La integración del cultivo de microalgas con los gases de combustión industriales introducirá en última instancia metales pesados y otros compuestos inorgánicos en los medios de crecimiento. Este estudio presenta un procedimiento utilizado para determinar el destino final y el impacto de los metales pesados y contaminantes inorgánicos en el crecimiento de Nannochloropsis salina cultivada en fotobiorreactores.
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Artículo de método
La cuantificación de los metales pesados y otros contaminantes inorgánicos en la productividad de microalgas
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Resumen
Resumen
El aumento de la demanda de combustibles renovables tiene investigadores que investigan la viabilidad de materias primas alternativas, como las microalgas. Ventajas inherentes incluyen alto potencial de rendimiento, el uso de tierras no cultivables y la integración con los flujos de residuos. Los requisitos de nutrientes de un sistema de producción de microalgas a gran escala requerirán el acoplamiento de los sistemas de cultivo con recursos de los residuos industriales, tales como el dióxido de carbono del gas de combustión y los nutrientes de las aguas residuales. Contaminantes inorgánicos presentes en estos residuos potencialmente pueden conducir a la bioacumulación en la biomasa de microalgas afectar negativamente la productividad y la limitación de su uso final. Este estudio se centra en la evaluación experimental de los efectos y el destino de los 14 contaminantes inorgánicos (As, Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Mn, Ni, Pb, Sb, Se, Sn, V y Zn) en el crecimiento salina Nannochloropsis . Las microalgas se cultivan en fotobiorreactores iluminados en 984 mol m -2 s -1 y se mantiene a pH 7 en un crecimiento media contaminado con contaminantes inorgánicos en los niveles esperados en base a la composición que se encuentra en los sistemas de gas de combustión de carbón comerciales. Los contaminantes presentes en la biomasa y el medio al final de un período de 7 días de crecimiento se cuantificaron analíticamente a través de vapor frío espectrometría de absorción atómica para Hg y por medio de ICP-MS para As, Cd, Co, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb, Sb, Se, Sn, V y Zn. Los resultados muestran N. salina es una cepa sensible al entorno multi-metal con una disminución estadística en la biomasa yieldwith la introducción de estos contaminantes. Las técnicas presentadas aquí son adecuados para cuantificar el crecimiento de algas y determinar el destino de los contaminantes inorgánicos.
Introducción
En comparación con los cultivos terrestres tradicionales han demostrado microalgas para lograr altos rendimientos de biomasa y de lípidos debido a las eficiencias inherentes 1,2 de conversión solar más altos. El cultivo de microalgas a altas tasas de productividad requiere el suministro de varios nutrientes, incluyendo una fuente de carbono externa. Se espera que las instalaciones de crecimiento a gran escala se integrarán con flujos de residuos industriales, tales como gas de combustión industrial con el fin de minimizar los costos de producción y al mismo tiempo proporcionan remediación ambiental. De carbono de residuos industriales es típicamente en for....
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Protocolo
Sistema 1. Crecimiento
Figura 1. Las microalgas sistema de crecimiento. (A) rotómetro aire, (B) de CO 2 rotómetro, (C) Regulador del pH con solenoide, (D) registrador de datos, (E) en la línea de filtros de aire, colector de distribución de aire (F), (G) El banco de luz fluorescente, (H) medidores de pH, el sistema (I) de enfriamiento, (J)
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Resultados
Rendimientos de biomasa
Producción de N. salina en el sistema de PBR usado en este estudio creció de 1 g / L -1 a 8,5 ± 0,19 g / L -1 (N = 12) para los reactores de control y de 4,0 ± 0,3 g / L -1 (N = 12) para el multi-metal contaminado en 7 días. Los experimentos producen datos repetibles través de reactores por triplicado y varios lotes. Figura 2A muestra la densidad de cultivo de la media con muy pequeño error estándar basado en .......
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Discusión
N. microalgas Saline salina puede cultivar con éxito en el sistema de crecimiento diseñado con resultados repetibles y altos rendimientos de biomasa. Puente aéreo de la mezcla permitió un cultivo suspendido bien mezclada con sedimentación mínima o la contaminación biológica durante los períodos de crecimiento de 7 días. La variabilidad mínima luz a través del banco de luz fluorescente también se destaca por no producen diferencias notables en el crecimiento.
El estudio mues.......
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Divulgaciones
Los autores declaran que no tienen intereses financieros contrapuestos.
Agradecimientos
Los autores desean agradecer la financiación de la Fundación Nacional de Ciencias (premio # 1335550), el Laboratorio de Investigación del Agua de Utah, la profesora Joan McLean y Tessa Guy por su ayuda durante el análisis de metales/metaloides. Los autores también agradecen a Laura Birkhold por su apoyo con la recopilación de datos y a Danna Olbright.
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Materiales
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Productos químicos | |||
| Cloruro de sodio | Fisher Scientific | S271-3 | |
| Cloruro de calcio dihidratado | Fisher Scientific | C79-500 | |
| Cloruro de potasio | Fisher Scientific | P217-500 | |
| Meta silicato de sodio nonahidratado | Fisher Scientific | S408-500 | |
| Sulfato de magnesio heptahidratado | Fisher Scientific | M63-500 | |
| Nitrato de potasio | EMD Chemical | PX1520-5 | |
| Fosfato de potasio monobásico | Fisher Scientific | P285-500 | |
| Citrato férrico de amonio | Fisher Scientific | I72-500 | |
| Ácido bórico | Fisher Scientific | A73-500 | |
| Molibdato de sodio, dihidratado | EMD Chemical | SX0650-2 | |
| Cloruro de manganeso tetrahidratado | Fisher Scientific | M87-500 | |
| Sulfato de zinc heptahidratado | Fisher Scientific | Z68-500 | |
| Sulfato cúprico pentahidratado | Fisher Scientific | C489-500 | |
| Biotina | Acros Organics | 230090010 | |
| Tiamina | Acros Organics | 148990100 | |
| vitamina B12 | Acros Organics | 405920010 | |
| cloruro de cobre (II) dihidratado | Sigma-Aldrich | 221783-100G | Irritante, peligroso para el medio ambiente |
| Cloruro de plomo (II) | Sigma-Aldrich | 268690-250G | Tóxico, peligroso para el medio ambiente |
| Dicromato de sodio dihidratado | Sigma-Aldrich | 398063-100G | Oxidante, altamente tóxico, peligroso para el medio ambiente |
| Cloruro de cobalto (II) hexahidratado | Sigma-Aldrich | 255599-100G | Tóxico, peligroso para el medio ambiente |
| Cloruro de níquel (II) hexahidratado | Sigma-Aldrich | 223387-500G | Tóxico, peligroso para el medio ambiente |
| Arsento de sodio (meta) | Sigma-Aldrich | 71287 | Tóxico, peligroso para el medio ambiente |
| Cloruro de cadmio | Sigma-Aldrich | 202908-10G | Altamente tóxico, peligroso para el medio ambiente |
| Cloruro de mercurio (II) | Sigma-Aldrich | 215465-100G | Tóxico, peligroso para el medio ambiente |
| Cloruro de estaño (II) dihidratado | Fisher Scientific | T142-500 | Corrosivo. Adecuado para el análisis de Hg. Muy peligroso. |
| Cloruro de manganeso tetrahidratado | Fisher Scientific | M87-500 | |
| Óxido de vanadio (V) | Acros Organics | 206422500 | peligroso para el medio ambiente |
| Dióxido de carbono | Air Liquide | I2301S-1 | |
| Peróxido de hidrógeno | H325-500 | Fisher Scientific | 30% en agua |
| Estándar ICP-MS | ICP-MS-6020 Estándares de | alta pureza Estándar | |
| mercurio | CGHG1-1 | Inorganic Ventures | 1000± 6 y micro; g/mL en ácido nítrico al 5% |
| Argon | Air Liquide | Helio comprimido | |
| Air | Liquide | Comprimido, ultra alta pureza | |
| Hydrogen | Air Liquide | Comprimido, ultra alta pureza | |
| Ácido nítrico | Fisher Scientific | A509-P212 | 67-70% ácido nítrico, grado de trazas de metal. Precaución: manipule debajo de la campana extractora. |
| Ácido clorhídrico | Fisher Scientific | A508-P212 | 35% de ácido clorhídrico, grado de trazas de metal. Precaución: manipule debajo de la campana extractora. |
| Equipo | |||
| Científico esterilizador de prevacío | Steris | 31626A | SV-120 |
| Centrífuga | Thermo Fisher | 46910 | RC-6 Plus |
| Espectrofotómetro | Shimadzu | 1867 | UV-1800 controlador de |
| pH | Hanna | BL981411 | X4 |
| Rotómetro, X5 | Dwyer | RMA-151-SSV | T31Y |
| Rotómetro, X5 | Dwyer | RMA-26-SSV | T35Y |
| Circulador de baño de agua | Fisher Scientific | 13-873-45A | |
| Enfriador compacto | VWR | 13270-120 | |
| Liofilizador | Labconco | 7752020 | |
| Plato de agitación | Fisher Scientific | 11-100-49S | |
| Electrodo de laboratorio de pH | Phidgets Inc | 3550 | |
| Espectrómetro de masas de plasma acoplado inductivamente | Agilent Technologies | Serie 7700 ICP-MS | Acoplado al muestreador automático CETAC ASX-520 |
| FIAS 100 | Perkin Elmer Instruments | B0506520 | |
| Espectrómetro de absorción atómica | Perkin Elmer Instruments | AAnalyst 800 | |
| Calentador de celda (cuarzo) | Perkin Elmer Instruments | B3120397 | |
| Rotor de microondas | Milestone | programable, potencia máxima de 1.200 W | |
| Rotor Milestone | con recipientes de teflón de 24-75 ml para digestión asistida por microondas en recipiente cerrado. | ||
| Materiales | |||
| 0.2 μ m filtro de jeringa | Whatman | 6713-0425 | |
| 0.2 μ m filtro de jeringa | Whatman | 6713-1650 | |
| 0.45 μ m filtro de jeringa | Thermo Fisher | F2500-3 | |
| poliestireno | Evergreen | 222-2094-050 | 17 x 100 mm con tapón, 16 ml, polisterino |
| Octogonal magnético revolver barras | Fisher scientific | 14-513-60 | Imanes recubiertos de fluoropolímero de PTFE |
Referencias
- Dismukes, G. C., Carrieri, D., Bennette, N., Ananyev, G. M., Posewitz, M. C. Aquatic phototrophs: efficient alternatives to land-based crops for biofuels. Curr Opin Biotechnol. 19 (3), 235-240 (2008).
- Moody, J. W., McGinty, C. M., Quinn, J. C.
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Reimpresiones y permisos
