L’intégration de la culture de microalgues avec les gaz de combustion industriels introduira finalement des métaux lourds et d’autres composés inorganiques dans le milieu de croissance. Cette étude présente une procédure utilisée pour déterminer le devenir final et l’impact des métaux lourds et des contaminants inorganiques sur la croissance de Nannochloropsis salina cultivé dans des photobioréacteurs.
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Article de méthode
Quantification des métaux lourds et d'autres contaminants inorganiques sur la productivité des microalgues
Dans cet article
Résumé
Résumé
Augmentation de la demande pour les carburants renouvelables a chercheurs qui étudient la faisabilité de matières premières alternatives, telles que les microalgues. Avantages inhérents comprennent haut rendement potentiel, l'utilisation des terres non arables et l'intégration avec les flux de déchets. Les besoins nutritionnels d'un système de production de micro-algues à grande échelle, il faudra le couplage de systèmes de culture avec des ressources de déchets industriels, tels que le dioxyde de carbone du gaz et des nutriments provenant des eaux usées fumée. Contaminants inorganiques présents dans ces déchets peuvent potentiellement conduire à la bioaccumulation dans la biomasse de microalgues un impact négatif sur la productivité et de limiter l'utilisation finale. Cette étude porte sur l'évaluation expérimentale de l'impact et le sort de 14 contaminants inorganiques (As, Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Mn, Ni, Pb, Sb, Se, Sn, V et Zn) sur Nannochloropsis croissance salina . Les microalgues sont cultivées dans des photobioréacteurs illuminés à 984 pmol m -2 s -1 et maintenu à pH 7 dans une m de croissanceedia polluée par des contaminants inorganiques à des niveaux prévus en fonction de la composition trouvé dans les systèmes de gaz de charbon de combustion commerciaux. Les contaminants présents dans la biomasse et le milieu à la fin d'une période de croissance de 7 jours ont été analytiquement quantifiés par vapeur froide spectrométrie d'absorption atomique pour le mercure et par couplage inductif spectrométrie de masse à plasma pour As, Cd, Co, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb, Sb, Se, Sn, V et Zn. Les résultats montrent N. salina est une souche sensible à l'environnement multi-métal avec une baisse statistique de la biomasse yieldwith l'introduction de ces contaminants. Les techniques présentées ici sont suffisantes pour quantifier la croissance des algues et de déterminer le sort des contaminants inorganiques.
Introduction
Par rapport aux cultures traditionnelles terrestres ont été montré microalgues pour atteindre des rendements plus élevés de la biomasse et de lipides en raison de rendements de conversion inhérents solaire élevés 1,2. La culture des micro-algues à des taux de productivité élevés nécessite la fourniture de divers éléments nutritifs comprenant une source de carbone externe. Il est prévu que les installations de croissance à grande échelle seront intégrés aux flux de déchets industriels tels que les gaz de combustion industrielle afin de minimiser les coûts de production et en même temps fournir assainissement de l'environnement. Carbone des déchets indus....
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Protocole
1. système de croissance
Figure 1. Les microalgues système de croissance. (A) rotomètre de l'air, (B) CO 2 rotomètre, (C) contrôleur de pH avec électrovanne, (D) enregistreur de données, (E) en ligne de filtres à air, (F) de la tête de distribution d'air, (G) banque de lumière fluorescente, (H) pH-mètres, le système (I) de refro....
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Résultats
Les rendements de la biomasse
La production de N. salina PBR dans le système utilisé dans cette étude est passé de 1 g / L -1 à 8,5 ± 0,19 g / L -1 (n = 12) pour les réacteurs de commande et de 4,0 ± 0,3 g / L -1 (n = 12) pour le multi-métal contaminé en 7 jours. Les expériences ont produit des données reproductibles dans des réacteurs en triple et plusieurs lots. Figure 2A montre la densité de culture moyenne à très petite erreur st.......
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Discussion
Saline microalgues N. salina peuvent être cultivées avec succès dans le système de croissance conçu avec des résultats reproductibles et des rendements élevés de biomasse. Airlift mélange permis pour une culture en suspension bien mélangée avec un tassement minimal ou encrassement biologique au cours des périodes de croissance de 7 jours. La variabilité de la lumière minimale dans la banque de lumière fluorescente est également indiqué pour ne pas produire des différences notables dans la croissance.
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Déclarations de divulgation
Les auteurs déclarent qu’ils n’ont pas d’intérêts financiers concurrents.
Remerciements
Les auteurs tiennent à remercier la National Science Foundation (prix # 1335550), l’Utah Water Research Laboratory, le professeur Joan McLean et Tessa Guy pour leur aide lors de l’analyse des métaux/métalloïdes. Les auteurs remercient également Laura Birkhold pour son soutien dans la collecte de données et Danna Olbright.
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Matériaux
| Nom | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
|---|---|---|---|
| Produits chimiques | |||
| Chlorure de sodium | Fisher Scientific | S271-3 | |
| Chlorure de calcium dihydraté | Fisher Scientific | C79-500 | |
| Chlorure de potassium | Fisher Scientific | P217-500 | |
| Méta-silicate de sodium non hydraté. | Fisher Scientific | S408-500 | |
| Sulfate de magnésium heptahydraté | Fisher Scientific | M63-500 | |
| Nitrate | de potassium EMD Chemical | PX1520-5 | |
| Phosphate de potassium monobasique | Fisher Scientific | P285-500 | |
| Citrate ferrique d’ammonium | Fisher Scientific | I72-500 | |
| Acide borique | Fisher Scientific | A73-500 | |
| Molybdate de sodium dihydraté | EMD Chemical | SX0650-2 | |
| Chlorure de manganèse tétrahydraté | Fisher Scientific | M87-500 | |
| Sulfate de zinc heptahydraté | Fisher Scientific | Z68-500 | |
| Sulfate de cuivre pentahydraté | Fisher Scientific | C489-500 | |
| Biotine. | Acros Organics | 230090010 | |
| Thiamine ; | Acros Organics | 148990100 | |
| Vitamine B12 | Acros Organics | 405920010 | |
| Chlorure de cuivre (II) dihydraté | Sigma-Aldrich | 221783-100G | Irritant, dangereux pour l’environnement |
| Chlorure de plomb (II) ; | Sigma-Aldrich | 268690-250G | Toxique, dangereux pour l’environnement |
| Dichromate de sodium dihydraté. | Sigma-Aldrich | 398063-100G | Oxydant, hautement toxique, dangereux pour l’environnement |
| Chlorure de cobalt (II) hexahydraté | Sigma-Aldrich | 255599-100G | Toxique, dangereux pour l’environnement |
| Chlorure de nickel (II) hexahydraté | Sigma-Aldrich | 223387-500G | Toxique, dangereux pour l’environnement |
| (méta) arsénite de sodium. | Sigma-Aldrich | 71287 | Toxique, dangereux pour l’environnement |
| Chlorure de cadmium ; | Sigma-Aldrich | 202908-10G | Hautement toxique et dangereux pour l’environnement |
| Chlorure de mercure (II) | Sigma-Aldrich | 215465-100G | Toxique, dangereux pour l’environnement, |
| chlorure d’étain (II) dihydraté | Fisher Scientific | T142-500 | Corrosif. Convient pour l’analyse du mercure. Très dangereux. |
| Chlorure de manganèse tétrahydraté | Fisher Scientific | M87-500 | |
| Oxyde de vanadium (V) | Acros Organics | 206422500 | dangereux pour l’environnement |
| Dioxyde de carbone ; | Air Liquide | I2301S-1 | |
| Peroxyde d’hydrogène | H325-500 | Fisher Scientific | 30 % dans l’eau |
| Norme ICP-MS | ICP-MS-6020 | de haute pureté | |
| Norme de mercure | CGHG1-1 | Inorganic Ventures | 1000± ; 6 et micro ; g/mL dans de l’acide nitrique à 5 % |
| Argon | Air Liquide | Hélium comprimé | |
| Air Liquide | Comprimé, ultra haute pureté | ||
| Hydrogène | Air Liquide | Comprimé, ultra haute pureté | |
| Acide nitrique | Fisher Scientific | A509-P212 | Acide nitrique à 67-70 %, qualité oligo-métallos. Attention : manipuler sous hotte. |
| Acide chlorhydrique | Fisher Scientific | A508-P212 | Acide chlorhydrique à 35 %, qualité métal trace. Attention : manipuler sous hotte. |
| Équipement | |||
| Stérilisateur pré-vide scientifique | Steris | 31626A | SV-120 |
| Centrifugeuse | Thermo Fisher | 46910 | RC-6 Plus |
| Spectrophotomètre | Shimadzu | 1867 | UV-1800 |
| Régulateur de pH | Hanna | BL981411 | X4 |
| Rotomètre, X5 | Dwyer | RMA-151-SSV | T31Y |
| Rotomètre, X5 | Dwyer | RMA-26-SSV | T35Y |
| Circulateur à bain d’eau | Fisher Scientific | 13-873-45A | |
| Refroidisseur compact | VWR | 13270-120 | |
| Lyophilisateur | Labconco | 7752020 | |
| Plaque d’agitation | Fisher Scientific | 11-100-49S | |
| Électrode de laboratoire de pH | Phidgets Inc | 3550 | |
| Spectromètre de masse à plasma à couplage inductif | Agilent Technologies | 7700 Series ICP-MS | Fixé à un échantillonneur automatique CETAC ASX-520 |
| FIAS 100 | Perkin Elmer Instruments | B0506520 | |
| Spectromètre d’absorption atomique | Perkin Elmer Instruments | AAnalyst 800 | |
| Chauffage de cellule (quartz) | Perkin Elmer Instruments | B3120397 | |
| Micro-ondes | Milestone | Programmable, puissance maximale 1 200 W | |
| Rotor micro-ondes | Milestone | Rotor avec récipients en téflon de 24 à 75 ml pour une digestion assistée par micro-ondes en récipient fermé. | |
| Matériaux | |||
| 0,2 μ ; filtre à seringue Whatman | 6713-0425 | ||
| 0.2 μ ; m filtre seringue | Whatman | 6713-1650 | |
| 0.45 μ ; m filtre à seringue | Thermo Fisher | F2500-3 | |
| Tubes en polystyrène | Evergreen | 222-2094-050 | 17 x 100 mm avec bouchon, 16 ml, polystyrène |
| Octogonal magnétique ; remuer ; barres | Fisher scientific | 14-513-60 | Aimants enrobés de fluoropolymère PTFE |
Références
- 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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Réimpressions et autorisations
