CIKLODEXTRINEK ALKALMAZÁSA SZERVES SZENNYEZŐANYAGOK BIODEGRADÁLHATÓSÁGÁNAK

JELLEMZÉSÉRE

Kánnai PiroskaTémavezető: Dr. Fenyvesi Éva

Konzulens: Dr. Torkos Kornél

Biológiailag elérhető(lassan deszorbeálódó)

Biológiailag hozzáférhető(a vizes fázisban oldott vagy könnyen deszorbeálódó)

Biológiailag nem elérhetőNem deszorbeálódó

A szennyezőanyagok kockázatát a biológiai hozzáférhetőségük határozza meg

Összes szennyezőanyag a talajban

Kémiailag extrahálható mennyiség

Biológiailag hozzáférhető

mennyiség

A szennyezőanyagok hozzáférhetősége

Meghatározó tényezők:

•Vegyület transzportja

•Bejutása a sejtbe

•Szennyezettség kora

Kitűzött céljaim:• A biológiai hozzáférhetőség és a mikrobiológiai

lebontás folyamatainak modellezése egyszerű kémiai extrakciós lépésekkel

• A lassú és költséges biotesztek kiváltása• PAH-vegyületek biodegradálhatóságának becslésére

javasolt ciklodextrines extrakciós módszer kipróbálása keverék-szennyezőanyagokra: dízelolajra, transzformátorolajra és pakurára

• Összefüggéskeresés a biológiai és a kémiai vizsgálatok eredményei között

A ciklodextrinekről (CD)

komplexvendégmolekula

+

gazdamolekula komplexkomplexvendégmolekula

+

gazdamolekula

HPCD: hidroxipropilezett CDRAMEB: random metilezett CD

Transzformátorállomás

Alkalmazott módszereim

Biológiai módszerek a talajmikroflóra és a talajaktivitás

jellemzésére:

Biodegradációs tesztek:

• Zárt palack tesztZárt palack teszt

• Átlevegőztetett rendszer

SzénhidrogénbontóSzénhidrogénbontó- és aerob heterotróf sejtszám sejtszám

meghatározásameghatározása

Ökotoxikológiai teszt

Kémiai extrakciós eljárások:

Kimerítő:

• Hexán-aceton 2:1

Nem kimerítő:

• RAMEB ill. RAMEB ill.

HPBCD HPBCD

10%-os vizes 10%-os vizes

oldataoldata

Ökotoxikológiai tesztek

Folsomia candida (Collembola): Akut, egy fajt alkalmazó teszt

A mikrobiális tevékenység hatására nő a szennyezőanyagok hozzáférhetősége (feltáródás) és megindul a lebomlás. Az előbbi a toxicitás növekedését, az utóbbi csökkenését okozza.

Minta Jellemzés

Kiindulási

Kontroll nem toxikus

Dízel nagyon toxikus

Transzformátorolaj toxikus

Pakura nagyon toxikus

A kísérlet végén

Kontroll nem toxikus

Dízel nagyon toxikus

Transzformátorolaj toxikus

Pakura toxikus

Biodegradációs tesztZárt palack teszt

O2 fogyasztást és ezzel nyomáscsökkenést mértem

5 napon keresztül

Megállapítható: Toxikus hatású-e a szennyezőanyag,

Gátolja-e a mikrobák működését,Adaptálódott-e a mikroflóra, és aktívan működik-e,

Aktiválható-e a mikroflóra,Ha aktiválható, akkor milyen technológiai paraméterek

szükségesek az optimális működéshez

Biodegradációs teszt eredményei

Nyomáscsökkenés az 5 napos zárt palack teszt során

A dízelolaj sokkal gyorsabban és könnyebben bontható a nagyobb mólsúlyú komponenseknél

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

-180

-160

-140

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

20induláskor

p /

102 P

a

t / min

kontroll dízel trafó

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000-160

-140

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

20 6 hét után

p /

102 P

a

t / min

kontroll dízel trafó

Olajbontó sejtek számának meghatározása

MintaSzénhidrogénbontó

sejtszám*103 sejt/g talaj

KiindulásiKontroll 43Dízelolajjal szennyezett 15000

Transzformátorolajjal szennyezett 210210

2. hétKontroll 21Dízelolajjal szennyezett 4300Transzformátorolajjal szennyezett 150150

4. hétKontroll 2,1

Dízelolajjal szennyezett 1500Transzformátorolajjal szennyezett 1515

6. hétKontroll 9,3Dízelolajjal szennyezett 930Transzformátorolajjal szennyezett 2323

Extrakciós eljárások

MódszerMódszer• Ultrahang• Ülepítés• Vizes oldatok esetén szilárd

fázisú extrakcióval vízmentesítés, elúció hexán-aceton 2:1 eleggyel

• Gázkromatográfia Gázkromatográf: Shimadzu GC-17ADetektor: Lángionizációs detektor (FID)Mintaadagoló: Shimadzu AOC-5000 automata mintaadagolóInjektor: Split-splitlessGázok:Vivőgáz: Hélium (99,999 %)Segédgázok: Nitrogén (99,999 %)

Szintetikus levegő (99,999 %)Hidrogén (Whatman Hidrogén

generátorból)Oszlop: BP1 (13m x 0,2mm x 0,11mm)Hőfokprogram: A kolonnát 50 C-on tartjuk 3 percig, majd

315C-ra fűtjük 10 C/min-es felfűtési sebességgel, 12 percig tartjuk

Injektor hőmérséklete: 325CDetektor hőmérséklete: 325CSplit/splitless: Splitless, 0,5 minLineáris áramlási sebesség: 14 cm/secInjektált térfogat:2 l

A vizsgált talajminták gázkromatografálható szénhidrogén tartalma (EPH)

és gravimetriásan mérhető szénhidrogén tartalma (SEM)

Ciklodextrines extrakció- eredmények

A biodegradáció 2. hetében megnövekedett a RAMEB-oldattal

kiextrahálható szénhidrogén-tartalom

REH: RAMEB-oldattal extrahálható szénhidrogén-tartalom

HEH: HPBCD-oldattal extrahálható szénhidrogén-tartalom

A HEH folyamatosan csökken a kísérlet során

Kromatogramok minőségi értékelése

Hexán-aceton 2:1 eleggyel

RAMEB -oldattal HPBCD -oldattal

Minutes6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32

mV

olts

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100FID2_1trafo1_1001_HA2_1trafo1_1001_HA 20071123.met

FID2_4trafo1_1120_HA2_4trafo1_1120_HA 20071123.met

Minutes6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32

mV

olts

0

20

40

60

80

100

120

FID2_1trafo1_1002_RAM2_1trafo1_1002_RAM 20071123.met

FID2_4trafo1_1115_RAM2_4trafo1_1115_RAM 20071123.met

Kiindulási

6 hét után

Kiindulási

6 hét után

Minutes6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32

mV

olts

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55FIDi_trafo_HP1_1001i_trafo_HP1_1001 20080228.met

FIDi_trafo_HP1_1107i_trafo_HP1_1107 20080228.met

Kiindulási

6 hét után

A kémiailag kinyerhető össz-szénhidrogén mennyisége fogy a kísérlet során

A CD-k a kisebb C-atomszámú komponenseket extrahálják jobban

A RAMEB -oldat számára kedvezőbb komponensek táródnak fel

A HPBCD-oldat szelektívebb extrahálószer

600

540

480

420

360

300

240

180

120

60

0

A transzformátorolajjal szennyezett talajban

mért kémiai és biológiai paraméterek

EPH REH HEH SEM OlajbontóTalajlégzés

Zárt palack

Talajlégzés

oszlopreaktor

EPH 1,0000

p= ---

REH -0,0177 1,0000

p=0,982 p= ---

HEH 0,8617 0,4913 1,0000

p=0,138 p=0,509 p= ---

SEM 0,9868 -0,0378 0,8354 1,0000

p=0,013 p=0,962 p=0,165 p= ---

Olajbontó 0,9018 0,3431 0,9659 0,8440 1,0000

p=0,098 p=0,657 p=0,034 p=0,156 p= ---

Talajlégzés - zárt palack

0,7109 0,6808 0,9606 0,7062 0,8620 1,0000

p=0,289 p=0,319 p=0,039 p=0,294 p=0,138 p= ---

Talajlégzés - oszlopreaktor

-0,4428 -0,6827 -0,7152 -0,5148 -0,5100 -0,8607 1,0000

p=0,557 p=0,317 p=0,285 p=0,485 p=0,490 p=0,139 p= ---

Összefoglalás• A biológiai hozzáférhetőség becslésére nem kimerítő

extrakciót alkalmaztam• Kimutattam, hogy a CD-k a kisebb C-atomszámú

komponenseket extrahálják jobban, különösen a HPBCD• Eredményeit összevetettem a biológiai tesztekével• Megállapítottam:

– a HPBCD -oldatos extrakció alapján becsülhető a biológiailag elérhető szennyezőanyag-frakció

– Alkalmas a folyamatok követésére: nőtt a hozzáférhető szennyezőanyag koncentrációja, megindult a mikrobiológiai lebontás a kezelések hatására

KÖSZÖNÖM A FIGYELMET!

Dr. Fenyvesi Éva (CycloLab Kft.)

Dr. Torkos Kornél (ELTE)

Balogh Klára (CycloLab Kft.)

Dr. Molnár Mónika (BME)

Dr. Szente Lajos (CycloLab Kft.)

Dr. Gruiz Katalin (BME)

Dr. Záray Gyula (ELTE)