Une nouvelle bio efficace

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 9168 (2023) Citer cet article

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Dans le présent article, pour la première fois, la capacité de la biosilice poreuse provenait de trois souches de diatomées marines de « Nanofrustulum spp. » à savoir. N. wachnickianum (SZCZCH193), N. shiloi (SZCZM1342), N. cf. shiloi (SZCZP1809), pour éliminer le MB des solutions aqueuses, a été étudié. La biomasse la plus élevée a été obtenue sous enrichissement en silicate pour N. wachnickianum et N. shiloi (0,98 g L−1 DW et 0,93 g L−1 DW respectivement), et sous 15 °C pour N. cf. shiloi (2,2 g L−1 DW). Les squelettes siliceux des souches ont été purifiés avec du peroxyde d'hydrogène et caractérisés par SEM, EDS, adsorption/désorption de N2, XRD, TGA et ATR-FTIR. La biosilice poreuse (20 mg DW) obtenue à partir des souches, à savoir SZCZCH193, SZCZM1342, SZCZP1809, a montré une efficacité de 77,6 %, 96,8 % et 98,1 % de l'élimination de 14 mg L−1 MB à pH 7 pendant 180 min, et l'adsorption maximale la capacité a été calculée à 8,39, 19,02 et 15,17 mg g−1, respectivement. De plus, il a été possible d'augmenter l'efficacité d'élimination du MB dans des conditions alcalines (pH = 11) jusqu'à 99,08 % pour le SZCZP1809 après 120 min. La modélisation a révélé que l'adsorption du MB suit les modèles de pseudo-premier ordre, de diffusion poreuse de Bangham et d'isotherme Sips.

Les diatomées (Bacillariophyta), représentant un groupe majeur de micro-organismes photosynthétiques, sont des microalgues eucaryotes unicellulaires qui vivent dans des parois cellulaires composées de biosilice poreuse structurée en 3D (SiO2). Ils jouent un rôle essentiel dans les cycles mondiaux du carbone et du silicium dans les océans et leur activité photosynthétique représente près d'un cinquième de la productivité primaire de la Terre1,2. Les diatomées attirent de plus en plus l’attention dans les sciences appliquées en raison de leur potentiel à produire une variété de composés bioactifs et de produits chimiques fins pour des applications industrielles : la fucoxanthine est connue pour son effet antioxydant et peut être utilisée dans les produits pharmaceutiques et cosmétiques3 ; les acides gras insaturés ont été utilisés comme compléments alimentaires4 ; les triacylglycérols (TAG) fournissent une matière première de carbone pour la conversion en biocarburants5. L’architecture poreuse naturelle des frustules de diatomées a attiré l’attention dans le domaine de l’administration de médicaments6, de la biodétection7 et de la récupération des métaux8. Les diatomées ont un énorme potentiel biotechnologique pour les processus de bioraffinage9, leur biomasse pourrait donc être utilisée de manière rentable dans la production de divers composés.

L'utilisation généralisée de divers polluants organiques, par exemple des médicaments10, des antibiotiques11, des phénols12 et des colorants13, dans l'industrie a entraîné le problème de la pollution de l'eau. Ils sont stockés comme déchets industriels puis purgés dans les plans d’eau environnementaux, transformant l’eau propre et incolore en déchets colorés contaminés. Les colorants basiques hydrosolubles sont couramment utilisés dans la coloration du papier, du polyester, de la soie, du coton et de la laine14. Cette contamination est hautement toxique et pourrait nuire aux humains, provoquant des problèmes respiratoires, des lésions oculaires et une méthémoglobinémie15,16,17. Le bleu de méthylène (MB) est connu comme colorant modèle utilisé pour évaluer la capacité d’élimination de différents matériaux et comme indicateur de la nature mésoporeuse des adsorbants18.

Actuellement, de nombreuses études ont été réalisées pour trouver une méthode efficace d’élimination du colorant vert, afin que le colorant présent dans les eaux usées puisse être récupéré. L’une des méthodes de dégradation les plus prometteuses est l’adsorption, qui donne de meilleurs résultats, pourrait être utilisée pour différents types de colorants, ne nécessite pas d’équipements très sophistiqués, est insensible aux copolluants toxiques présents dans les eaux usées et ne produit pas de substances toxiques19. Le charbon actif, l'adsorbant naturel le plus couramment utilisé, a été utilisé dans de nombreuses études et a montré une capacité d'adsorption élevée dans l'élimination du MB, bien que le coût élevé et le processus de régénération difficile aient conduit à des recherches plus approfondies pour trouver des adsorbants peu coûteux et très efficaces20. De nombreux adsorbants non conventionnels, notamment ceux à base de produits naturels, ont été proposés comme agents d'adsorption. Des capacités d’adsorption élevées ont été démontrées pour les bioadsorbants (biomasse morte et vivante de bactéries21, algues22, champignons23, plantes24 et déchets agricoles25), les zéolites26 et les diatomites27. Au meilleur de nos connaissances, seules quelques études ont été réalisées avec de la biosilice diatomée pure extraite de Punnularia sp.28 et Cyclotella sp.29, avec un accent plus marqué sur la silice diatomée dopée aux métaux30,31, la terre de diatomées27,32 et synthétisée chimiquement. silice mésoporeuse33,34. Bien que la silice synthétisée chimiquement démontre une efficacité d'adsorption élevée, certaines études suggèrent que ce matériau peut présenter une cytotoxicité, tandis que la biosilice d'origine diatomée est considérée comme un matériau non cytotoxique et pourrait donc être utilisée de manière non dommageable. Dans la présente étude, la biosilice poreuse provenant de trois souches différentes de diatomées marines du genre Nanofrustulum Round, Hallsteinsen & Paasche cultivées dans la collection de cultures de diatomées de Szczecin (SZCZ), Université de Szczecin, Institut des sciences marines et environnementales, Pologne, a été utilisée pour la caractérisé et identifié pour la première fois comme un adsorbant de MB très efficace et bon marché.