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Jul 19, 2023

Un biosorbant immobilisé à partir de cellules mortes de Paenibacillus dendritiformis et de polyéthersulfone pour la biorestauration durable du plomb provenant des eaux usées

Scientific Reports volume 13, Numéro d'article : 891 (2023) Citer cet article 1170 Accès 2 Citations 1 Détails d'Altmetric Metrics Les métaux lourds, y compris le plomb, causent de graves dommages à la santé humaine et

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 891 (2023) Citer cet article

1170 Accès

2 citations

1 Altmétrique

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Les métaux lourds, dont le plomb, causent de graves dommages à la santé humaine et à l'environnement. Les biosorbants naturels apparaissent comme des alternatives respectueuses de l'environnement. Dans cette étude, deux des 41 isolats (8EF et 17OS) étaient les bactéries les plus efficaces pour se développer sur des milieux supplémentés en Pb2+ (1 000 mg/L). À des concentrations élevées allant jusqu’à 2 000 mg/L, l’isolat pionnier 17OS a présenté une résistance remarquable aux métaux multi-lourds. Cet isolat a été identifié comme Paenibacillus dendritiformis 17OS et déposé dans GenBank sous le numéro d'accès ON705726.1. Design-Expert a été utilisé pour optimiser l’élimination du métal Pb2+ par les bactéries testées. Les résultats ont indiqué que quatre des six variables ont été sélectionnées à l'aide d'un plan expérimental à résolution IV minimale, avec un effet significatif sur l'élimination du Pb2+. La température et la concentration de Pb2+ étaient des influences positives significatives, tandis que la période d'incubation et la vitesse d'agitation étaient des influences négatives significatives. La souche testée a modulé les quatre variables significatives pour une élimination maximale de Pb2+ en utilisant le plan Box-Behnken. La méthode d’optimisation séquentielle s’est avérée bénéfique en augmentant la biosorption de 4,29 %. La biomasse morte de P. dendritiformis 17OS a été incorporée à du polyéthersulfone pour obtenir une membrane adsorbante hydrophile capable de séparer facilement le Pb2+ des solutions aqueuses. Les images SEM et l'analyse FT-IR ont prouvé que le nouveau biosorbant possède une grande structure et de nombreux groupes fonctionnels de surface avec une charge de surface négative de − 9,1 mV. Le taux d'élimination de 200 mg/L de Pb2+ de l'eau a atteint 98 % en utilisant 1,5 g/L de biosorbant immobilisé. Les études d'isotherme d'adsorption ont été affichées pour déterminer la nature de la réaction. Le processus d'adsorption était lié à l'isotherme de Freundlich qui décrit l'adsorption multicouche et hétérogène de molécules sur la surface adsorbante. En conclusion, des cellules bactériennes mortes ont été immobilisées sur un polyéther sulfone, lui conférant les caractéristiques d'une nouvelle membrane adsorbante pour la biorestauration du plomb provenant des eaux usées. Ainsi cette étude a proposé une nouvelle génération de membranes adsorbantes à base de polyéthersulfone et de cellules bactériennes mortes.

Les ions de métaux lourds toxiques résultant d’une industrialisation intensive, de techniques agricoles modernes, d’actions militaires et de processus d’altération sont devenus l’un des contaminants les plus importants dans les réserves d’eau1. Contrairement à d’autres matières toxiques, les ions de métaux lourds s’accumulent dans les tissus des organismes vivants et ne sont pas biodégradés dans la nature. Malgré leur utilisation répandue, les métaux lourds peuvent provoquer une toxicité importante chez les êtres vivants2. Le plomb, le cuivre, le mercure, l'arsenic et le chrome peuvent tous avoir des effets néfastes sur la peau, les reins, le foie et les poumons3. Le plomb (Pb2+) est très dangereux en raison de sa toxicité et de sa dissémination dans l'environnement4. Il peut arrêter l'action des enzymes et des protéines, remplacer les ions critiques des cellules (Mg2+, Ca2+, Na+ et Fe2+) et entraver le transport du Ca2+, de sorte que le Pb2+ est considéré comme cancérigène et très toxique. De plus, Pb2+ accélère la génération d’espèces réactives de l’oxygène, ce qui entraîne un stress oxydatif et endommage les cellules5. L’inhalation de poussières polluées par le plomb, ainsi que l’ingestion d’aliments ou d’eau contaminés, entraînent l’absorption et la dissémination du Pb2+ dans les tissus humains6.

La technologie des membranes, la précipitation, l’adsorption sur charbon actif et l’échange d’ions sont des méthodes physico-chimiques courantes pour éliminer les métaux toxiques des eaux usées7. Bon nombre des inconvénients courants des procédés conventionnels d’élimination des métaux lourds, tels que la production excessive de boues toxiques et l’eau traitée de mauvaise qualité, peuvent être surmontés si la technologie des membranes est combinée à la technologie d’adsorption (Adsorptive Membrane Technology). Cette membrane offre un certain nombre de caractéristiques telles que l'absence de changement de phase ou d'additifs chimiques, la flexibilité et la facilité de mise à l'échelle, la simplicité d'idée et de fonctionnement, l'efficacité énergétique et la faible empreinte du processus8. L'adsorption est la technique d'élimination des métaux lourds la plus populaire en raison de sa simplicité, de sa polyvalence, de son faible coût et de son respect de l'environnement. Cependant, l’adsorption présente certains inconvénients, notamment un taux lent et une résistance interne élevée à la diffusion9. De plus, l’efficacité fournie par la méthode d’adsorption a souvent tendance à diminuer après une utilisation répétée10.