Cr(VI) reduction was successfully achieved in the presence of cationic micelles (CMs) under visible light illumination. Micelle formation of cationic surfactants seems to be critical in Cr(VI) reduction. Cr(VI) was reduced very fast above the critical micelle concentration (cmc) of CTAB solutions, but was not reduced at all either below or around the cmc of CTAB. The reduction rate of Cr(VI) was enhanced in the absence of dissolved oxygen, supporting that the removal of Cr(VI) should be achieved via a reductive pathway. When CTAB was substituted by Brij 35 or SDS, the reduction of Cr(VI) was negligible. This indicates that the electrostatic interaction between Cr(VI) and headgroups of surfactants is important in the visible light-induced Cr(VI) reduction in micellar solutions.
Toxic hexavalent chromium, Cr(VI), was reduced to a less toxic trivalent chromium form by E. coli ATCC 33456. The suitable electron donor for Cr(VI) reduction was glucose. E. coli ATCC 33456 was more resistant to metal cations than other reported Cr(VI) reducing microorganisms. Cell growth was inhibited by the presence of Cr(VI) in a liquid medium and Cr(VI) reduction accompanied cell growth. With a hydraulic retention time of 20 h, Cr(VI) reducing efficiency was 100% to 84% when Cr(VI) concentration in the influent was in the range of 10 to 40 mg L$\^$-1/. Specific rate of Cr(VI) reduction was 2.41 mg Cr(VI) g DCW$\^$-1/ h$\^$-1/ when 40 mg L$\^$-1/ of Cr(VI) influent was used. This result suggested the potential application of E. coli ATCC 33456 for the detoxification of Cr(VI) in Cr(VI) contaminated wastewater.
Microbial reduction of hexavalent (VI) to trivalent (III) chromium decreases its toxicity by two orders of magnitude. In order to investigate the nature of Cr-reduction, Cr-resistant Pseudomonas aeruginosa HP014 was isolated and tested for its reduction capability. At the concentration of 0.5 mM Cr(VI), cell growth was not inhibited by the presence of Cr(VI) in a liquid medium, and Cr(VI) reduction was accompanied by ell growth. When cell-free extract was tested, the reduction of Cr(VI) showed a saturation kinetics with the maximum specific activity of 0.33 .mu.mol min$\^$-1/ mg$\^$-1/ cell protein, and an apparent K. of 1.73 mM Cr(VI). The activity required either NADH or NADPH as an electron donor. However, NADPH gave 50% as mush activity as sequently the supernatant and pelleted membrane fractions were tested for Cr(VI) reduction activity. The supernatant of the centrifugation showed almost the same Cr(VI) reduction activity as compared with that of the cell-free extract, indicating that the Cr(VI)-reducing activity of P. aeruginosa HP-14 is due to soluble enzyme. Moreover, the activity appeared to be the highest among the known activities, suggesting that the strain might be useful for remediation of Cr(VI)-contaminated sites.
Khanal, Anamika;Hur, Hor-Gil;Fredrickson, James K.;Lee, Ji-Hoon
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.31
no.11
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pp.1519-1525
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2021
Hexavalent chromium (Cr(VI)) is recognized to be carcinogenic and toxic and registered as a contaminant in many drinking water regulations. It occurs naturally and is also produced by industrial processes. The reduction of Cr(VI) to Cr(III) has been a central topic for chromium remediation since Cr(III) is less toxic and less mobile. In this study, fermentative Fe(III)-reducing bacterial strains (Cellu-2a, Cellu-5a, and Cellu-5b) were isolated from a groundwater sample and were phylogenetically related to species of Cellulomonas by 16S rRNA gene analysis. One selected strain, Cellu-2a showed its capacity of reduction of both soluble iron (ferric citrate) and solid iron (hydrous ferric oxide, HFO), as well as aqueous Cr(VI). The strain Cellu-2a was able to reduce 15 μM Cr(VI) directly with glucose or sucrose as a sole carbon source under the anaerobic condition and indirectly with one of the substrates and HFO in the same incubations. The heterogeneous reduction of Cr(VI) by the surface-associated reduced iron from HFO by Cellu-2a likely assisted the Cr(VI) reduction. Fermentative features such as large-scale cell growth may impose advantages on the application of bacterial Cr(VI) reduction over anaerobic respiratory reduction.
Objective of this research was to assess the effectiveness of the different sources of the zero-valent irons (ZVIs) on the reduction of the toxic Cr(VI) to the nonhazardous Cr(III) in an aqueous solution. The physical and chemical properties of the six ZVIs were determined. Particle size and specific surface area of the ZVIs were in the ranges of $85.55{\sim}196.46{\mu}m\;and\;0.055{\sim}0.091m^2/g$, respectively. Most of the ZVIs contained Fe greater than 98% except for J (93%) and PU (88%). Reduction efficiencies of the ZVI for Cr(VI) reduction were varied with kinds of ZVIs. The J and PU ZVIs reduced 100% and 98% of Cr(VI) in the aqueous solution, respectively, within 3 hrs of reaction. However, PA, F, Sand J1 reduced 74, 65, 29 and 11% of Cr(VI), respectively, after 48 hrs. The pH of the reacting solution was rapidly increased from 3 to $4.34{\sim}9.04$ within 3 hrs. The oxidation-reduction potential (Eh) of the reacting solution was dropped from 600 to 319 mV within 3 hrs following addition of ZVIs to the Cr(VI) contaminated water. The capability of ZVIs for Cr(VI) reduction was the orders of PU > J > PA > F > S > J1, which coincided with the capacities to increase the pH and decrease the redox potentials. Results suggested that the reduction of Cr(VI) to Cr(III) was derived from the oxidation of the ZVI in the aqueous solution.
Microbial reduction of hexava1ent(VI) to trivalent(lII) chromium is regarded as one of the mechanisms that confers resistance to bacteria. In order to verify this hypothesis, we compared Cr(VI) resistance with Cr(VI) reduction among 20 phenotypically distinct environmental isolates from Cr-contaminated and uncontaminated soils. With glucose as an electron donor, Cr(VI) reduction by washed cell suspensions ranged from 0.014 to 0.305 mM Cr(VI) reduced $h^1$. Cr(VI) resistance of the isolates were measured by growth inhibitions on a liquid medium containing 2 mM Cr(VI) based on their decrease of $A_{630}1$ as compared to the controls without Cr(VI). The isolates had a broad range of resistance from no inhibition to 93.4% inhibition of their growth. Upon correlation analysis, there was no significant relationship between those two phenomena. At a population level, a comparison of % resistant viable counts among the Cr-contaminated and uncontaminated soils showed 19.1 % and 0.4% of their total viable counts, respectively. The difference of % resistance between two site,. strongly suggested that the Cr(VI) present in the soils influences natural selection for resistant phenotypes. However, it is unlikely that the Cr(VI) resistance is dependent solely on the reduction as judged by the correlation analysis.
Photocatalytic reduction of hexavalent chromium (Cr(VI)) in ferric-tartrate system under irradiation of visible light was investigated. Effects of light resources, initial pH value and initial concentration of various reactants on Cr(VI) photocatalytic reduction were studied. Photoreaction kinetics was discussed and a possible photochemical pathway was proposed. The results indicate that Fe(III)-tartrate system is able to rapidly and effectively photocatalytically reduce Cr(VI) utilizing visible light. Initial pH variations resulte in the concentration changes of Fe(III)-tartrate complex in this system, and pH at 3.0 is optimal for Cr(VI) photocatalytic reduction. Efficiency of Cr(VI) photocatalytic reduction increases with increasing initial concentrations of Cr(VI), Fe(III) and tartrate. Kinetics analysis indicates that initial Fe(III) concentration affects Cr(VI) photoreduction most significantly.
A carbonaceous sorbent was prepared from rice husk via sulphuric acid treatment. After preparation and washing, the wet carbon with moisture content 85% was used in its wet status in this study due to its higher reactivity towards Cr(VI) than the dry carbon. The interaction of Cr(VI) and the carbon was studied and two processes were investigated in terms of kinetics and equilibrium namely Cr(VI) removal and chromium sorption. Cr(VI) removal and chromium sorption were studied at various initial pH (1.6-7), for initial Cr(VI) concentration (100 mg/l). At equilibrium, maximum Cr(VI) removal occurred at low initial pH (1.6-2) where, Cr(III) was the only available chromium species in solution. Cr(VI) removal, at such low pH, was related to the reduction to Cr(III). Maximum chromium sorption (60.5 mg/g) occurred at initial pH 2.8 and a rise in the final pH was recorded for all initial pH studied. For the kinetic experiments, approximate equilibrium was reached in 60-100 hr. Cr(VI) removal data, at initial pH 1.6-2.4, fit well pseudo first order model but did not fit pseudo second order model. At initial pH 2.6-7, Cr(VI) removal data did not fit, anymore, pseudo first order model, but fit well pseudo second order model instead. The change in the order of Cr(VI) removal process takes place in the pH range 2.4-2.6 under the experimental conditions. Other two models were tested for the kinetics of chromium sorption with the data fitting well pseudo second order model in the whole range of pH. An increase in cation exchange capacity, sorbent acidity and base neutralization capacity was recorded for the carbon sorbent after the interaction with acidified Cr(VI) indicating the oxidation processes on the carbon surface accompanying Cr(VI) reduction.
Shin Yong Chul;Paik Nam Won;Yi Gwang Yong;Lee Byung Kyu;Lee Ji Tae
Journal of Environmental Health Sciences
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v.28
no.1
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pp.41-49
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2002
Recently, pilot studies showed an evidence of reduction of airborne hexavalent chromium, Cr(VI), on PVC filter during air sampling and storage. However, the information on this in the field was limited. Thus, we studied the reduction behaviors of airborne Cr(VI) on PVC filters during sampling and storage at three field electroplating operations. Regression between sampling time and the reduction (ratio of Cr(VI) to total Cr concentrations) was not statistically significant (p>0.05). However, the reductions in samples collected for 240 ~ 340 minutes were significantly higher than those for 30 - 60 minutes. On the other hand, another experiment showed a good correlation (r=0.96) between sampling time and the reduction without an exceptional value. Storage temperature was not a factor affecting the reduction of Cr(VI) collected on PVC filter. The loss of Cr(VI) samples stored in alkali solution (2% NaOH/3% Na$_2$CO$_3$) was significantly lower than that stored in vial according to NIOSH method (p<0.05). Thus, dipping Cr(VI) samples into alkali solution was a storage method to minimize tile reduction.
In the environment, chromium often exists in a highly mobile and toxic form of Cr(VI). Therefore, the reduction of Cr(VI) to less toxic Cr(III) is considered an effective remediation strategy for Cr(VI)-contamination. In this study, the biological reduction of hexavalent chromium was examined at the concentrations of 0.01 mM, 0.1 mM, and 1 mM Cr(VI) by the dissimilatory metal-reducing bacterium, Shewanella sp. HN-41 in the presence of ferric-citrate. With the relatively condensed cell densities, the aqueous phase Cr(VI) was reduced at the proportions of 42%, 23%, and 31%, respectively for the 0.01 mM, 0.1 mM, and 1 mM Cr(VI) incubations, while Fe(III)-citrate was reduced at 95%, 88%, and 73%, respectively. Although the strain HN-41 was not considered to reduce Cr(VI) as the sole electron acceptor for anaerobic metabolism in the preliminary experiment, it has been presumed that outer-membrane c-type cytochromes such as MtrC and OmcA reduced Cr(VI) in the presence of ferric-citrate as the electron acceptor. Since this study indicated the potential of relatively high cell density for Cr(VI) reduction, it might propose a bioremediation strategy for Cr(VI) removal from contaminated waters using engineered systems such as bioreactors employing high cell growths.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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