ИЗМЕНЕНИЕ КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ НЕОРГАНИЧЕСКИХ КОМПОНЕНТОВ ПРИРОДНЫХ БИОСОРБЕНТОВ ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ С РАСТВОРАМИ СОЛЕЙ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ

Кириллова Л. Н., Муравьева М. Б., Козин А. И., Ефремова Н. Е., Елякова Е. Г., Дункан Й. Р., Мирошников А. И.
Институт биоорганической химии им. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН, Москва; *Rhodes University, Grahamstown South Africa
Ранее нами было показано, что биомассу микроорганизмов можно рассматривать как полиамфолит аминокарбоксильного типа, который для подготовки к работе необходимо лишь очистить от гидрофобных загрязнений и перевести в определенную ионную форму (натриево-гидроксильную, водородно-хлоридную или цвиттерионную) методами реагентной обработки, применяемыми для синтетических ионообменников. Полученные сорбирующие материалы в кислой среде проявляют свойства анионитов, в щелочной - катионитов, при близких к нейтральным значениях рН - хелатирующих сорбентов, что подтверждается результатами изучения сорбционных характеристик и данными ИК-спектроскопии. На процесс извлечения тяжелых металлов из растворов при помощи биосорбентов существенное влияние оказывают минеральные вещества, накапливающиеся в биомассе при культивировании. Основными минеральным компонентами биосорбентов являются карбонаты, фосфаты и сульфаты кальция и магния. Изученные нами образцы биомассы содержат в качестве кристаллической фазы кальцит (Penicillium chrysogenum) и оксалат кальция (Aspergillus niger и P. cefalosporium). Сорбционная емкость биосорбентов, содержащих кальцит, по отношению к ионам меди в несколько раз выше, чем у этих же сорбентов, освобожденных от кальцита, и возрастает с увеличением количества кальция в сорбенте. Вместе с тем состав кристаллической фазы не меняется, т.е. образующиеся на поверхности сорбента соединения меди рентгеноаморфны, а изменения ИК-спектра незначительны. Воздействие растворов Cu(NO3)2 на карбонат кальция приводит к существенным изменениям ИК-спектра. При действии раствора нитрата свинца на содержащие кальцит сорбенты последние становятся рентгеноаморфными, и наблюдаются те же изменения ИК-спектра, что и при действии раствора нитрата свинца на кальцит. Биомассы P. cefalosporium и A. niger и полученные из них биосорбенты содержат две модификации (Weddellite и Whewellite соответственно) кристаллического оксалата кальция. При наличии в составе сорбента оксалата кальция зависимость сорбционной емкости его по отношению к меди от содержания кальция имеет вид y = 1,07x + 0,45 (коэффициент корреляции 0,91). Обнаружен переход кристаллической фазы, состоящей из оксалата кальция, в кристаллическую фазу, образуемую оксалатом меди (Moolooite), причем, в присутствии биосорбента этот переход осуществляется независимо от того, был ли CaC2O4 синтезирован в процессе ферментации или нанесен на поверхность предварительно высушенной и обработанной ацетоном и щелочным раствором биомассы. В аналогичных условиях при отсутствии биомассы фазовый переход не наблюдается. При действии на содержащие оксалат кальция сорбенты солей свинца кристаллическая фаза исчезает, и сорбенты становятся рентгеноаморфными. Полученные результаты подтверждаются данными элементного и рентгенофазового анализа, данными ИК-спектроскопии и электронной микроскопии.