Nghiên cứu sự biến động trong khoang anot

Một phần của tài liệu Luận văn thạc sĩ nghiên cứu tổng hợp vật liệu cds nano bằng hệ thống điện sinh học nhằm tái thu hồi kim loại nặng (Trang 35 - 39)

4.2.1. Sự thay đổi về mật độ tế bào trong khoang Anot

Mật độ vi khuẩn trong khoang điện cực âm của cả 3 hệ BES – catot kị khí (BES1), BES - catot hiếu khí có khuấy từ ở 250 vòng/phút (BES2) và BES catot- kị khí nối pin (BES3) được trình bày ở Hình 4.3 . Nhìn chung mật độ vi khuẩn trong môi trường anot giảm trong suốt thời gian thí nghiệm. Riêng đối với hệ BES1, mật độ vi khuẩn giảm khá nhanh trong 2 ngày đầu thí nghiệm so với các hệ BES còn lại. Sau 6 ngày thí nghiệm, mật độ vi khuẩn trong 2 hệ BES1 và BES3 đã giảm đi nhiều, lần lượt từ 0.14 và 0.026 giảm xuống còn 0.078 và 0.01;

tuy nhiên mật độ vi khuẩn trong hệ BES2 giảm không đáng kể từ 0.033 xuống 0.028. Trong khi đó các hệ BES đối chứng không có sự tăng

đáng kể về OD. Kết quả theo dõi ảnh hưởng của nồng độ oxi hòa tan đối với sự tăng trưởng của chủng vi khuẩn điện hóa Shewanella sp. HN41 trong dung dịch ion Se (IV) đối với sự tạo thành hạt Se nano (Ji-Hoon Lee et al., 2007a) cũng có kết quả tương tự. Mật độ tế bào trong điều kiện kị khí giảm nhanh sau 10 ngày thí nghiệm.

Hình 4.3. Mật độ vi khuẩn trong khoang cực âm của các hệ thống BES1, BES2, BES3 và BES ĐC trong 6 ngày thí nghiệm

Kết thúc thí nghiệm khi tháo bỏ hệ BES, chúng tôi nhận thấy có lớp màng sinh học hình thành trên vách ngăn ngăn cách khoang anot với môi trường bên ngoài (Hình 4.4). Như vậy, vi khuẩn có thể tăng sinh và hình thành lớp màng sinh học trên vách ngăn chứ không di chuyển trong môi trường nuôi, điều này giải thích tại sao OD hầu như không tăng đối với các hệ BES4 và BES5 (Hình 4.5), dù các hệ vẫn được bổ sung cơ chất lactat hàng tuần.

A B

Hình 4.4. Màng sinh học do vi khuẩn Shewanella sp. HN-41 hình thành trên vách ngăn cao su của (A) hệ thống BES4, (B) hệ thống BES5 sau khi kết thúc

thí nghiệm

Hình 4.5. Mật độ vi khuẩn trong khoang cực âm của các hệ thống BES4 và BES5 trong 14 ngày thí nghiệm

4.2.2. Tốc độ tiêu thụ lactat trong khoang Anot

Sự biến thiên nồng độ lactate tại anot trong các hệ BES1, BES2 và BES3 được trình bày trong Hình 4.6 . Có thể thấy rõ ràng rằng, với cả 3 hệ BES sử dụng vi khuẩn Shewanella sp. HN-41, nồng độ lactate tại anot giảm đều đặn và bị phân hủy hoàn toàn sau 6 ngày thí nghiệm. Trong khi đó, nồng độ lactat tại anot trong thí nghiệm đối chứng (không có vi khuẩn) hầu như không biến đổi trong

suốt thời gian thí nghiệm. Điều này chứng tỏ lactat tại anot đã bị phân hủy yếm khí hoàn toàn bởi Shewanella sp. HN-41. Bên cạnh đó, hàm lượng lactat trong BES1 giảm nhanh hơn so với các hệ còn lại có thể do mật độ vi khuẩn ban đầu trong hệ BES1 cao hơn, mà hiệu suất khử lactat trong hệ BES ở những ngày đầu cũng cao hơn so với hệ BES2 và BES3.

Hình 4.6. Sự thay đổi hàm lượng lactat trong khoang điện cực âm trong 6 ngày thí nghiệm

Lactat là một chất nền quan trọng vừa cung cấp năng lượng cho vi khuẩn sử dụng vừa là chất cho điện tử trong BES. Tại khoang anot, vi khuẩn Shewanella sp. HN-41 sử dụng lactat cho quá trình hô hấp kị khí, phản ứng phân hủy lactat xảy ra theo phương trình (Gajda et al., 2017):

CH3CH2OCOO- + H2O CH3COO- + CO2 + 4e- + 4H+

Điện tử sinh ra sau đó được vận chuyển trực tiếp từ màng ngoài của vi khuẩn đến điện cực, theo thế chênh lệch oxy hóa khử dẫn ra ngoài để đến catot.

4.2.3. Sự thay đổi pH trong khoang Anot

Quá trình ôxi hoá lactat trong khoang điện cực âm sản sinh proton H+, điều này giải thích cho sự suy giảm pH trong môi trường anot (Hình 4.7). pH của môi trường ban đầu trong các khoang anot do sử dụng đệm HEPES dao động trong khoảng 7,6-7,7 đã giảm xuống và ổn định ở pH 7,4.

A B

Hình 4.7. Sự thay đổi pH trong khoang anot của các hệ BES, (A) các hệ thống BES ĐC, 1, 2 và 3; (B) BES4 và BES5

Như vậy, ở trong khoang điện cực âm đã có hiện tượng pH môi trường giảm do proton H+ được sinh ra trong quá trình hô hấp kị khí của vi khuẩn. Theo Yong et al. (2003), khả năng sinh trưởng của vi khuẩn Shewanella trong các hệ thống BES với pH thay đổi từ pH 6-9 không có sự thay đổi đáng kể. Tuy nhiên, cơ chất lactat bị tiêu thụ hết sau 6 ngày thí nghiệm, đã được bổ sung hàng tuần, tuy vậy mật độ OD vi khuẩn vẫn giảm nhẹ trong các tuần thí nghiệm tiếp theo.

Nguyên nhân là do vi khuẩn tăng sinh hình thành lớp màng sinh học trên vách ngăn cao su (ngăn cách khoang anot với môi trường bên ngoài) nhưng không di chuyển vào môi trường.

Một phần của tài liệu Luận văn thạc sĩ nghiên cứu tổng hợp vật liệu cds nano bằng hệ thống điện sinh học nhằm tái thu hồi kim loại nặng (Trang 35 - 39)

Tải bản đầy đủ (DOCX)

(54 trang)
w