Η βιοκαταβύθιση ως μέθοδος παραγωγής νανοσωματιδίων μεταλλικών ενώσεων

Abstract

Η παρούσα διπλωματική, αποτελεί μία προκαταρκτική εργασία βασισμένη στα μέχρι σήμερα βιβλιογραφικά δεδομένα και σε προκαταρκτικά πειραματικά δεδομένα που στόχο έχει τη διερεύνησης της δυνατότητας παραγωγής νανοσωματιδίων από καθαρά διαλύματα διαλυτών ειδών μετάλλων τα οποία είναι αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασής των μετάλλων αυτών με μικροβιακή βιομάζα. Για τη διεξαγωγή της παρούσας εργασίας επιλέχθηκαν το παλλάδιο και το ζιρκόνιο, τα νανοσωματίδια των οποίων χρησιμοποιούνται σε πλήθος σημαντικών τεχνολογικών εφαρμογών, ενώ ως μικροβιακή βιομάζα χρησιμοποιήθηκε στέλεχος του φυτοπαθογενή μύκητα Fusarium oxysporum ο οποίος αναφέρεται εκτενέστατα στη βιβλιογραφία ως μικροοργανισμός που συμβάλλει στη σύνθεση νανοσωματιδίων μετάλλων και μεταλλικών οξειδίων. Μετά την ανάπτυξη της μικροβιακής βιομάζας με τη χρήση του θρεπτικού υποστρώματος Czapek Dox και την παρασκευή κατάλληλων διαλυμάτων επαφής παλλαδίου και ζιρκονίου, ακολούθησε η επαφή βιομάζας και διαλυμάτων και στη συνέχεια διαχωρίστηκε η στερεή από την υγρή φάση. Έπειτα πραγματοποιήθηκαν προσδιορισμοί και στις δύο φάσεις: με ICP-OES για την υγρή φάση και SEM-EDS και TEM για τις στερεές φάσεις. Στην περίπτωση του παλλαδίου, τα αποτελέσματα έδειξαν ότι σχηματίζονται στερεές φάσεις που συγκρατούνται από τη μικροβιακή βιομάζα σε σημαντική ποσότητα η οποία εξαρτάται από τη σύσταση του διαλύματος και κυρίως από το pH και την τιμή των χλωριόντων. Στην περίπτωση του ζιρκονίου, τα πειραματικά μας αποτελέσματα έδειξαν ότι oι στερεές φάσεις των ειδών του ζιρκονίου δεν συγκρατούνται σε σημαντική ποσότητα από τη μικροβιακή βιομάζα όπως παρατηρήθηκε ξεκάθαρα στην περίπτωση του παλλαδίου. Τα πειραματικά αποτελέσματα έδειξαν ότι η φόρτιση της μικροβιακής βιομάζας σε ζιρκόνιο είναι της τάξης των 10 mg/g ενώ τα αποτελέσματα του SEM-EDS επιβεβαίωσαν την ύπαρξη ζιρκονίου στη στερεή μικροβιακή βιομάζα. Προκαταρκτική παρατήρηση δείγματος στερεής φάσης στο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο διέλευσης μετά από την επαφή του με διάλυμα ζιρκονίου, έδειξε την παρουσία νανοσωματιδίων των οποίων θα πρέπει να διερευνηθεί η χημική σύσταση. Και για τα δύο μέταλλα θα πρέπει να επισημανθεί ότι είναι πιθανή η ύπαρξη νανοσωματιδίων και στην υγρή φάση, πράγμα το οποίο δεν μπορέσαμε να το διαπιστώσουμε πειραματικά λόγω της δυσκολίας διαχωρισμού τους από την υδατική φάση.

The present diploma thesis is a preliminary study on the potential synthesis of metal and metal oxide nanoparticles from pure solutions of soluble species of metals due to their interactions with microbial biomass. After a thorough bibliographic review, preliminary experimental data are presented and discussed. The metals palladium and zirconium were chosen since their nanoparticles have various important technological applications. The choice of the fungus Fusarium oxysporum was decided for the present experimental study because it appears in literature as a promising microbial biomass for the synthesis of metal and metal oxide nanoparticles. Czapek Dox has been selected as growth medium for the microbial biomass. Solutions of soluble palladium and zirconium species have been prepared at appropriate initial concentrations and the biomass-soluble metals species contact solutions were put in the orbital shaker for 24 hours to reach equilibrium. Following the separation of the solid from the liquid phase, determinations of the metals have been carried out by ICP-OES in the liquid phase while samples of the solid phase-biomass have been examined by SEM-EDS before and after the contacts with the metals species. Concerning palladium, the results showed the formation of solids adsorpted on the biomass. Palladium loading of the biomass seems to be dependent on pH value and chloride ions concentration. Although the biomass presented lower loading with zirconium than that observed for palladium, the results from the SEM-EDS analysis confirmed the presence of zirconium on the solid samples of microbial biomass. Furthermore, upon preliminary observation of one microbial biomass sample using the transmission electron microscope, after its contact with the zirconium solutions, our results indicate the presence of nanoparticles whose chemical composition needs to be further examined. Finally, palladium and zirconium nanoparticles may also be present in the liquid phase a hypothesis we weren’t able to verify experimentally due to the difficulty of their separation from the aqueous phase.