Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.

Methodenartikel

Kwantificering van zware metalen en andere anorganische contaminanten op de productiviteit van microalgen

15.7K weergaven

DOI:

10.3791/52936

10 juli 2015

In dit artikel

Samenvatting

Integratie van microalgencultivatiek met industrieel rookgas zal uiteindelijk zware metalen en andere anorganische verbindingen in de groeimedia introduceren. Deze studie presenteert een procedure die wordt gebruikt om het eindlot en de impact van zware metalen en anorganische verontreinigingen op de groei van Nannochloropsis salina gekweekt in fotobioreactoren te bepalen.

Samenvatting

Toenemende vraag naar hernieuwbare brandstoffen heeft onderzoekers het onderzoek naar de haalbaarheid van alternatieve grondstoffen, zoals microalgen. Inherente voordelen omvatten hoge potentiële opbrengst, het gebruik van niet-landbouwgrond en de integratie met afvalstromen. De voedingsbehoefte van een grootschalig productiestelsel microalgen de koppeling van kweeksystemen met industrieel afval middelen, zoals kooldioxide uit rookgas en voedingsstoffen uit het afvalwater vereist. Anorganische verontreinigingen aanwezig in deze afvalstoffen kan mogelijk leiden tot bioaccumulatie in microalgen biomassa productiviteit en het beperken van eindgebruik negatieve invloed. Dit onderzoek richt zich op de experimentele evaluatie van de impact en het lot van de 14 anorganische verontreinigingen (As, Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Mn, Ni, Pb, Sb, Se, Sn, V en Zn) op Nannochloropsis Salina groei . Microalgen werden fotobioreactoren verlicht 984 umol m -2 s -1 gekweekt en gehouden op pH 7 in een groei media vervuild met anorganische verontreinigingen op niveaus verwacht op basis van de samenstelling bij commerciële steenkool rookgasinstallaties. Verontreinigingen in de biomassa en het medium aan het einde van een 7 dagen groeiperiode werden analytisch gekwantificeerd door koude damp-atomaire absorptiespectrometrie voor Hg en door inductief gekoppeld plasma massa spectrometrie voor As, Cd, Co, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb, Sb, Se, Sn, V en Zn. Resultaten tonen N. salina is een gevoelige stam multi-metal omgeving met een statistische vermindering van biomassa yieldwith de invoering van deze verontreinigingen. De hier gepresenteerde technieken zijn geschikt voor het kwantificeren algengroei en het bepalen van het lot van anorganische verontreinigingen.

Inleiding

Vergeleken met traditionele vaste gewassen microalgen bleken sterke groei en lipide-opbrengst als gevolg van inherente hogere solar rendementen 1,2 bereiken. Teelt van microalgen bij hoge productiviteit vereist de levering van verschillende voedingsstoffen, waaronder een externe koolstofbron. Verwacht wordt dat grootschalige groei installaties worden geïntegreerd industriële afvalstromen zoals industriële rookgas teneinde productiekosten te minimaliseren en tegelijkertijd verschaffen herstel van het milieu. Bedrijfsafval koolstof typisch in de vorm van gasvormig koolstofdioxide en kunnen verontreinigingen die het potentieel negatieve effect microalgen prod....

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

1. Groei systeem

figure-protocol-1

Figuur 1. Microalgen groei systeem. (A) lucht rotometer, (B) CO 2 rotometer, (C) pH controller met elektromagnetische, (D) datalogger, (E) in-line luchtfilters, (F) luchtverdeling header, (G) TL-licht bank, (H) pH meter, (I) koelsysteem, (J) waterbad, (K) thermokoppeldraad, (L)<....

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

Biomassa opbrengsten

Productie van N. salina in de PBR wordt gebruikt in deze studie steeg van 1 g / l -1 tot 8,5 ± 0,19 g / L -1 (N = 12) ter controle reactoren en 4,0 ± 0,3 g / L -1 (N = 12) voor het multi-metalen verontreinigde in 7 dagen. De experimenten geproduceerd herhaalbare data over drievoud reactoren en meerdere batches. Figuur 2A toont de gemiddelde dichtheid van de cultuur met zeer kleine standaard fout op basis van stee.......

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

Saline microalgen N. salina succes kunnen worden geteeld in de ontworpen groeisysteem met herhaalbare resultaten en hoge opbrengsten biomassa. Airlift mengen toegestaan ​​voor een goed gemengde opgeschort cultuur met minimale bezinken of biofouling over de perioden van 7 dagen groei. De minimale licht variabiliteit over de tl-licht bank is ook aangetoond dat niet tot merkbare verschillen in groei.

De studie toont met zware metalen verontreinigde media bij concentraties representatie.......

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

De auteurs verklaren dat ze geen concurrerende financiële belangen hebben.

Dankbetuigingen

De auteurs willen graag de financiering van de National Science Foundation (award # 1335550), Utah Water Research Laboratory, Professor Joan McLean en Tessa Guy erkennen voor hun hulp tijdens de metaal/metaalanalyse. De auteurs danken ook Laura Birkhold voor haar ondersteuning bij het verzamelen van gegevens en Danna Olbright.

....

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
Chemicals
Sodium chlorideFisher ScientificS271-3
Calcium chloride dihydrateFisher ScientificC79-500
Potassium chlorideFisher ScientificP217-500
Sodium meta silicate nonahydrate Fisher ScientificS408-500
Magnesium sulfate heptahydrate Fisher ScientificM63-500
Potassium nitrateEMD ChemicalPX1520-5
Potassium phosphate monobasic Fisher ScientificP285-500
Ammonium ferric citrateFisher ScientificI72-500
Boric acidFisher ScientificA73-500
Sodium molybdate, dihydrateEMD ChemicalSX0650-2
Manganese chloride tetrahydrateFisher ScientificM87-500
Zinc sulfate heptahydrateFisher ScientificZ68-500
Cupric sulfate pentahydrateFisher ScientificC489-500
Biotin Acros Organics230090010
Thiamine Acros Organics148990100
Vitamin B12 Acros Organics405920010
Copper (II) chloride dihydrate Sigma-Aldrich221783-100GIrritant, Gevaarlijk voor het milieu
Lead (II) chloride Sigma-Aldrich268690-250GToxisch, Gevaarlijk voor het milieu
Sodium dichromate dihydrate Sigma-Aldrich398063-100GOxidator, Zeer toxisch, Gevaarlijk voor het milieu
Cobalt (II) chloride hexahydrate Sigma-Aldrich255599-100GToxisch, Gevaarlijk voor het milieu
Nickel (II) chloride hexahydrate Sigma-Aldrich223387-500GToxisch, Gevaarlijk voor het milieu
Sodium (meta) arsenite Sigma-Aldrich71287Toxisch, Gevaarlijk voor het milieu
Cadmium chloride Sigma-Aldrich202908-10GZeer toxisch, Gevaarlijk voor het milieu
Mercury (II) chloride Sigma-Aldrich215465-100GToxisch, Gevaarlijk voor het milieu
Tin (II) chloride dihydrateFisher ScientificT142-500Corrosie. Geschikt voor Hg-analyse. Zeer gevaarlijk.
Manganese chloride tetrahydrateFisher ScientificM87-500
Vanadium (V) oxideAcros Organics206422500Gevaarlijk voor het milieu
Carbon dioxide Air LiquideI2301S-1Gecomprimeerd
Hydrogen peroxideH325-500Fisher Scientific30% in water
ICP-MS standaardICP-MS-6020High Purity Standards
Mercury standaardCGHG1-1Inorganic Ventures1000±6 µg/mL in 5% salpeterzuur
ArgonAir LiquideGecomprimeerd
HeliumAir LiquideGecomprimeerd, ultra hoge zuiverheid
WaterstofAir LiquideGecomprimeerd, ultra hoge zuiverheid
SalpeterzuurFisher ScientificA509-P21267-70% salpeterzuur, trace metal grade. Voorzichtig: manipuleer onder afzuigkap.
ZoutzuurFisher ScientificA508-P21235% zoutzuur, trace metal grade. Voorzichtig: manipuleer onder afzuigkap.
Equipment
Wetenschappelijke voorvacuüm sterilisatorSteris31626ASV-120
CentrifugeThermo Fisher46910RC-6 Plus
SpectrofotometerShimadzu1867UV-1800
pH controllerHannaBL981411X4
Rotometer, X5DwyerRMA-151-SSVT31Y
Rotometer, X5DwyerRMA-26-SSVT35Y
Waterbad circulatorFisher Scientific13-873-45A
Compact koelmachineVWR13270-120
VriesdrogerLabconco7752020
RolplaatFisher Scientific11-100-49S
pH lab elektrodePhidgets Inc3550
Inductief gekoppelde plasma massaspectrometerAgilent Technologies7700 Series ICP-MSBevestigd aan autosampler CETAC ASX-520
FIAS 100Perkin Elmer InstrumentsB0506520
Atomaire absorptiespectrometerPerkin Elmer InstrumentsAAnalyst 800
Celverwarmer (kwarts)Perkin Elmer InstrumentsB3120397
MicrogolfovenMilestoneProgrammeerbaar, maximaal vermogen 1.200 W
MicrogolfrotorMilestoneRotor met 24-75 ml Teflon-vaten voor microgolfgeassisteerde digestie met gesloten vat.
Materialen
0.2 μm spuitfilterWhatman6713-0425
0.2 μm spuitfilterWhatman6713-1650
0.45 μm spuitfilterThermo FisherF2500-3
PolystyreenbuizenEvergreen222-2094-05017 x 100 mm met dop, 16 ml, polysteryne
Octogonale magnetische roer stavenFisher scientific14-513-60Magneten ingekapseld in PTFE fluoropolymeer

Referenties

  1. 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).
  2. Moody, J. W., McGinty, C. M., Quinn, J. C.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Trefwoorden

Kwantificering van zware metalenproductiviteit van microalgenNannochloropsis salinakweek in fotobioreactoreninductief gekoppeld plasmakoude damp atoomabsorptiebiomassaopbrengstbioremediatiepotentieelintegratie van afvalwater