Uma nova bio eficaz

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 9168 (2023) Citar este artigo

Detalhes das métricas

No presente trabalho, pela primeira vez, a habilidade da biossílica porosa originada de três linhagens de diatomáceas marinhas de 'Nanofrustulum spp.' viz. N. wachnickianum (SZCZCH193), N. shiloi (SZCZM1342), N. cf. shiloi (SZCZP1809), para eliminar MB de soluções aquosas. A maior biomassa foi obtida 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 DW). Os esqueletos siliciosos das cepas foram purificados com peróxido de hidrogênio e caracterizados por SEM, EDS, adsorção/dessorção de N2, DRX, TGA e ATR-FTIR. A biossílica porosa (20 mg DW) obtida das linhagens SZCZCH193, SZCZM1342, SZCZP1809 apresentou eficiência de remoção de 77,6%, 96,8% e 98,1% de 14 mg L−1 MB em 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) até 99,08% para SZCZP1809 após 120 min. A modelagem revelou que a adsorção de MB segue Pseudo-primeira ordem, difusão de poros de Bangham e modelos de 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). Eles desempenham um papel essencial nos ciclos globais de carbono e silício no oceano e 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 por seu efeito antioxidante e pode ser usada 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 de diatomáceas ganhou atenção no campo da liberação de fármacos6, biossensoriamento7 e recuperação de metais8. As diatomáceas possuem um enorme potencial biotecnológico para processos de biorrefinaria9, dessa forma sua biomassa poderia ser utilizada na produção de vários compostos de forma econômica.

O uso generalizado de vários poluentes orgânicos, por exemplo, drogas10, antibióticos11, fenóis12 e corantes13, na indústria resultou no problema da poluição da água. Eles são armazenados como resíduos industriais e, em seguida, purgados em corpos d'água ambientais, transformando a água limpa 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 os seres humanos, 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, inúmeros estudos têm sido feitos para encontrar um método eficiente de remoção de corante verde, de modo que o corante em águas residuais possa ser recuperado. Um dos métodos de degradação mais promissores é a adsorção, que apresenta melhores resultados, pode ser utilizada para diferentes tipos de corantes, não requer equipamentos altamente sofisticados, é insensível a copoluentes tóxicos em efluentes e não produz substâncias tóxicas19. O carvão ativado, adsorvente natural mais comumente aplicado, tem sido utilizado em inúmeros estudos e mostrou alta capacidade de adsorção na remoção de MB, embora o alto custo e o difícil processo de regeneração tenham resultado em uma busca maior 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. Altas capacidades de adsorção têm sido demonstradas para bioadsorventes (biomassa viva e morta de bactérias21, algas22, fungos23, plantas24 e resíduos agrícolas25), zeólitas26 e diatomita27. Até onde sabemos, poucos estudos foram realizados com biossílica de diatomáceas pura extraída de Punnularia sp.28 e Cyclotella sp.29, com maior foco em sílica de diatomáceas dopada com metal30,31, terra de diatomáceas27,32 e sintetizada quimicamente sílica mesoporosa33,34. Embora a sílica sintetizada quimicamente demonstre alta eficiência de adsorção, algumas investigações sugeriram que esse material pode apresentar citotoxicidade35,36, enquanto a biossílica originada de diatomáceas é relatada como material não citotóxico37, portanto, poderia ser usada de maneira não prejudicial. No presente estudo, a biossílica porosa de três linhagens 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 caracterizado e identificado pela primeira vez como adsorvente de MB altamente eficaz e barato.