Biosorption of copper and zinc using waste Aspergillus niger biomass

Nonliving waste biomass consisting of Aspergillus niger attached to wheat bran was used as a biosorbent for the removal of copper and zinc from aqueous solutions. Copper and zinc uptake by the biomass obeyed Langmuir isotherms. The binding capacity of the biomass for copper was found to be higher than that for zinc. The metal uptake, expressed in milligrams per gram of biomass, was found to be a function of: the initial metal concentration (with the uptake decreasing with increasing initial concentration), the biomass loading (with the uptake decreasing with increasing biomass loading) and pH (with the uptake increasing with increasing pH in the range of 1.5 and 6.0). The metal uptake was significantly affected in the presence of a co-ion. The uptake of copper by the biomass decreased in the presence of zinc and vice versa. The decrease in metal uptake was dependent on the concentrations of metals in the two-component aqueous solutions. The effect of copper on zinc uptake was more pronounced than the effect of zinc on copper uptake.

High temperature thermoelectric properties of Zr and Hf based transition metal dichalcogenides: A first principles study

We investigate the electronic and thermal transport properties of bulk MX2 compounds (M = Zr, Hf and X = S, Se) by first-principles calculations and semi-classical Boltzmann transport theory. The band structure shows the confinement of heavy and light bands along the out of plane and in-plane directions, respectively. This results in high electrical conductivity (sigma) and large thermopower leading to a high power factor (S-2 sigma) for moderate n-type doping. The phonon dispersion demonstrates low frequency flat acoustical modes, which results in low group velocities (v(g)). Consequently, lowering the lattice thermal conductivity (kappa(latt)) below 2 W/m K. Low kappa(latt) combined with high power factor results in ZT > 0.8 for all the bulk MX2 compounds at high temperature of 1200 K. In particular, the ZT(max) of HfSe2 exceeds 1 at 1400 K. Our results show that Hf/Zr based dichalcogenides are very promising for high temperature thermoelectric application. (C) 2015 AIP Publishing LLC.

DNA Damage and Transcriptional Changes in the Gills of Mytilus galloprovincialis Exposed to Nanomolar Doses of Combined Metal Salts (Cd, Cu, Hg)

[ENG]Aiming at an integrated and mechanistic view of the early biological effects of selected metals in the marine sentinel organism Mytilus galloprovincialis, we exposed mussels for 48 hours to 50, 100 and 200 nM solutions of equimolar Cd, Cu and Hg salts and measured cytological and molecular biomarkers in parallel. Focusing on the mussel gills, first target of toxic water contaminants and actively proliferating tissue, we detected significant dose-related increases of cells with micronuclei and other nuclear abnormalities in the treated mussels, with differences in the bioconcentration of the three metals determined in the mussel flesh by atomic absorption spectrometry. Gene expression profiles, determined in the same individual gills in parallel, revealed some transcriptional changes at the 50 nM dose, and substantial increases of differentially expressed genes at the 100 and 200 nM doses, with roughly similar amounts of up- and down-regulated genes. The functional annotation of gill transcripts with consistent expression trends and significantly altered at least in one dose point disclosed the complexity of the induced cell response. The most evident transcriptional changes concerned protein synthesis and turnover, ion homeostasis, cell cycle regulation and apoptosis, and intracellular trafficking (transcript sequences denoting heat shock proteins, metal binding thioneins, sequestosome 1 and proteasome subunits, and GADD45 exemplify up-regulated genes while transcript sequences denoting actin, tubulins and the apoptosis inhibitor 1 exemplify down-regulated genes). Overall, nanomolar doses of co-occurring free metal ions have induced significant structural and functional changes in the mussel gills: the intensity of response to the stimulus measured in laboratory supports the additional validation of molecular markers of metal exposure to be used in Mussel Watch programs

Avaliação da sorção de Cu (II) e Hg (II) pela Sargassum sp modificado com epicloridrina

É crescente o aumento da preocupação do homem com a contaminação de ambientes aquáticos uma vez que da subsistência dos mesmos depende o bem estar de todos. Ao mesmo tempo em que cresce a preocupação tem aumentado a quantidade de pesquisas em busca de tecnologias alternativas ao tratamento e remediação de efluentes aquosos contaminados pelas mais diversas substâncias incluindo os metais pesados. Nas últimas décadas, tem crescido o número de trabalhos avaliando a capacidade de sorção e a viabilidade da utilização de biossorventes de baixo custo na captação de íons metálicos e um desses materiais são as biomassas de algas pardas. Dentre os vários gêneros existentes no planeta o território brasileiro é rico na macroalga do gênero Sargassum. Muito embora a composição dessas biomassas varie o principal constituinte das mesmas é o ácido algínico e seus sais alcalinos na forma de um copolímero linear, homopolimérico, com unidades do ácido manurônico, (M), (1-4)-β-D- ligado e seu epímero em C-5 nos resíduos α-L-gulurônicos, (G), respectivamente, covalentemente ligados entre si em sequencias diferenciadas ou em blocos. Os monômeros podem aparecer em blocos homopoliméricos consecutivos, resíduos G (unidades G), resíduos consecutivos M (unidades M), pequenas unidades alternadas M e G (blocos MG), ou em blocos aleatoriamente organizados. A proposta dessa dissertação é realizar a modificação do copolímero existente na biomassa com epicloridrina, avaliar e comparar a captação de íons Cu (II) e Hg (II) pela biomassa da alga Sargassum sp., com a biomassa não modificada e resultados publicados na literatura

Biossorção de vanádio pela macroalga marinha Sargassum filipendula

Muitos biossorventes naturais têm sido pesquisados por possuírem baixo custo e apresentarem propriedades ligantes, como é o caso da macroalga marinha Sargassum filipendula (S. filipendula) que vem sendo utilizada como material biossorvente no processo de biossorção de metais pesados. No presente trabalho a alga marrom foi utilizada para estudos realizados em batelada, onde se determinou o pH ideal de biossorção de vanádio, a relação sólido/líquido ideal e a importância da velocidade de agitação. O estudo cinético e de equilíbrio dos íons metálicos também foram realizados em bateladas nas seguintes condições de ensaio: (1) 0,10 g de biomassa, 25,0 mL de solução de vanádio igual a 18,0 mg L-1, temperatura 25,0 C e 150 rpm de agitação; (2) 0,10 g de biomassa, 25,0 mL de solução de vanádio igual a 36,0 mg L-1, temperatura 25,0 C e 150 rpm de agitação. A melhor condição para biossorção de vanádio foi encontrada para 36,0 mg L-1 e pH= 2,0. O estudo cinético de biossorção de vanádio mostrou que o modelo de segunda ordem descreve melhor os dados experimentais em 36,0 mg L-1 (R2= 0,9825). O estudo de equilíbrio mostrou um perfil crescente de remoção de vanádio. A melhor eficiência de captação dos íons de vanádio foi de 61,0 % para Co= 40,0 mg L-1 em pH= 2,0. Os dados experimentais da isoterma de vanádio mostraram-se mais adequados ao modelo de Langmuir para pH= 2,0, Os parâmetros de equilíbrio calculados a partir do modelo de Langmuir (b, qmax ) 0,009 e 43,3 mg/g, respectivamente, corroboram melhor para a interpretação dos resultados quando comparados com o modelo de Freundlich (kF, n) 1,56 e 2,41, visto que o coeficiente de correlação é maior para Langmuir

High energy heavy ion induced enhanced adhesion

The work described in this thesis represents an attempt to summarize to date the information collected on the process of high energy heavy ion induced enhanced adhesion. Briefly, the process involves the irradiation of materials covered by thin (≾3μm) films with high energy (E > 200 keV I nucleon) heavy ion beams (such as Fluorine or Chlorine). Enhanced adhesion has been observed on all material combinations tested, including metal on metal, metal on semiconductor, metal on dielectric and dielectric on dielectric systems. In some cases, the enhancement can be quite large, so that a film that could be wiped off a substrate quite easily before irradiation can withstand determined scrubbing afterwards.

Very little is understood yet about this adhesion mechanism, so what is presented are primarily observations about systems studied, and descriptions of the actual preparation and irradiation of samples used. Some discussion is presented about mechanisms that have been considered but rejected.

Biossorção de tório com emprego de Sargassum filipendula

Com o aumento do rigor para descarte de efluentes contaminado com metais pesados, as pesquisas têm se intensificado na busca de métodos de remoção, que tragam bons resultados de captação dos metais, aliado a um baixo custo. O uso de biomassas como bactérias, fungos e algas marinhas como material adsorvente, tem se apresentado como uma alternativa, principalmente para soluções com baixo teor de metais. Neste trabalho, a alga marinha Sargassum filipendula foi avaliada na sua capacidade de remoção do metal tório de uma solução sintética e do efluente dos laboratórios de análises ambientais do IRD. A cinética desta biossorção foi estudada em regime de batelada e o equilíbrio foi alcançado com 180 min de reação. Dois modelos cinéticos foram utilizados nesta avaliação, um de primeira ordem e um modelo de pseudo segunda ordem, tendo o modelo de segunda ordem apresentado um melhor ajuste dos dados. Na avaliação da capacidade máxima de captação do tório pela biomassa marinha em regime de batelada, foi construída a isoterma que apresentou um perfil crescente na captação alcançando um máximo de 2,59 mol/g. Os modelos de Langmuir e Freundlich foram utilizados para ajustar os dados da isoterma, tendo apresentado maior correlação com os dados o modelo de Langmuir, resultando num valor de captação máxima calculado pelo modelo de 2,92 mol/g. A capacidade de remoção do metal tório da alga Sargassum filipendula também foi avaliada em regime contínuo. Um estudo de altura crítica de leito foi realizado preenchendo-se uma coluna com diferentes massas de alga correspondendo a diferentes alturas de leito. A concentração de tório residual foi quantificada na solução de saída e a menor concentração na saída foi alcançada com 40 cm de leito ou 96 g de biomassa. Após este estudo um sistema contínuo com duas colunas, com 96 g de biomassa cada, e uma bomba peristáltica foi utilizado para o tratamento do efluente real do IRD, contendo não apenas o metal tório, mas outros metais como urânio, cálcio, cromo, ferro, chumbo, etc. Cento e cinco litros de efluente foram tratados numa concentração de 6 mg/L, a concentração do efluente de saída foi de 3,75 mg/L. A caracterização do efluente quanto aos metais presentes foi realizada em ICP-MS, os resultados demonstraram que não houve competição pelos sítios ligantes da biomassa entre o tório e os demais metais. Além disso, alguns metais como cálcio, ferro e magnésio, tiveram um aumento na concentração de saída indicando a presença do mecanismo de troca iônica na biossorção do tório por Sargassum filipendula

Efeito da temperatura de incubação na cinética e no equilíbrio da biossorção do cádmio por Sargassum filipendula

O uso de biomassas para biossorção de metais pesados é bem documentado na literatura e vários tipos de espécies de microrganismos e algas já foram testados. A maior parte destes trabalhos foi realizada com biomassa seca para prevenir qualquer resposta metabólica indesejável. Vários estudos na literatura sugerem o uso de biomassa seca sobre condições moderadas, tais como secagem ao sol; por outro lado, vários trabalhos recomendam a faixa de 313K a 353K para garantir completa inativação da biomassa. O efeito da biomassa seca ao sol a 303K e seca a 333K em estufa na remoção de Cd2+ é aqui reportado. A avaliação dos resultados foi baseada na cinética e capacidade de remoção do metal pela alga Sargassum filipendula. Os resultados indicam que a adsorção máxima de metal não foi notadamente reduzida quando a biomassa seca em estufa foi usada, para concentrações de cádmio na faixa de 10,0 a 500,0 mg L-1. O estudo cinético realizado indicou que o modelo de pseudo segunda ordem ajustou melhor os dados experimentais, tanto para uma solução diluída (10 mg L-1) quanto para a concentrada (100 mg L-1). Em ambos os casos, os efeitos da secagem em estufa, a 60C refletiu-se suavemente na remoção do metal. Os dados experimentais foram melhor ajustados pelo modelo de Langmuir em comparação com o modelo de Freundlich. Análises termogravimétricas mostraram que não havia dano estrutural no biossorvente devido à secagem em estufa. O espectro de infravermelho não indicou diferença entre a biomassa in natura e seca. O efeito da temperatura na biossorção do metal significativo na faixa de 303K a 328K, refletindo-se na capacidade de remoção do cádmio

Selected trace metal concentration in bottom water and sediments of Kyoga basin lakes, and its potential to aquatic pollution

Although other research studies on areas such as the physical-chemical, nutrients and phytoplankton status of Lake Kyoga systems have been given a lot of attention (e.g. Mungoma 1988 and NaFIRRI 2006), efforts to determine the pollution status of this system, especially by heavy metals as one of the worldwide emerging environmental problems, is still limited. Many trace metals are regarded as serious pollutants of aquatic ecosystems because of their persistence, toxicity and ability to be incorporated into food chains (Mwamburi J., and Nathan O.F., 1997). Given the rapid human population growth and the associated economic activities both within the rural and urban areas in Uganda, such fish production systems are becoming very prone to various kinds of pollution including that by heavy metals. Anthropogenic factors such deforestation, use of chemicals and dumping of metallic products, spillages of fuels from outboard engines and many others and or natural processes involving atmospheric deposition by wind or rain, surface run-offs and streams flows from the catchment introduces heavy metals into the lake environment,.

Acute toxicity of four heavy metals to Sphaeroma walkeri and Ciroiana bovina (Crustacea:Isopoda)

The median lethal concentrations (LC50) of two Isopoda species exposed to each tested metal (Cu. Co, Cd and Zn) in static tests for different exposure periods are quite variable depending on the tested metal The LC50 values for Sphaeroma walkeri after 24 hours exposure to Cu and Co were estimated graphically to be 11.20 and 7.00 mg/1 respectively. The correspoding values for Cirolana bovina exposed to Cu, Co, Cd and Zn were 3.60, 11.0, 3.80 and 4.80 mg/1 respectively. For 2 days the LC50 of S. walkeri exposed to Cd was 5.60 mg/l, but it was 10.10 mg/l for 3 days exposure to Zn. After prolonged exposure the LC50 values decreased proportionally with the exposure duration of the test the percentages of surviving animals demonstrated a progressive decrease with increasing concentratins as a main factor from the analysis of variance (ANOV A). The sensitivity of adult S. walkeri exposed to the four heavy metals for different exposure times ranked: Cd>Co>Zn>Cu. Cirolana bovina appeared to be more sensitive to Cu. Cd and Zn than to Co. Species in order of increasing sensitivity is C. bovina more than S. walker.

Distribution of heavy metals in the northern shrimp Pandalus borealis from the Oslofjord

Studies on the distribution of heavy metals like copper, cadmium, zinc, lead and mercury in deep sea prawns Pandalus borealis in the Oslofjord region showed that those collected from inner and middle fjord contained higher levels of heavy metals than those from the outer fjord. Their content in the edible portions, viz., tail muscle, was less compared to other organs. In terms of metal concentration copper and zinc are present in significant quantities in Pandalus borealis.

Rate of filtration by Perna viridis pre-exposed to heavy metals

Perna viridis exposed to different concentrations of copper and zinc for varying periods and then the rate of filtration estimated under metal free culture conditions. The concentrations under which the animals were maintained before the experiments were 0.025 to 0.150 p.p.m. of zinc and 0.005 to 0.08 p.p.m. of copper.

Efficiency of constructed wetlands in decontamination of water polluted by heavy metals

A twin-shaped constructed wetland (CW) comprising a vertical flow (inflow) chamber with Cyperus alternifolius followed by a reverse-vertical flow (outflow) chamber with Villarsia exaltata was assessed for decontamination of artificial wastewater polluted by heavy metals. After application of Cd, Cu, Pb, Zn over 150 days, together with Al and Mn during the final 114 days, no heavy metals with the exception of Mn could be detected in either the drainage zone at the bottom, shared by both chambers, or in the effluent. The inflow chamber was, therefore, seen to be predominantly responsible for the decontamination process of more toxic metal species with final concentrations far below WHO drinking-water standards. About one-third of the applied Cu and Mn was absorbed, predominantly by lateral roots of C. alternifolius. Lower accumulation levels were observed for Zn (5%), Cd (6%), Al (13%). and Pb (14%). Contents of Cd, Cu, Mn, and Zn in soil were highest in top layer, while Al and Pb were evenly distributed through the whole soil column. Metal species accumulating mainly in the top layer can be removed mechanically. A vertical flow CW with C. alternifolius is an effective tool in phytoremediation for treatment of water polluted with heavy metals. (C) 2002 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Photoluminescence properties of tensile-strained GaAsP/GaInP single quantum wells grown by metal organic chemical vapor deposition

Tensile-strained GaAsP/GaInP single quantum well (QW) laser diode (I-D) structures have been grown by low-pressure metal organic chemical vapor deposition (LP-MOCVD) and related photoluminescence (PL) properties have been investigated in detail. The samples have the same well thickness of 16 nm but different P compositions in a GaAsP QW. Two peaks in room temperature (RT) PL spectra are observed for samples with a composition larger than 0.10. Temperature and excitation-power-dependent PL spectra have been measured for a sample with it P composition of 0.15. It is found that the two peaks have a 35 meV energy separation independent of temperature and only the low-energy peak exists below 85 K. Additionally, both peak intensities exhibit a monotonous increase as excitation power increases. Analyses indicate that the two peaks arise from the intrinsic-exciton recombination mechanisms of electron-heavy hole (e-hh) and electron-light hole (e-hh). A theoretical calculation based oil model-solid theory, taking, into account the spin-orbit splitting energy, shows good agreement with our experimental results. The temperature dependence of PL intensity ratio is well explained using the spontaneous emission theory for e-hh and e-hh transitions. front which the ratio can be characterized mainly by the energy separation between the fill and Ill states.

X-ray spectra induced by Xe-129(q+) impacting the metal surface

Using the slow highly charged ions Xe-129(q+) (q = 25, 26, 27; initial kinetic T-0 <= 4.65 keV/a.u.) to impact Au surface, the Au atomic M alpha characteristic X-ray spectrum is induced. The result shows that as long as the charge state of projectile is high enough, the heavy atomic characteristic X-ray can be effectively excited even though the incident beam is very weak (nA magnitude), and the X-ray yield per ion is in the order of 10(-8) and increases with the kinetic energy and potential energy of projectile. By measuring the Au M alpha-X-ray spectra, Au atomic N-level lifetime is estimated at about 1.33x10(-18) s based on Heisenberg uncertainty relation.