Механизмы интенсификации процесса сорбции ионов тяжелых металлов модифицированным магнитоуправляемым биосорбентом для очистки сточных вод

Обнаружены новые механизмы интенсификации процесса сорбции ионов тяжелых металлов модифицированным магнитоуправляемым биосорбентом на основе дрожжей S.cerevisiae для очистки сточных вод. Впервые разработана установка на основе магнитодинамического перемешивания (МГДП) биосорбента с магнитной жидкостью в схрещенных электрическом и магнитном полях, что позволило получить магнитоуправляемый биосорбент со стабильными магнитными свойствами и сорбционной емкостью не меньшей, чем у нативных дрожжей. Определена зависимость сорбционной емкости магнитоуправляемого биосорбента от способа его модификации, величины внешнего магнитного и электрического полей, pH-среды, соотношения количества магнитной жидкости (магнитных наночастиц) и биосорбента, заряда биосорбента, пространственного распределения магнитных наночастиц в сорбенте, морфологических характеристик поверхности дрожжевых клеток S. cerevisiae. Впервые установлена корреляция между электрофоретической подвижностью дрожжей, величиной дзета-потенцила, фрактальной размерностью и сорбционными характеристиками биосорбента. Сорбционная емкость магнитоуправляемого биосорбента, изготовленного по разработанной методике, не уменьшается по сравнению с нативными дрожжами за счет того, что наночастицы магнетита проникают в периплазматическую область клеточной стенки дрожжей, что подтверждается измерениями магнитной восприимчивости магнитоуправляемого биосорбента и данными магнитной силовой микроскопии комплексов «дрожжевая клетка-магнитные наночастицы», величиной дзета-потенцила и элекрофоретической подвижностью магнитоуправляемого биосорбента. Впервые для повышения эффективности проникновения магнитных наночастиц в периплазматическую область разработан новый метод изготовления магнитной жидкости с контролируемыми размерами и формой магнитных наночастиц. Также проведен поиск микроорганизмов в том числе дрожжей S. cerevisiae – потенциальных продуцентов биогенных магнитных наночастиц методами биоинформатики и исследовано влияние белков, задействованных в синтезе магнитных наночастиц, на свойства синтезированных с их участием магниточувствительных структур в клетках. Изучены современные разработки по использованию этих белков in vitro и рассмотрены перспективы использования этих микроорганизмов для биосорбции ионов тяжелых металлов и в биометалургии. Впервые при очистке сточных вод г. Славутич (Киевская обл.) от ионов железа с использованием магнитоуправляемого биосорбента на основе дрожжей S. cerevisiae удалось получить содержание ионов железа ниже ПДК.