biotecnológico para processos de biorrefinaria9, pelo que a sua biomassa poderia ser utilizada na produção de vários compostos de uma forma rentável.

A utilização generalizada de vários poluentes orgânicos, por exemplo, medicamentos10, antibióticos11, fenóis12 e corantes13, na indústria resultou no problema da poluição da água. Eles são armazenados como resíduos industriais e depois eliminados em corpos d'água ambientais, transformando a água limpa e incolor em resíduos coloridos contaminados. Corantes básicos solúveis em água são comumente usados ​​na coloração de papel, poliéster, seda, algodão e lã14. Essa contaminação é altamente tóxica e pode afetar negativamente o ser humano, causando problemas respiratórios, lesões oculares e metemoglobinemia15,16,17. O azul de metileno (MB) é conhecido como um corante modelo utilizado para avaliar a capacidade de remoção de diferentes materiais e um indicador da natureza mesoporosa dos adsorventes18.

Atualmente, numerosos estudos têm sido feitos para encontrar um método eficiente de remoção do corante verde, para que o corante nas águas residuais possa ser recuperado. Um dos métodos de degradação mais promissores é a adsorção, que apresenta melhores resultados, pode ser utilizada para diversos tipos de corantes, não requer equipamentos altamente sofisticados, é insensível a co-poluentes tóxicos em águas residuais e não produz substâncias tóxicas19. O carvão ativado, o adsorvente natural mais comumente aplicado, tem sido utilizado em numerosos estudos e mostrou alta capacidade de adsorção na remoção do MB, embora o alto custo e o difícil processo de regeneração tenham resultado em uma busca adicional para encontrar adsorventes de baixo custo e altamente eficazes20. Muitos adsorventes não convencionais, especialmente aqueles baseados em produtos naturais, têm sido propostos como agentes de adsorção. Foram demonstradas altas capacidades de adsorção para bioadsorventes (biomassa morta e viva de bactérias21, algas22, fungos23, plantas24 e resíduos agrícolas25), zeólitas26 e diatomita27. Até onde sabemos, apenas alguns estudos foram realizados com biossílica diatomácea pura extraída de Punnularia sp.28 e Cyclotella sp.29, com maior foco em sílica diatomácea dopada com metal30,31, terra diatomácea27,32 e sintetizada quimicamente sílica mesoporosa33,34. Embora a sílica sintetizada quimicamente demonstre alta eficiência de adsorção, algumas investigações sugeriram que este material pode apresentar citotoxicidade , enquanto a biossílica originada de diatomáceas é relatada como material não citotóxico , portanto poderia ser usada de forma não prejudicial. No presente estudo, a biossílica porosa de três cepas diferentes de diatomáceas marinhas do gênero Nanofrustulum Round, Hallsteinsen & Paasche cultivadas na Coleção de Cultura de Diatomáceas de Szczecin (SZCZ), Universidade de Szczecin, Instituto de Ciências Marinhas e Ambientais, Polônia, foi usada para o pela primeira vez caracterizado e identificado como adsorvente MB altamente eficaz e barato.