Copper and Zinc Cations Sorption by Water Plants – Elodea canadensis L. and Ceratophyllum demersum L.

• Autorzy: Krems P. , Rajfur M. , Kłos A.

Identyfikatory

DOI

10.2428/ecea.2013.20(12)127

Warianty tytułu

PL

Sorpcja kationów miedzi i cynku przez rośliny wodne – Elodea canadensis L. i Ceratophyllum demersum L.

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Copper and zinc cations sorption kinetics by water plants Elodea canadensis L. and Ceratophyllum demersum L. was studied under laboratory conditions. The research was carried out under static conditions – at constant concentration and volume of the solution. The influence of the biomass preparation method on its sorption capacity was assessed. The model of pseudo-second-order reactions was applied in description of the heavy metals sorption kinetics. It was established that the dynamic equilibrium between the solution and biosorbent is achieved after approximately 50 minutes into the process, and that the applied preparation method of the plant biomass had a considerable influence on heavy metals sorption kinetics. The biomass Elodea canadensis L., dried and conditioned in demineralised water, showed the best sorption qualities. The carried out research results also show that Elodea canadensis L. and Ceratophyllum demersum L. are capable of sorbing a large part of heavy metal cations present in the solution, which allows for their use in water and effluent phytoremediation and in biomonitoring studies of aquatic ecosystems. In the experiment conditions, maximum 90 % cations of copper and 98 % of zinc were sorbed from the solution with Elodea canadensis L.

PL

Zbadano w warunkach laboratoryjnych kinetykę sorpcji kationów miedzi i cynku przez rośliny wodne: Elodea canadensis L. i Ceratophyllum demersum L. Badania prowadzono w warunkach statycznych – przy stałym stężeniu i objętości roztworu. Dokonano oceny wpływu sposobu preparowania biomasy roślinnej na jej właściwości sorpcyjne. Do opisu kinetyki sorpcji metali ciężkich wykorzystano model reakcji pseudo-drugiego rzędu. Stwierdzono, że stan równowagi dynamicznej pomiędzy roztworem a biosorbentem ustala się po około 50 minutach trwania procesu oraz, że sposób preparowania biomasy roślinnej istotnie wpływa na kinetykę sorpcji metali ciężkich. Najlepszymi właściwościami sorpcyjnymi charakteryzowała się suszona i kondycjonowana w wodzie zdemineralizowanej biomasa Elodea canadensis L. Wyniki przeprowadzonych badań wskazują również, że Elodea canadensis L. i Ceratophyllum demersum L. są w stanie zasorbować dużą część kationów metali ciężkich obecnych w roztworze, co pozwala na ich wykorzystanie w fitoremediacji wód i ścieków oraz w badaniach biomonitoringowych ekosystemów wodnych. W zadanych warunkach prowadzenia eksperymentu z roztworu, w którym umieszczono Elodea canadensis L. zasorbowano maksymalnie 90 % kationów miedzi i 98 % kationów cynku.

Słowa kluczowe

EN

water plants; heavy metals; sorption kinetics; model of pseudo-second-order reaction

PL

rośliny wodne; metale ciężkie; kinetyka sorpcji; model reakcji pseudo-drugiego rzędu

• Wydawca: Towarzystwo Chemii i Inżynierii Ekologicznej
• Czasopismo: Ecological Chemistry and Engineering. A
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 20, nr 12
• Strony: 1411--1422
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Krems P.

• Chair of Biotechnology and Molecular Biology, Opole University, ul. kard. B. Kominka 6, 45–032 Opole, Poland, phone: [phone], fax: [phone]

autor

Rajfur M.

• Chair of Biotechnology and Molecular Biology, Opole University, ul. kard. B. Kominka 6, 45–032 Opole, Poland, phone: [phone], fax: [phone]

autor

Kłos A.

• Chair of Biotechnology and Molecular Biology, Opole University, ul. kard. B. Kominka 6, 45–032 Opole, Poland, phone: [phone], fax: [phone]

Bibliografia

• [1] Staniszewski R, Szoszkiewicz J. Rośliny stanowisk wilgotnych i wodnych. Poznań: Wyd Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu; 2009.
• [2] Polanowska M. Rośliny wodne. Warszawa: Wyd Szkolne i Pedagogiczne; 1992.
• [3] Strzelec M, Spyra A, Serafiński W. Biologia wód śródlądowych: skrypt dla studentów I i II stopnia na kierunkach biologia i ochrona środowiska. Katowice: Wyd Uniwersytetu śląskiego; 2010.
• [4] Keskinkan O, Goksu MZL, Yuceer A, Basibuyuk M. Comparison of the Adsorption Capabilities of Myriophyllum spicatum and Ceratophyllum demersum for Zinc, Copper and Lead. Eng Life Sci. 2007;7(2):192-196. DOI: 10.1002/elsc.200620177.
• [5] Li G, Xue P, Yan C, Li Q. Copper biosorption by Myriophyllum spicatum: Effects of temperature and pH. Korean J Chem Eng. 2010;27(4):1239-1245. DOI: 10.1007/s11814-010-0183-x.
• [6] Yan C, Wang S, Zeng A, Jin X, Xu Q, Zhao J. Equilibrium and kinetics of copper (II) biosorption by Myriophyllum spicatum L. J Environ Sci. 2005;17(6):1025-1029.
• [7] Ngayila N, Basly J-P, Lejeune A-H, Botineau M, Baudu M. Myriophyllum alterniflorum DC., biomonitor of metal pollution and water quality. Sorption/accumulation capacities and photosynthetic pigments composition changes after copper and cadmium exposure. Sci Total Environ.2007;373:564-571. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2006.11.038.
• [8] Lesage E, Mundia C, Rousseau DPL, Van de Moortel AMK, Du Laing G, Meers E, Tack FMG, et al. Sorption of Co, Cu, Ni and Zn from industrial ef?uents by thesubmerged aquatic macrophyte Myriophyllum spicatum L. Ecol Eng. 2007;30:320-325. DOI: 10.1016/j.ecoleng.2007.04.007.
• [9] Wang TC, Weissman JC, Ramesh G, Varadarajan R, Benemann JR. Parameters for Removal of Toxic Heavy Metals by Water Milfoil (Myriophyllum spicatum). Bull Environ Contamin and Toxicol. 1996;57(5):779-786.
• [10] Keskinkan O, Goksu MZL, Yuceer A, Basibuyuk M, Forster CF. Heavy metal adsorption haracteristics of plant (Myriophyllum spicatum) Process Biochem. 2003;39:179-183.DOI: 10.1016/S0032-9592(03)00045-1.
• [11] Basile A, Sorbo S, Conte B, Cobianchi RC, Trinchella F, Capasso C, Carginale V. Toxicity, Accumulation, and Removal of Heavy Metals by Three Aquatic Macrophytes. Inter J Phytoremediat. 2012;14(4):374-387. DOI: 10.1080/15226514.2011.620653.
• [12] Axtell NR, Sternberg APK, Claussen K. Lead and nickel removal using Microspora and Lemna minor. Bioresour Technol. 2003;89(1):41-48. DOI: 10.1016/S0960-8524(03)00034-8.
• [13] Keskinkan O, Goksu MZL, Basibuyuk M, Forster CF. Heavy metal adsorption properties of a submerged aquatic plant (Ceratophyllum demersum). Bioresour Technol. 2004;92:197-200. DOI: 10.1016/j.biortech 2003.07.011.
• [14] Fritioff Ĺ, Greger M. Uptake and distribution of Zn, Cu, Cd, and Pb in an aquatic plant Potamogeton natans. Chemosphere. 2006;63(2):220-227. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2005.08.018.
• [15] Jamnická G, Hrivnák R, Ot`aheľová H, Skoršepa M, Valachovič M. Heavy metals content in aquatic plant species from some aquatic biotopes in Slovakia. Wienna: Proc 36th International Conference of IAD. Austrian Committee Danube Research/IAD. Wienna; 2006:336-370.
• [16] Munteanu V, Munteanu G. Biomonitoring of mercury pollution: A case study from the Dniester River. Ecol Indicators. 2007;7:489-496. DOI: 10.1016/j.ecolind.2006.01.002.
• [17] Fawzy MA, El-sayed Badr N, El-Khatib A, Abo-El-Kassem A. Heavy metal biomonitoring and phytoremediation potentialities of aquatic macrophytes in River Nile. Environ Monit Assess. 2012;184:1753-1771. DOI: 10.1007/s10661-011-2076-9.
• [18] Kłosowski G, Kłosowski S. Rośliny wodne i bagienne. Warszawa: MULTICO; 2001.
• [19] Szoszkiewicz K, Jusik S, Zgoła T. Klucz do oznaczania makrofitów dla potrzeb oceny stanu ekologicznego wód powierzchniowych w Polsce. Warszawa: Biblioteka Monitoringu środowiska; 2008.
• [20] Szmeja J. Przewodnik do badań roślinności wodnej. Gdańsk: Wyd Uniwersytetu Gdańskiego; 2006.
• [21] Ho YS, McKay G. Sorption of dye from aqueous solution by peat. Chem Eng J. 1998;70(2):115-124.
• [22] Klos A, Rajfur M. Influence of hydrogen cations on kinetics and equilibria of heavy-metal sorption by algae-sorption of copper cations by the alge Palmaria palmate (Linnaeus) Weber & Mohr (Rhodophyta). J Applied Phycol. 2013;25(5):1387-1394. DOI: 10.1007/s10811-012-9970-6.