сорбент тяжелых металлов и радиоактивных изотопов

Формула изобретения

СОРБЕНТ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ И РАДИОАКТИВНЫХ ИЗОТОПОВ.

Применение отработанной в производстве фермента цитохрома-C биомассы дрожжей в качестве сорбента тяжелых металлов и радиоактивных изотопов при очистке воды и органических жидкостей.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к сорбентам, применяемым для очистки от тяжелых металлов и радиоактивных изотопов жидких сред, в частности водных и спиртовых растворов белков, технологических жидкостей при производстве микробиологических продуктов, таких как ферменты, инсулин, интерферон или сточных вод предприятий, загрязненных ионами тяжелых металлов, в том числе жидких радиоактивных отходов.

Известны сорбенты ионов тяжелых металлов такие, как известь или фенолформальдегидная смола резольного типа [1].

Недостатком указанных сорбентов является недостаточно высокая сорбционная емкость.

Известны сорбенты, используемые для очистки сточных вод от тяжелых металлов, например древесные опилки, предварительно обработанные органическим реагентом [2].

Недостаток известного сорбента состоит в том, что он может быть использован лишь при очистке сточных вод металлообрабатывающих предприятий и не может быть применен, например, при очистке от тяжелых металлов биологических жидкостей, таких, как плазма крови или технологических жидкостей микробиологических производств. Степень очистки известного сорбента невысока.

Целью изобретения является расширение технологических возможностей, т. е. использование предлагаемого сорбента для очистки жидких сред в различных отраслях народного хозяйства, очистки радиоактивных жидкостей и стоков, повышение эффективности очистки.

Поставленная цель достигается применением отработанной в производстве фермента цитохрома-С биомассы дрожжей в качестве сорбента тяжелых металлов преимущественно при очистке биологических жидкостей.

Цитохром-С - это окислительно-восстановительный фермент, используемый при производстве лекарственных веществ.

Высушенные отходы производства цитохрома-С представляют собой белый или слегка желтоватый порошок, не растворимый в воде, не токсичен, не горюч.

В настоящее время отходы производства цитохрома-С никак не используются.

При очистке с помощью сорбента используют статический или динамический методы. При статическом методе сорбент вносится в емкость с очищаемым раствором, перемешивается в течение 5-10 мин и отделяется центрифугированием или фильтрацией.

При динамическом методе колонка заполняется сорбентом, из которого после 3-кратной декантации удалены мелкие частицы и через нее со скоростью (1-5) мл/мин пропускают очищаемый раствор. Регенерация сорбента может быть осуществлена 0,1-0,2 М NaOH. В зависимости от того, какой раствор подвергается очистке, следует поддерживать определенный рН раствора. Общий интервал составляет 2-11. Для обработки белковых растворов предпочтительно поддерживать рН 4-6, что обусловлено исключением потерь белка. При обработке растворов, не содержащих белка, можно использовать весь интервал рН, но наиболее оптимальна обработка при рН 5-10.

П р и м е р 1. Очистке на сорбенте-колонке из 5 г подвергались белковые растворы. Использовали 120 мл 1%-ного раствора бычьего альбумина в воде или в 40% этаноле. Содержание металла в растворе после очистки определялось методом радиоактивных индикаторов. Для этой цели использовались радиоактивные изотопы металлов (Co⁵⁷, Zn⁶⁵; Mn⁵⁴; Al²⁶). Результаты исследований сведены в табл. 1.

Как показывают материалы таблицы, очистку белковых растворов от примеси тяжелых металлов и их радиоактивных изотопов следует вести при рН 5,8. При увеличении рН > 6 из раствора идет сильная сорбция белка. Сорбцию металлов из белковых водных растворов ведут при комнатной температуре, а из спиртовых - при температуре от -5 до -10^оС, чтобы избежать денатурации белка. Необходимо отметить, что чем выше исходная концентрация металла, тем ниже степень очистки, поэтому необходимо принимать известные меры для улучшения сорбции - увеличивать длину колонок и осуществлять пропускание раствора многократно.

П р и м е р 2. Очистке подвергали 30 мл водного раствора сульфатов металлов (Co, Zn, Mn, Al). В раствор помещали 600 мг сорбента, перемешивали в течение 10 мин при 30^оС. Исходная концентрация металлов 1, 10, 50 мг/мл. Сорбент от жидкости отделяли фильтрацией и с помощью радиометрического метода определяли процент очистки. Данные сведены в табл. 2.

П р и м е р 3. Очистке подвергали 30 мл раствора CoSO₄ (меченого Co - 57) в воде, 40%-ном этаноле и 40%-ном метаноле. В раствор помещали 400 мг сорбента, перемешивали в течение 10 мин при 30^оС. Сорбент от жидкости отделяли фильтрацией и с помощью радиометрического метода определяли процент очистки. Данные сведены в табл. 3.

П р и м е р 4. Очистке подвергали 30 мл водного раствора CoSO₄ и Al₂(SO₄)₃ с содержанием металла 20 мг/л. В раствор помещали 600 мг сорбента, перемешивали в течение 10 мин при 30^оС. Сорбент отделяли с помощью фильтрации и посредством радиометрического метода определяли процент очистки. Данные сведены в табл. 4.

В табл. 5 приведены сравнительные характеристики сорбентов - препарат из отходов производства цитохрома, активированный уголь и сефадекс g-10.

20 мг сорбента помещали в 2 мл раствора, содержащего 50 мкг Сo/мл в виде CoSO₄, меченного радиоактивным изотопом Co-57. Перемешивали в течение 10 мин при температуре 30^оС на термостатированной качалке. Затем центрифугированием отделяли сорбент от жидкой фазы. Из жидкой фазы отбирали аликвоты по 0,5 мл и измеряли их радиоактивность на радиометре Кампью-Гамма. На основании радиоактивности и удельной массовой радиоактивности меченого кобальта рассчитывали концентрацию кобальта в растворе, а по разности с исходной - содержание кобальта в сорбенте.

Использовали следующие растворы: CoSO₄ в H₂O; CoSO₄ в 40%-ном растворе этанола в H₂O; CoSO₄ в 1%-ном растворе альбумина в H₂O. Исходная концентрация кобальта всех растворов 50 мкг Co/мл.

Таким образом, как видно из приведенных данных, отходы производства цитохрома-С представляют собой многофункциональный сорбент, который может быть использован для очистки жидких сред от тяжелых металлов и радиоактивных изотопов в различных областях народного хозяйства. Сорбент дешев, в производстве цитохрома-С отходы остаются в больших количествах. Сорбент удобен в эксплуатации, регенерация его не затруднена. Емкость сорбции предложенного сорбента в 3 раза выше, чем у сефадекса и в 1,5 раза выше, чем у активированного угля. Обработка сорбента органическими растворителями (при регенерации и предварительной обработке) не ведет к снижению емкости сорбции. Сорбент хорошо работает не только в водных растворах, но и в спиртовых (емкость сорбции снижается лишь на 10-15% ). Вследствие определенной структуры, сорбент, помещенный в колонку, допускает высокие скорости протока среды намного выше, чем у активированного угля.

Широкий диапазон рН и температур (до -15^оС), применяемые при использовании сорбента, дают возможность использовать его для удаления тяжелых металлов и радиоактивных изотопов из различных жидких сред.