• 제목/요약/키워드: Metal biosorption

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Aspergillus niger를 고정화한 Alginate Bead에 의한 납 흡착 (Lead Biosorption by Alginate Beads Immobilizing Aspergillus niger)

  • 방병호
    • Applied Biological Chemistry
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    • 제44권3호
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    • pp.185-190
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    • 2001
  • 알긴산은 일반적으로 미생물의 고정화에 널리 사용되는 biopolymer이다. 본 연구는 구연산 생산균인 Aspergillus niger를 calcium alginate로 고정화한 beads로 납의 흡착 특성을 조사하였다. A. niger beads는 $CaCl_2$를 사용하여 주사기로 제조하였으며 이 beads를 납제거에 이용하였다. 그 결과는 다음과 같다. 즉, A. niger를 구연산 생성배지에서 1일에서 7일까지 배양한 후 제조한 beads로 납흡착량을 측정한 결과는 3일간 배양된 곰팡이 beads에서 가장 높았다. 발아되지 않은 beads와 3일간 배양된 beads로 시간에 따른 납흡착량을 정량한 결과 30분까지는 그 흡착량이 동일하게 급격히 증가하였으며 그 후 발아되지 않은 beads는 더 이상 흡착이 일어나지 않았으나 3일간 배양된 곰팡이 beads는 시간이 지남에 따라 천천히 계속 흡착하여 1시간 후에는 480 ppm까지 흡착하였다. 납흡착시 최적 pH와 온도는 각각 6과 $35^{\circ}C$로 나타났다. 납용액 50 ml (500 ppm)이 든 250 ml 삼각플라스크에 beads $50{\sim}100$개가 최적이었으며 그 이상에서는 납흡착율이 감소하였다. 중금속에 대한 흡착율은 납> 구리> 카드뮴 순이었으며 0.1 M $CaCl_2$, 0.1 M NaOH 및 0.1 M KOH의 전처리의 효과는 없었으며 0.1 HCI로 곰팡이 bead의 납탈착하여 beads를 재사용이 가능하였다.

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알긴산, 폴리글루론산 및 폴리만뉴론산에 의한 금속이온의 흡착 (Biosorption of Metal Ions by Seaweed Alginate, Polyguluronate, and Polymannuronate)

  • 장대영;손창우;김성구;김이준;정정한;이진우
    • 생명과학회지
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    • 제19권5호
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    • pp.553-560
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    • 2009
  • $P_{1/2}$ 값을 참고로 비교한 알긴산, 폴리글루론산 및 폴리만뉴론산의 금속이온들에 대한 상대적인 친화성은 다음과 같다; 1) 알긴산: $Cu^{2+}$ > $Cd^{2+}$ > $Pb^{2+}$ > $Fe^{3+}$ >> $Zn^{2+}$ > $Sr^{2+}$ > $Ca^{2+}$ > $Co^{2+}$ >> $Cr^{6+}$ > $Mn^{2+}$ >> $Hg^{2+}$, $Mg^{2+}$, $Rb^+$, 2) 폴리글루론산: $Cd^{2+}$ > $Cu^{2+}$ > $Pb^{2+}$ > $Fe^{3+}$ >> $Ca^{2+}$ > $Sr^{2+}$, $Zn^{2+}$, $Co^{2+}$ >> $Mn^{2+}$ > $Cr^{6+}$ >> $Hg^{2+}$, $Mg^{2+}$, $Rb^+$, 그리고 3) 폴리만뉴론산: $Cd^{2+}$, $Cu^{2+}$ > $Fe^{3+}$ > $Pb^{2+}$ > $Ca^{2+}$ > $Zn^{2+}$ > $Sr^{2+}$ > $Co^{2+}$ > $Cr^{6+}$ >> $Mn^{2+}$ >> $Hg^{2+}$, $Mg^{2+}$, $Rb^+$. 알기산 1 g에 흡착하는 $Cd^{2+}$, $Cu^{2+}$, $Fe^{3+}$, $Pb^{2+}$, 및 $Zn^{2+}$의 양은 $363.5{\pm}45.0$, $226.3{\pm}9.2$, $1,299.4{\pm}$81.3, 500.7${\pm}$27.7 및 165.9${\pm}$11.4 mg이었으며, 폴리글루론산 1g에 흡착하는 $Cd^{2+}$, $Cu^{2+}$, $Fe^{3+}$, $Pb^{2+}$, 및 $Zn^{2+}$의 양은 354.5${\pm}$26.5, 177.6${\pm}$8.7, 1,288.6${\pm}$60.1, 424.0${\pm}$7.4 및 140.2${\pm}$28.5 mg이었으나, 폴리만뉴론산 1 g에 흡착하는 $Cd^{2+}$, $Cu^{2+}$, $Fe^{3+}$, $Pb^{2+}$, 및 $Zn^{2+}$의 양은 329.0${\pm}$10.3, 226.9${\pm}$1.9, 1,635.6${\pm}$11.1, 419.8${\pm}$12.6 및 251.0${\pm}$49.1 mg이었다. 폴리만뉴론산은 알긴산보다 높은 용해도와 폴리글루론산보다 높은 금속이온에 대한 친화성 때문에 독성이 높은 중금속이나 경제성이 높은 금속을 선택적으로 분리하는 데 사용할 수 있을 것이다.

Removal of Chromium (VI) by Escherichia coli Cells Expressing Cytoplasmic or Surface-Displayed ChrB: a Comparative Study

  • Zhou, Xiaofeng;Li, Jianghui;Wang, Weilong;Yang, Fan;Fan, Bingqian;Zhang, Chenlu;Ren, Xiaojun;Liang, Feng;Cheng, Rong;Jiang, Fengying;Zhou, Huaibin;Yang, Juanjuan;Tan, Guoqiang;Lyu, Jianxin;Wang, Wu
    • Journal of Microbiology and Biotechnology
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    • 제30권7호
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    • pp.996-1004
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    • 2020
  • Various genetically engineered microorganisms have been developed for the removal of heavy metal contaminants. Metal biosorption by whole-cell biosorbents can be enhanced by overproduction of metal-binding proteins/peptides in the cytoplasm or on the cell surface. However, few studies have compared the biosorption capacity of whole cells expressing intracellular or surface-displayed metal-adsorbing proteins. In this study, several constructs were prepared for expressing intracellular and surface-displayed Ochrobactrum tritici 5bvl1 ChrB in Escherichia coli BL21(DE3) cells. E. coli cells expressing surface-displayed ChrB removed more Cr(VI) from aqueous solutions than cells with cytoplasmic ChrB under the same conditions. However, intracellular ChrB was less susceptible to variation in extracellular conditions (pH and ionic strength), and more effectively removed Cr(VI) from industrial wastewater than the surface-displayed ChrB at low pH (<3). An adsorption-desorption experiment demonstrated that compared with intracellular accumulation, cell-surface adsorption is reversible, which allows easy desorption of the adsorbed metal ions and regeneration of the bioadsorbent. In addition, an intrinsic ChrB protein fluorescence assay suggested that pH and salinity may influence the Cr(VI) adsorption capacity of ChrB-expressing E. coli cells by modulating the ChrB protein conformation. Although the characteristics of ChrB may not be universal for all metal-binding proteins, our study provides new insights into different engineering strategies for whole-cell biosorbents for removing heavy metals from industrial effluents.

Ulva pertusa 및 Sargassum horneri를 이용한 수중 Cd(II) 및 Pb(II) 이온의 제거 (Removal of Cd(II) and Pb(II) Ions in water by the Ulva pertusa and Sargassum horneri)

  • 김영하;박미아;박수인;김택제;이기창
    • 한국환경과학회지
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    • 제7권6호
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    • pp.803-809
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    • 1998
  • Heavy metal ions in water were removed using algal biomass as adsorbents. Absorbents were dried for 3 days, ground them by 40~60 mesh and then were swelled in a buffer solution for 1hr. After being packed in the column, commercially available standard solution of Cd(II) and Pb(II) ions were diluted to get the suitable concentration and then it was eluted with the rate of 1mι/min. Heavy metals on the adsorbents were recovered with nitric acid. More amounts of Cd(II) or Pb(II) ions in green algae, Ulva pertusa, than in brown algae, Sargassum horneri, were adsorbed. Pb(II) ion was adsorbed more than Cd(II) ion in both algae. The pH effect of adsorbed amounts of Cd(II), Pb(II) ions on the biomass was shown the following order ; pH 10.5 > 8.5 > 7.0 > 5.5 > 3.5. Recovery ratio of metal ions front algae is shown higher in acidic or neutral conditions than it in alkalic ones. Pb(II) ion is recovered relatively more than Cd(II) ion in our system.

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해조류를 이용한 Cu(II) 및 Zn(II) 이온의 흡착 및 회수 (Adsorption and Recevery of Cu(II) and Zn(II) Ions by Algal Biomass)

  • 박광하;전방욱;김한수;김영하
    • 분석과학
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    • 제9권4호
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    • pp.373-381
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    • 1996
  • 몇 가지 금속을 제거하기 위한 목적으로 건조된 해조류를 이용하였다. 금속 흡착제로 사용하기 위하여 40~60 mesh의 해조 분말을 칼럼에 충진시킨 후, 금속 용액을 1mL/min의 속도로 흘려 보내면서 금속이온을 흡착시켰다. Cu(II), Zn(II) 이온 모두 갈조류인 Sargassum horneri(Turner) C. Agarch보다 녹조류인 Ulva pertusa Kjellman에서 더 많은 흡착량을 보였고 두 해조류 모두 Zn(II) 이온보다 Cu(II) 이온이 더 많이 흡착하였다. 금속의 회수율은 산성 또는 중성일 경우에 켰으며 Zn(II) 이온보다 Cu(II) 이온의 회수율이 다소 높았다.

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Optimization of Cu, Hg and Cd removal by Enterobacter cloacae by ferric ammonium citrate precipitation

  • Singh, Rashmi R.;Tipre, Devayani R.;Dave, Shailesh R.
    • Advances in environmental research
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    • 제3권4호
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    • pp.283-292
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    • 2014
  • Iron precipitating organisms play a significant role in the formation of ferric hydroxide precipitate, which acts as strong adsorbent for toxic metal. In this respect four different iron precipitating cultures were isolated from Hutti gold mine surface winze water sample on citrate agar medium. The best isolate was screened out for metal removal study on the basis of fast visual iron precipitation. The selected isolate was identified as Enterobacter sp. based on routine biochemical tests and Biolog GN microplate results and as Enterobacter cloacae subsp. dissolvens by 16S rRNA gene sequence analysis (GenBank accession number EU429448). Influence of medium composition, medium initial pH, the influence of inoculum size, effect of various media and ferric ammonium citrate concentration were studied on metal removal in shake flask experiments. Under the optimized conditions studied, E. cloacae showed $94{\pm}2$, $95{\pm}2$ and $70{\pm}2%$ of cadmium, copper and mercury removal from a simulated waste in shake flask studies. In lab scale column reactor more than 85% of copper and mercury removal was achieved.

주정오니를 활용한 수중의 카드뮴(Cd) 흡착 특성 (Adsorption Characteristics of Cadmium ions from Aqueous Solution using by-product of Brewing)

  • 김민수;함광준;옥용식;강선홍
    • 한국환경농학회지
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    • 제29권2호
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    • pp.152-158
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    • 2010
  • 본 연구는 맥주제조공장에서 발생하는 주정오니의 영양염류 용출특성 및 폐수중 존재하는 카드뮴(Cd)이온에 대한 흡착특성을 알아보고 이를 통하여 생물흡착제의 적용가능성을 알아보기 위하여 수행하였다. 흡착실험에 사용된 흡착제는 회화를 하지 않은 원시료(M-Raw)와 $300^{\circ}C$, $400^{\circ}C$, $500^{\circ}C$로 회화된 시료를 준비하여 증류수를 이용하여 용출실험을 하였으며 그 결과 원시료(M-Raw)의 경우 수중에 용출된 인 질소의 양은 $400^{\circ}C$로 회화시킨 시료(M-400)에 비해 각각 7배, 11배 이상의 용출량을 나타내었으며 이는 회화로 인하여 시료를 구성하고 있는 관능기가 대기중으로 방출되어 수중에 용출되는 양이 감소한 결과로 생각된다. TGA를 이용한 회화 실험결과 $260^{\circ}C\sim380^{\circ}C$범위에서는 급격한 무게감량이 일어 났으며, $380^{\circ}C$ 이후에는 완만한 무게감량이 일어나는 것을 볼 수 있는데 이는 생물흡착제를 구성하고 있는 성분들(cellulose, hemicellulose, lignin)의 서로 다른 분해온도로 인한 결과 로 생각된다. 또한, 회화 전 후의 표면변화를 관찰한 결과 회화를 거치지 않은 시료는 표면이 거칠고 불순물이 존재하는 반면, 회화를 끝낸 시료의 경우 표면의 불순물이 제거되고, 동시에 표면의 갈라짐을 관찰할 수 있었다. 회화 전 후의 생물흡착제 표면변화 및 특성을 알아보기 위하여 미세영상장비와 FT-IR을 사용한 결과, 회화온도가 올라갈수록 흡착제표면의 갈라짐이 관찰되었으며 관능기의 개수는 점차로 줄어드는 결과를 나타내었다. 회화 전 후 시료의 FT-IR 분석결과 회화전 시료의 경우 3300 $cm^{-1}$ 부근에서 hydroxyl group 이 나타났으며 1080~1730 $cm^{-1}$ 범위에서는 여려종류의 관능기를 관찰할 수 있었다. 회화 전 1600~1080 $cm^{-1}$ 부근에서 관찰된 primary amine, secondary amine, aliphatic nitro compounds, aromatic phosphate 등의 작용기는 회화 온도가 증가할수록 spectrum이 점차로 줄어드는 결과를 나타내었다. 중금속 흡착 실험결과 본 실험에서 사용된 생물흡착제의 카드뮴이온 제거율은 농도위 20 mg/L 이하에서 60~91%로 나타났으며, 흡착 평형을 이루는 시간은 3시간이 소요되었다. 실험결과를 Freundlich 및 Langmuir 모델에 적용시킨 결과 Langmuir 모델에 더 잘 부합되는 결과를 나타내었으며, 최대흡착량($Q_{max}$)은 회화를 시키지 않은 시료(M-Raw)의 경우 28.17 mg/g으로 매우 높은 수준을 나타내었다.

Serratia marcescens Strain P 성장에 미치는 중금속 내성 (Resistance of Some Metal Ions on Growth of Serratia marcescens Strain P)

  • 유관희;이호용
    • 한국미생물·생명공학회지
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    • 제20권6호
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    • pp.693-698
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    • 1992
  • 공장 폐수를 비롯한 중금속 오염 환경으로부터 효율적인 중금속 제거를 위해 생물학적 오염제거에 관한 연구가 많이 이루어지고 있다. 본 실험에서는 항생제 내성 유전자를 많이 가지고 있는 것으로 알려진 Serratia marcescens를 대상으로 이 균주가 중금속들에 대해 어떤 영향을 보이는지 조사하였다. 그 결과 lead, iron, magnesium, manganese 등의 처리군에서 24시간내에 1,000ppm 이상의 고농도 처리군에서 최소억제성장농도(MIC)를 나타냈으며, cadmium에서는 600ppm 처리군에서, 구리는 800ppm의 처리군에서 MIC를 보였으며, 아연 처리군에서는 800ppm에서 MIC를 나타냈다. 또한 48시간 배양에 따른 MIC 비교 결과, 중금속의 고농도 처리군에서 매우 긴 적응기를 갖는 것으로 확인하였다. 15가지의 항생체를 대상으로 저항성을 조사한 결과, ampicillin, tetracycline, cefamandole, cephalothin에서 저항성을 보엿으며 다른 S. marcescens 균주들에 비해 chloramphenicol에 대한 특이한 민감성을 보였다. 카드뮴과 납을 대상으로 중금속의 세포내 흡수를 조사한 결과 16.59%와 35.38%의 중금속이 세포내로 흡수되었음을 확인하였다.

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알긴산을 이용한 중금속 제거에 관한 연구 (A Study on Heavy Metal Removal Using Alginic Acid)

  • 전충;최석순
    • 유기물자원화
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    • 제15권4호
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    • pp.107-114
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    • 2007
  • 다당류의 일종인 알긴산을 이용한 중금속 제거에 관한 연구가 수행되어졌다. 알긴산은 pH 4에서 480mg/g의 납 이온을 흡착하였으며 이것은 다른 생물흡착제에 비해서 약 2배 정도의 높은 흡착능이다. 납 이온에 대한 등온흡착선을 묘사하기 위하여 Langmuir model 식을 이용하였으며 실험결괴는 모델식에서 얻어진 결과와 잘 부합되었다. 온도가 증가함에 따라서 흡착능은 증가하였으며 이는 알긴산과 납 이온의 흡착은 흡열반응임을 보여준다. 납 이온의 흡착에 대한 알칼리 금속(칼슘, 마그네슘 이온)의 영향은 거의 없었으며 대부분의 흡착은 30분 내에 이루어졌다. 구리, 수은, 스트론튬, 세슘 과 같은 다른 금속 이온에 대한 흡착능도 조사되었다.

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해조류, Sargassum thunbergii를 이용한 중금속의 바이오 흡착제의 개발 (Biosorption and Development of Biosorbent by using Seaweed, Sugassum thunbergii)

  • 서근학;이학성;서정호
    • 한국수산과학회지
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    • 제33권1호
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    • pp.60-65
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    • 2000
  • 우리나라 인근해안에서 서식하고 있는 해조류 23종에 대하여 Cr 및 Pb의 흡착성능을 조사한 결과, Sargassum 종이 Cr에 대하여 흡착능이 가장 높았다. Sargassum 종 4종을 이용하여 Cr 및 Pb의 생체흡착 실험을 수행하여 흡착 평형에는 Cr은 $30{\~}60$분, Pb는 30분 정도 소요 되었다. Cr 및 Pb 최대 흡착량은 136mg Cr/g biomass 및 232.5mg Pb/g biomass 였다. Pb흡착 및 탈착과정을 6회 반복한 결과 S. thunbergii는 재생성이 매우 효과적인 바이오 흡착제 였다. S. thunbergii를 자유 충전시킨 충전층 반응기를 이용하여 50mg/L Pb 용액의 연속적인 제거 실험을 수행한 결과 유입되는 Pb가 완전히 제거되는 구간은 HRT 10분에서 약 300 bed volume, HRT 5분에서 약 200 bed volume정도였다. 1회 흡착시 Pb 제거량은 HRT 10분에서 165 mg/g biomass, HRT 5분에서 112 mg/g biomass 였으나 흡착 완결까지의 소요 시간이 각각 112시간 및 52시간으로 HRT 5분일때가 더욱 효과적이라는 것을 알 수 있었다. 0.1 M HCl을 이용한 Pb 회수 실험에서 회수율은 $95{\%}$이상이었다. HRT 10분 및 5분에서 탈착 후 재흡착이 3회 반복되어도 흡착량은 다소 감소하였지만 계속적인 Pb의 제거가 가능하여 S. thunbergii는 바이오 흡착제로 사용이 가능함을 알 수 있었다.

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