Ионы меди: Ионы меди – Справочник химика 21

alexxlab | 16.01.1986 | 0 | Разное

Содержание

Ионы меди – Справочник химика 21

    Если к раствору сульфата меди приливать раствор аммиака, то выпадает голубой осадок основной соли, который легко растворяется в избытке аммиака, окрашивая жидкость в интенсивный синий цвет. Прибавление щелочи к полученному раствору не вызывает образования осадка гидроксида меди Си (ОН) 2 следовательно, в этом растворе так мало ионов Си +, что даже при большом количестве ионов 0Н не достигается произведение растворимости Си(0Н)2. Отсюда можно заключить, что ионы меди вступают во взаимодействие с прибавленным аммиаком и образуют какие-то новые ионы, которые не дают нерастворимого соединения с ионами ОН-. В то же время ионы остаются неизмененными, так как прибавление к аммиачному раствору хлорида бария тотчас же вызывает образование осадка сульфата бария (характерная реакция на ион 50Г). [c.574]
    Окислитель — ион меди — принимает электроны. Уравнение этой полуреакции имеет вид  
[c.273]

    Эго уравнение выражает процесс гидролиза иона меди. Таким образом, гидролиз катионов в водных растворах можно рассматривать как кислотную диссоциацию воды в аквакомплексах. [c.604]

    Левый электрод — отрицательный полюс элемента — обратим ио отношению к ионам цинка, а правый — положительный полюс элемента—по отношению к ионам меди. Э д. с. элемента Даниэля —Якоби зависит поэтому от отношения активностей ионов меди и цинка  [c.203]

    Одной из полезных областей применения ряда активности металлов является предсказание того, произойдет ли та или иная реакция. Например, при работе в лаборатории вы нашли, что металлический цинк активнее меди и будет взаимодействовать с ионами меди, находящимися ) растворе. Цинк, однако, не реагирует с растворенными ионами магния, и, следовательно, цинк менее активен, чем магний. В целом, более реакционноспособный металл будет вытеснять менее реакционноспособный из епз соединений. 

[c.150]

    ЧИСТОЙ меди. Через раствор пропускают ток в таком направлении, чтобы слиток играл роль анода, а чистая медная проволока-роль катода. Слиток постепенно растворяется, и ионы меди осаждаются в виде очень чистого металла на катоде, а примеси опускаются на дно бака под анодом. [c.172]

    На медном электроде протекает восстановление ионон меди. Электроны, приходя-щке сюда от цинкового электрода, соединяются с выходящими из раствора дегидратирующимися ионами меди образуются атомы меди, выделяющиеся в виде металла. Соответствующее электрохимическое уравнение имеет вид  [c.274]

    Работа электрического тока выражается произведением количества прошедшего по цепи электричества на напряжение. В медно-цинковом элементе при окислении одного эквивалента цинка и одновременном восстановлении одного эквивалента ионов меди по цепи пройдет один фарадей (/ ==96 485 кулонов ) электричества. [c.275]

    Для этого предельного случая полезная работа, производимая электрическим током в медно-цинковом элементе при взаимодействии одного эквивалента цинка с одним эквивалентом ионов меди, выразится уравнением [c.276]

    При замыкании внешней цепи электроны перемещаются от цинкового электрода к медному. Поэтому равновесия на фазовых границах нарушаются происходит направленный переход ионов цинка из металла в раствор, ионов меди — из раствора в металл, электронов — от цинка к меди протекает окислительно-восстановительная реакция. [c.278]


    Цинк-медная батарея собрана при стандартных условиях, так что все входящие в нее вещества имеют единичные активности. Исходное напряжение этой батареи равно 1,10 В. По мере использования батареи концентрация ионов меди постепенно понижается, а концентрация ионов цинка повышается. Основываясь на принципе Ле Шателье, предскажите, будет ли повышаться или понижаться напряжение батареи. Каково отношение Q концентраций ионов цинка и меди при напряжении батареи 1,00 В  
[c.201]

    Описанный выше элемент, действуюший благодаря разности давлений, является примером концентрационных элементов он способен создавать но внешней цепи электронный ток вследствие того, что концентрация газообразного Н2 в двух сосудах с электродами различна. Можно построить аналогичный концентрационный элемент, используя медные электроды и растворы Си804. Если привести в соприкосновение два раствора сульфата меди различной концентрации, они самопроизвольно смешаются друг с другом (рис. 19-3, а). Можно использовать эту самопроизвольную реакцию, чтобы построить элемент, подобный изображенному на рис. 19-3,6. В левом сосуде с разбавленным раствором медный электрод медленно подвергается эрозии по мере того, как медь, окисляясь, образует новые ионы Си . Следовательно, левый электрод является анодом и на нем накапливается избыток электронов. В правом сосуде с раствором высокой концентрации ионов Си часть ионов меди будет восстанавливаться и образующаяся медь осаждается на медном катоде. Если соединить два электрода, электроны протекут по проволоке слева направо, а сульфатные ионы будут диффундировать справа налево, чтобы поддерживалась электрическая нейтральность раствора. Разбавленный раствор в левом сосуде становится более концентрированным по Си304, а концентрированный раствор в правом сосуде становится более разбавленным, подобно тому как это происходило при свободном смешивании растворов. Когда концентрации растворов в двух отделениях прибора становятся равными, электронный ток прекращается. 

[c.162]

    Вариант решения. 0,05 г ионов меди содержится в [c.7]

    ТО нетрудно сообразить, что заряд иона меди вдвое больше заряда иона серебра. В табл. 1-9 указано число фарадеев заряда, необходимое для высвобождения 1 моля различных элементов, или, что то же самое,-число зарядов (положительных или отрицательных) на ионах каждого из этих элементов. 

[c.47]

    Электроны, образующиеся в левом отделении, протекают во внешней цепи в правое отделение, где они вступают в реакцию с ионами меди. Раствор в левом отделении постепенно становится более концентрированным, а в правом отделении – более разбавленным. Когда концентрации растворов выравниваются, электронный ток прекращается. [c.163]

    Если кусок не очень чистого цинка погрузить в раствор сульфата меди, он постепенно покрывается ямками и растворяется. В то же время медь будет осаждаться на поверхности цинка, образуя губчатое коричневое покрытие, а характерная голубая окраска раствора сульфата меди постепенно поблекнет. Цинк самопроизвольно замещает ионы меди в растворе реакция протекает по уравнению [c.164]

    Если разъединить эти два вещества в простом по устройству элементе, изображенном на рис. 19-4, а, то можно получать полезную работу. Цинк самопроизвольно окисляется на аноде (слева), а ионы меди восстанавливаются в металл, который осаждается на катоде. Электроны протекают во внешней цепи от анода к катоду, и при 1 М концентрации обоих растворов между электродами возникает разность потенциалов 1,10 В. Анионы диффундируют через пористую перегородку справа налево, чтобы поддерживалась электрическая нейтральность раствора. 

[c.164]

    Следовательно, если с раствором сочи меди контактирует достаточное количество металлическог о железа, то процессы растворения железа и осаждения меди будут продолжаться до тех пор, пока отношение активностей их ионов не начнет удовлетворять уравнению (8.12). Это уравнение показывает, что при активности ионов Ре + равной единице, активность ионов меди составляет 10 , т. е. раствор практически полностью освоболсден от ионов Си2+. [c.183]

    СиЗО (р) + 2п (к) = Си (к) + 2п504 (р), ДО да = — 212 кДж/моль электроны от атомов цинка переходят к ионам меди  

[c.214]

    Каталитическое действие ионов металлов на окисление масла подавляется соединениями другой группы антиокислительных присадок – деактиваторами металлов (metal dea tivators). В качестве деактиваторов применяются органические соединения (эти-лендиамины, органические кислоты), связывающие ионы металлов в неактивные комплексы. В последнее время в зарубежной литературе появились данные, что небольшое количество ионов меди в моторных маслах наоборот, является эффективным антиоксидантом и специально вводится в некоторые сорта масел. Этот момент следует учитывать при анализе работающих или отработанных моторных масел. [c.32]

    Решение. Определим концентрацию ионов меди у медного элект юда и цинка у цинкового электрода (мол. вес СиЗО 159,6 мол. вес 2п504 = 161,5)  [c.255]


    Любая гальваническая цйяь в целом никогда не находится 1) равновесии. В необратимом элементе обычно возможно протекание химической реакции и при разомкнутой внешней цепи (реакция 2п + Н2504 в элементе Вольта). Но и обратимая (в указанном выше смысле) цепь в целом далека от термодинамического равновесия. Если такую цепь замкнуть на конечное сопротивление и предоставить самой себе, то во внешней цепи возникает электрический ток измеримой силы, т. е. цепь совершает работу, необратимо приближаясь к равновесию. Разомкнутая цепь только временно сохраняется почти неизменной. Например, в разомкнутом элементе Даниэля — Якоби происходит диффузия ионов Си2+ через раствор к цинковому электроду при соприкосновении цинкового электрода с ионами меди происходит необратимая (без совершения работы) реакция вытеснения ионов Сц2+ из раствора металлическим цинком, т. е. та же реакция, которая служит источником тока при работе с лемента. 
[c.519]

    При соприкосновении проводника первого рода с электролитом на границе электрод — раствор возникает двойной электрический слой. В качестве примера рассмотрим медный электрод, погруженный в раствор Си304. Химический потенциал ионов меди в металле при данной температуре можно считать постоянным, тогда как химический потенциал ионов меди в растворе зависит от концентрации соли. Таким образом, в общем случае эти химические потенциалы неодинаковы. Пусть концентрация СиЗО такова, что химический потенциал ионов меди в растворе больше химического потенциала этих ионов в металле. Тогда при погружении металла в раствор часть ионов из раствора дегидратируется и перейдет на металл, создав на нем положительный заряд. Этот заряд будет препятствовать дальнейшему переходу ионов Сц2+ из раствора на металл и приведет к образованию вблизи электрода слоя притянутых к нему анионов 504 (рис. XX, 1а). Установится так называемое электрохимическое равновесие, при котором химические потенциалы ионов в металле и в растворе будут отличаться на величину разности потенциалов образующегося при этом двойного электрического слоя  

[c.531]

    Пусть концентрация Са504 настолько мала, что химический потенциал ионов меди в растворе меньше, чем химический потенциал этих ионов в металле. Б этом случае при погружении [c.531]

    Таким образом, при крайне малых и неконтролируемых концентрациях ионов меди /71си2+металлическая медь должна вытеснять Н+ из раствора, однако реакция прекратится при достижении указанной предельной концентрации .  [c.552]

    Ясно, что при взаимодействии одного моля атомов цинка с одиим молем ионов меди уравнение примет вид  [c.276]

    При этом изменение энергии Гиббса ДС , которое отвечает тер моДинамически обратимому восстановлению одного моля ионо меДи, равно [c.280]

    Комплексные соединения меди. Характерное свойство двухзарядных ионов меди — их способность соединяться с мо леку 1ами аммиака с образованием комплексных ионов. [c.574]

    Исследованиями установлено, что темно-синяя окраска амми 1ЧНОГО раствора обусловлена присутствием в нем сложных ионов Си (N1-13) 4]°+, образовавшихся путем присоединения н иону меди 1етырех молекул аммиака. Прн испарении воды ионы [ u(NHз)4f+. вязываются с ионами и из раствора выделяются темно- [c.575]

    Аналогично ведут себя в поле катионов некоторых переходных металлов и другие полярные или легко поляризующиеся молекулы, способные проявлять протондонорные свойства — Н2О, Nh30И, органические амины. Выступая в качестве лигандов, они способны к отн еплепию протона в водных растворах и с точки зрения протонной теории кислот и оснований (стр. 245) ведут себя как кислоты. Например, взаимодействие гидратированного иона меди с водой следует записать так  [c.604]

    Пример 3. В каком количестве воды следует растворить 50 г uSO, SHjO, чтобы каждый грамм полученного раствора содержал 0,05 г ионов меди  [c.7]

    Что происходит на атомном уровне, если нагреват . на огне руду, содержащую легко выделяемый металл Что происходит, ксгда металл содержится в руде в свободном виде Процесс превращения металла, содержащегося в виде соединений (как правило, в ионной форме), в свободный металл называется восстановлением. Этот термин имеет совершенно определенный химический смысл. Для того чтобы ионы превратились в свободный металл, они должны принять электроны. Любой процесс, сопровождающийся принятием электронов, называется восстановлением . Для восстановления иона меди(П) требуются два электрона  [c.152]

    Так как реагенты (Zn и Си ) разделены барьером, электроны, которые отдает цинк, должны проходить по проволоке, чтобы достигнуть ионов меди. Чем больше различаюпя активности двух металлов, тем больше тенденция к переносу электронов и тем больше потенциал ячейки. Например, потенциал золото-цинковой ячейки выше, чем потенциал медно-цинковой. [c.529]

    Два медных электрода помещены в два раствора сульфата меди одинаковой концентрахщи и соединены так, чтобы получился концентрационный элемент. Каково напряжение этого элемента Один из растворов разбавляют до тех пор, пока концентрация ионов меди не уменьшится до 1/5 первоначального значения. Каким станет напряжете элемента после разбавления  [c.197]

    Приготовлен 0,025 М раствор тетрамминмеди(И), Си(ННз)4 . Какой должна быть концентрация гидратного иона меди, если концентрация аммиака равна 0,10, 0,50, 1,00 и 3,00 моль-л соответственно Какая концентрация аммиака необходима, чтобы концентрация Си не превышала 10 моль л  [c.251]


Бактерии переработали ионы меди в стабильные атомы

Louise Hase Gracioso et al. / Science Advances, 2021

Биологи обнаружили, что бактерии из бразильских шахт научились преобразовывать токсичные ионы меди в стабильные атомы. Ученые предполагают, что эти микроорганизмы помогут производить одноатомную медь более дешевым и менее токсичным способом, и к тому же очищать окружающую среду от загрязнения ионами меди. Работа опубликована в Science Advances.

Медь – важный в науке и производстве элемент: магнетические, оптические, противомикробные и каталитические свойства делают ее привлекательным материалом для производства фотоэлектрохимических ячеек, сенсоров, солнечных батарей, чернил и антимикробных покрытий. Исследования показывают, что некоторые микроорганизмы могут производить и накапливать неорганические наночастицы меди. Некоторые из работ описывают образование в бактериальных клетках наночастиц меди размером от 10 до 40 нанометров. Однако в научной литературе еще пока не задокументированы примеры появления в клетках одноатомной меди, размер частиц которой варьирует от 170 до 179 пикометров.

В то же время, применение одноатомной меди в катализе, энергетике и легировании (добавлении в сплав дополнительных веществ, той же меди) повышает эффективность использования металла. Однако производство одноатомной меди все еще остается трудной задачей: это сложный процесс синтеза с использованием токсичных химических соединений. Альтернативные методы, например осаждение из паровой фазы, распыление и фемтосекундная лазерная абляция, также достаточно сложны, а их эффективность остается невысокой. 

Ученые из Университета Сан-Паулу и Хьюстонского университета обнаружили в шахтах Бразилии бактерию, которая может синтезировать и накапливать отдельные атомы меди. Способность бактерии рода Bacillus превращать ионы меди в атомарную медь сначала заметили из-за смены цвета питательной среды с добавлением сульфата меди: за 48 часов среда из зеленой превратилась в красную. Появление одноатомной меди подтвердилось при помощи просвечивающей электронной микроскопии с атомным разрешением: удалось рассмотреть даже отдельные атомы. Радиус более 75 процентов частиц находился в диапазоне 1,89±0,19 ангстремов, что совпадает с теоретическим размером атомов меди (1,7-1,85 ангстремов) с поправкой на разрешение микроскопа (70 пикометров). Ученые предположили, что частицы большего размера – просто накладывающиеся друг на друга атомы меди.

(А): бактерии в свежей питательной среде с добавлением 100 миллиграммов на литр сульфата меди и спустя 48 часов инкубации. (В, С): снимок бактерии, полученный при помощи просвечивающего электронного микроскопа. (D): на снимке можно отличить отдельные атомы меди.

Louise Hase Gracioso et al. / Science Advances, 2021

Исследователи изучили распределение элементов в бактериальных клетках при помощи энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии. Медь оказалась равномерно распределена в клетках. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия указала на содержание в бактериях атомарной меди Cu0, а не ионов Cu2+ или оксида меди CuO.

Распределение меди, углерода, азота и кальция в образце.

Louise Hase Gracioso et al. / Science Advances, 2021

Затем авторы работы решили выяснить, какие белки позволяют штамму Bacillus sp. производить одноатомную медь. Ученые сравнили состав белков, которые синтезировали бактерии, растущие в среде с сульфатом меди и без него. Те бактерии, которые росли в присутствии меди, экспрессировали 145 белков, которые не наблюдались у клеток в обычной среде. Большинство (102) из этих протеинов относились к путям первичного обмена веществ – исследователи предположили, что медь негативно влияет на клетки и заставляет бактерии производить больше энергии, чтобы выжить в условиях металлического стресса. Еще 15 белков помогали бактериям противостоять стрессу, и 3 – транспортировать медь в клетки. Оставшиеся 11 белков как раз могли участвовать в процессе синтеза одноатомной меди. В основном это были редуктазы, которые, вероятно, восстанавливали сульфат, оставляя токсичные ионы Cu2+ в клетках. Также в исследуемых бактериях обнаружили NADH-зависимые бутанолдегидроназы – возможно, именно они и участвуют напрямую в появлении одноатомной меди в клетках. Кроме того, в этом штамме Bacillus sp. сильно экспрессировался один белок из группы ферритинов. Ранее было показано, что белки этой группы способствуют образованию неорганических частиц кобальта, никеля, серебра, железа и других металлов в клетках. Авторы работы предположили, что ферритин в сочетании с другими экспрессируемыми в штамме Bacillus sp. белками может быть непосредственно связан с появлением в клетках одноатомной меди.

Исследователи считают, что такие бактерии могут стать хорошим способом производить одноатомную медь в больших количествах для применений в науке, технологиях и медицине, а также очищать окружающую среду от токсичных ионов меди.

Ранее ученые проверили, кто из бактерий окажется лучшим «шахтером» в условиях космоса: эффективнее всего добыли металлы из базальта бактерии Sphingomonas desiccabilis. Из всех редкоземельных металлов этим бактериям лучше всего поддались тяжелые – гадолиний и лютеций.

Вера Сысоева

Снижение фитотоксичности ионов меди с помощью Rhodococcus -биосурфактантов | Литвиненко

1. Гигиенические нормы 2.1.7.2041-06 «Почва, очистка населенных мест, отходы производства и потребления, санитарная охрана почвы. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве». 2006. URL: http://www.gosthelp.ru/text/GN217204106Predelnodo-pust.html (дата обращения: 23. 03. 2017).

2. Костина Л. В., Куюкина М. С., Ившина И. Б. Оценка возможности использования Rhodococcus-биосурфактантов для снижения присутствия тяжелых металлов в техногенно загрязненных почвах Свердловской области// Вестн. Перм. гос. ун-та. Сер. Биология. 2014. Вып. 4. С. 73 – 78.

3. Литвиненко Л. В., Тищенко А. В. Влияние Rhodococcus-биосурфактанта на фитотоксичность ионов свинца// Вестн. Перм. гос. ун-та. Сер. Биология. 2017. Вып. 1. С. 80 – 87.

4. Методические рекомендации 2.1.7.2297-07 «Обоснование класса опасности отходов производства и потребления по фитотоксичности». 2007. URL: http://www.ohranatruda.ru/ot_biblio/normativ/data_normativ/52/52957/ (дата обращения: 18. 03. 2017).

5. Об утверждении Критериев отнесения отходов к I – V классам опасности по степени негативного воздействия на окружающую среду: приказ Министерства природных ресурсов РФ от 04. 12. 2014 года №536. М., 2015. URL: http://publication.pravo.gov.ru (дата обращения: 23. 03. 2017).

6. Петухов А. С., Петухова Г. А. Ответные морфофизиологические реакции растений на загрязнение среды тяжелыми металлами// APRIORI. Сер. естественные и технические науки. 2015. №3. С. 1 – 6.

7. Титов А. Ф., Таланова В. В., Казнина Н. М., Лайдинен Г. Ф. Устойчивость растений к тяжелым металлам. Петрозаводск: Карельский науч. центр РАН, 2007. 172 с.

8. Ivshina I. B., Kuyukina M. S., Philp J. C., Christofi N. Oil desorption from mineral and organic materials using biosurfactant complexes produced by Rhodococcus species // World J. of Microbiology and Biotechnology. 1998. Vol. 14. P. 711 – 717.

9. Kuyukina M. S., Ivshina I. B., Philp J. C., Christofi N., Dunbar S. A., Ritchkova M. I. Recovery of Rhodococcusbiosurfactants using methyl-tertiary butyl ether extraction // J. Microbiological Methods. 2001. Vol. 46. P. 149 – 156.

Характеристики образования ионов меди и серебра при обеззараживании воды диафрагменным электрическим разрядом Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 628.16

Какауров Сергей Владимирович Sergey Kakaurov

ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБРАЗОВАНИЯ ИОНОВ МЕДИ И СЕРЕБРА ПРИ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИИ ВОДЫ ДИАФРАГМЕННЫМ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ РАЗРЯДОМ

CHARACTERISTICS OF COPPER AND SILVER IONS FOR WATER DISINFECTION BY A DIAPHRAGM ELECTRIC DISCHARGE

Представлены характеристики образования ионов меди и серебра от рабочих условий технологии обеззараживания воды диафрагменным электрическим разрядом. Описаны зависимости генерации ионов меди и серебра от максимального мгновенного импульсного напряжения, определено наиболее эффективное по производительности бактерицидных агентов рабочее напряжение импульсного источника питания, дано объяснение негативного фактора чрезмерного увеличения энерговклада в разряд. Описаны характеристики выхода ионов антимикробных металлов от проводимости обрабатываемой воды, представлены математические зависимости образования ионов, даны объяснения полученным результатам

Ключевые слова: диафрагменный электрический разряд, ионы меди, ионы серебра, зависимость выхода ионов меди и серебра от напряжения и проводимости

The article presents the characteristics of copper and silver ions’ formation from the working conditions of water disinfection technology diaphragm by an electric discharge. The author describes the dependence of copper and silver ions’ generation from the maximum instantaneous pulse voltage, identifies the most effective performance of bactericidal agents operating voltage pulsed power source, gives an explanation to a negative factor excessive deposition of energy into the discharge. The output characteristics of metals’ ions from the conductivity of treated water are described, mathematical dependence of ions’ formation with an explanation of the results is presented

Key words: diaphragm electric discharge, copper ions, silver ions, dependence of copper and silver ions’ generation from an electric voltage and conductivity

Согласно государственному докладу «О состоянии и охране окружающей среды Российской Федерации» 2011 г., количество подземных, поверхностных источников централизованного, а также источников нецентрализованного водоснабжения в России, не соответствующих гигиеническим нормативам по микробиологическим показателям, составляет 3,8, 16,5 и 25,3 % соответственно. В сравнении с 2009 г. эти показатели растут. В связи с приведенными статистическими данными, ак-

туальным становится развитие обеззараживающих технологий, удовлетворяющих современным санитарным требованиям, с минимальными капитальными и эксплуатационными затратами.2+ и серебра Ag+, атомарного кислорода О, озона O3 и гид-

роксид-ионов ОН- [2,3]. Продолжительной во времени антимикробной способностью обладают только ионы меди и серебра, которые являются одними из основных компонентов свойства последействия обработанной воды, т.е. устойчивости воды к бактериям после процесса обеззараживания.

С древних времен металлы использовались для микробиологической дезинфекции воды. Вода, отстоявшая небольшой промежуток времени в сосуде, сделанного из серебра или меди, не только обеззараживалась, но и становилась бактерицидной. В Древнем Риме для остановки развитий эпидемий в качестве водопровода применялись трубы из меди. В Средневековье на Руси и в Западной Европе было принято класть серебряную монету в сосуд хранения воды и в колодец. Впервые в научном мире антимикробные действия серебра и меди описал швейцарский ботаник Карл Негель. Он исследовал отмирание микроорганизмов в воде при миллионных долях концентраций ионов металлов. Проникая в клетки бактерий, ионы серебра и меди блокируют их жизнедеятельность, что приводит к гибели микроорганизмов [4, 5, 6]. В 2012 г. ученые из Хьюстона (США) доказали, что основой обеззараживания являются ионы металлов, а не их наночастицы [7]. Также известно, что совместное присутствие ионов серебра и меди усиливает антимикробный эффект, в отличие от раздельного воздействия [5,8].

Поэтому важной задачей совершенствования способа обеззараживания воды ДЭР является исследование и установление факторов образования дезинфицирующих ионов меди Си2+ и серебра А§+. Ранее А.С. Юдин (Россия) выявил характер образования ионов меди во время обработки воды ДЭР от изменения водородного показателя жидкостей, диаметра отверстий диафраг-менной мембраны, химического состава воды и скорости движения растворов через диафрагменную мембрану [2].

В Забайкальском государственном университете на основании лабораторных исследований установлены зависимости

образования концентраций Си2+ и А§+ от приложенного напряжения и проводимости водных растворов.аС1) проводимостью 0,45 мСм/см. Определение концентрации ионов меди проводилось по методике ПНД Ф 14.1:2:4.257-2010 [10], а ионов серебра — атомно-абсорбционной спектрофотомет-рией. Формы зависимостей выхода Си2+ и А§+ от величины мгновенного импульсного напряжения изображены на рис. 2.

Процесс образования ионов металлов в реакторе ДЭР отличен от процесса электролиза. Кривые прямолинейно нарастают от значения 1,7 кВ до 2,3 кВ, а при значениях менее 1,7 кВ разряд практически отсутствовал. При превышении напряжений выше 2,3 кВ генерация ионов уменьшается, что связано с увеличением тепловых потерь на обработку жидкости. Приведенные зависимости показывают, что увеличение напряжения и энерговклада в разряд имеет положительный эффект до определенного значения напряжения, после которого увеличение напряжения и энерговклада имеет отрицательный результат. Аналогичную закономерность обнаружил Я.И. Корнев, исследуя барьерный разряд для обеззараживания и очистки воды [11]. Кривые образования ионов меди и серебра имеют разные углы наклона, что свидетельствует о разных характерах выхода ионов при одинаковых условиях. При всех значениях напряжений генерация Си2+ интенсивней А§+ (в среднем на 40…50 мкг/л из-за меньшей окисляемости серебряных электродов в сравнении с медными).

а)

Рис. 1. Осциллограмма напряжения ИИП

б)

Рис. 2. Схема зависимости выхода ионов меди (а) и ионов серебра (б) от мгновенного импульсного напряжения

Вода из различных источников имеет разный химический состав и, следовательно, — проводимость. Поэтому была поставлена задача — выявить изменения проводимости воды на количественный выход бактерицидных агентов. Для определения концентрации ионов меди использовалась дистиллированная вода с исходной концентрацией Си2+ 24 мкг/л.С1) при различных проводимостях. Кривая 3 является результатом обработки раствора в реакторе, а кривая 4 — разность между зависимостями 3 и 2. Зависимость 4 отображает итоговый выход ионов меди в функции от проводимости обрабатываемого раствора и имеет убывающий харак-

тер на всем диапазоне исследования, что связано с увеличением тепловых потерь, с уменьшением сопротивления исследуемой жидкости. При проводимостях 0, 17… 1, 2 мСм/см кривую можно описать полиномиальным уравнением с величиной достоверной аппроксимации И2=0,98:

Си2+[0,17;1,2]= 41,102 – 110,70 + 90,66, (1)

где Си2+ — концентрация ионов меди, мкг/л;

0 — проводимость обрабатываемого раствора, мСм/см.

Рис. 3. Зависимости образования ионов меди (а) и серебра (б) от проводимости водного раствора

Генерация ионов серебра в реакторе ДЭР имеет схожий характер с генерацией ионов меди (см. рис. 3), обе кривые вогнуто убывают. Как и в зависимостях образования ионов от напряжения, при всех значениях проводимости образование Си2+ выше Л§+ в среднем на 10…15 мкг/л при одинаковых условиях эксперимента из-за большей окисляемости медных электродов в сравнении с серебряными. Кривую выхода Л§+ также можно описать полиномиальным уравнением с величиной достоверной аппроксимации И2=0,98:

Лё+[0,17;1,2]=45,302 – 114,90 + 77,56, (2)

где Л§+ — концентрация ионов серебра, мкг/л;

0 — проводимость обрабатываемого раствора, мСм/см.

Проводимость питьевой воды из различных источников имеет значения, близкие к 0,45 мСм/см, а проводимость сточ-

ных вод, как правило, выше этих значений и колеблется в пределах 0,45.0,8 мСм/см [2, 3]. На основании полученных характеристик генерации ионов меди и серебра от проводимости воды и величины импульсного напряжения можно проводить мероприятия по регулированию параметров рабочих режимов технологии ДЭР для повышения эффективности обеззараживания.

Выводы

1. Генерация ионов меди и серебра при обработке воды ДЭР не укладывается в законы классической электрохимии.

2. Образование Си2+ и Л§+ от импульсного напряжения имеет линейный нарастающий характер при значениях 1,7.2,3 кВ и диаметрах отверстий диафрагменной мембраны 1,2 мм при одинаковом энергопотреблении на каждую исследованную точку и линейный убывающий характер при значениях 2,3.2,5 кВ.

3. Повышение энерговклада в разряд имеет положительный эффект до опреде-

ленного значения, после которого повышение энерговклада становится не эффективным.

4. Полученные зависимости образования ионов меди и серебра от проводимости

Литература_

1. Огройкова И.К., Максимов А.И. Обеззараживание растворов тлеющим и диафрагменным разрядами атмосферного давления // Электронная обработка материалов. 2002. № 6. C. 43-49.

2. Юдин A.C. Разработка реактора и системы автоматического управления процессом обеззараживания сточных вод диафрагменным электрическим разрядом: дис. канд. техн. наук. Иркут. гос. техн. ун-т, Иркутск, 2010. 121 с.

3. Лапшакова К.А. Обеззараживание бытовых сточных вод малых населенных пунктов диафраг-менным электрическим разрядом: дис. канд. техн. наук. Иркут. гос. техн. ун-т, Иркутск, 2009. 115 с.

4. Противомикробная медь.временные техника и технологии: матер. XVII Междунар. науч.-практ. конф. Т. 1, 2011. Томск. C. 63-64.

10. ПНД Ф 14.1:2:4.257-2010. Методика измерения массовой концентрации меди в пробах природных, питьевых и сточных вод флуориметри-ческим методом на анализаторе жидкости «Флюо-рат-02».

воды имеют убывающий характер на всем интервале исследования 0,17…1,2 мСм/см. Они позволят создать автоматизированную систему управления эффективностью обеззараживания питьевых и сточный вод.

_References

1. Stroykova I. Obezzarazhivanie rastvorov tley-ushhim i diafragmennym razryadami atmosfernogo davleniya [Disinfection of solutions by glow and diaphragm discharges of atmospheric pressure]. Electronic processing of materials. 2002. no 6. Р. 43-49.

2. Yudin A. Razrabotka reaktora i sistemy avto-maticheskogo upravleniya protsessom obezzarazhiv-aniya stochnyh vod diafragmennym elektricheskim razryadom [Development of reactor systems and automatic process control of wastewater disinfection by a diaphragm electric discharge]: Diss. Candidate of Technical Sciences, Irkutsk, 2010. 121 p.

3. Lapshakova K. Obezzarazhivanie bytovyh stochnyh vod malyh naselennyh punktov diafragmen-nym elektricheskim razryadom [Disinfection of household wastewater in small settlements by a diaphragm electric discharge]: Diss. Candidate of Technical Sciences, Irkutsk, 2009. 115 p.

4. Protivomikrobnaya med. Chasto zadavae-mye voprosy [Antimicrobial copper. Frequently asked questions:] Available at: http://ru.scribd.com/ doc/32255374.

5. Goncharuk Е. Kommunalnaya gigiena [Communal hygiene]. Kiev, 2006. 792 p.

6. Kulsky L. Serebryanaya voda [Silver water]. Kiev: Naukova Dumka, 1968. 104 p.

7. Zong-ming Xiu, Qing-bo Zhang, Hema L. Puppala, Vicki L. Journal Nano letters, 2012. 42714275 p.

8. Kombinirovanny sposob obezzarazhivaniya vody [Combined method of water disinfection]: patent 2288191 Russian Federation / V. Gutenev, V. Grachev, V. Telichenko, A. Azhgirevich, I. Denisova. № 2005118033/15. statement. 14.06.2005, publication. 27.11.2006.

9. Kakaurov S. Sovremennye tehnika i tehnologii [Modern techniques and technologies], Vol. 1, 2011. Tomsk, 63-64 p.

10. PND F 14.1:2:4.257-2010, metodika izme-reniya massovoy kontsentratsii medi v probah prirod-nyh, pitievyh i stochnyh vod fluorimetricheskim me-todom na analizatore zhidkosti «Flyuorat-02». [PND f 14.1:2:4.257-2010, methods of mass concentration measurement of copper in samples of natural, potable and wastewater fluorimetric method based on the analyzer of the liquid «Fluorat-02»].

11. Корнев Я.И. Обработка воды импульсными разрядами в водо-воздушном потоке: дис. канд. техн. наук. Томск: Томск. полит. ун-т, 2005. 162 с.

Коротко об авторе _

Какауров С.В., аспирант, каф. «Электроэнергетика и электротехника», Забайкальский государственный университет, г. Чита, Россия Тел.: 89644623474

Научные интересы: новые технологии

11. Kornev N. Obrabotka vody impulsnymi razry-adami v vodo-vozdushnom potoke [Water treatment by impulse discharges in water — airy stream]: Diss. Candidate Technical Sciences, Tomsk, 2005. 162 p.

_ Briefly about the author

S. Kakaurov, postgraduate student, Power and Electrical Engineering department, Transbaikal State University, Chita, Russia

Scientific interests: new technologies

В России создали “долгоиграющий” препарат для противовирусной обработки | Коронавирус

МОСКВА, 24 апр. Специалисты кафедры физической химии Национального исследовательского технологического университета “МИСиС” (Москва) синтезировали первую партию противовирусного препарата длительного действия на основе меди, предназначенного для обработки индивидуальных средств защиты и различных поверхностей, сообщила пресс-служба вуза.

О противовирусных и противомикробных свойствах меди человечеству известно несколько тысяч лет. Этот металл за счет перехода в водной среде в ионную форму значительно превосходит другие, в том числе серебро, по своей способности уничтожать вирусы и бактерии. Ранее сотрудники Саутгемптонского университета (Великобритания) продемонстрировали, что медь уничтожает “родственника” COVID-19, коронавирус 229E, открытый в 2015 году.

Препарат, созданный в НИТУ “МИСиС”, представляет собой спиртозоль – суспензию наночастиц меди размерами 1-3 нанометра в растворе широко распространенного антисептика цетилпиридиния хлорида в этиловом спирте. “При дезинфекционной обработке при влажном воздухе медь на поверхности материала превращается в положительно заряженный ион гидроксида меди, что обеспечивает необходимую защиту обработанных предметов от вирусов и других патогенов”, – поясняется в пресс-релизе.

Ионы гидроксида металла как бы “расстреливают” вирус. Однако в высокой концентрации они опасны так же и для клеток организма, могут вызывать раздражение кожных покровов

“Поэтому наиболее целесообразно использовать препараты на основе ионов меди и ее соединений в качестве сильного внешнего дезинфектора совместно с антисептиком цетилпиридиния хлоридом”, – отметил доцент кафедры физической химии НИТУ “МИСиС” Георгий Фролов, слова которого приведены в сообщении.

Проведенные на базе лаборатории вуза исследования продемонстрировали, что обработанные медным спиртозолем поверхности сохраняются защищенными более длительное время, чем обработанные обычными спиртами. В настоящее время новый препарат уже применяется в качестве дезинфектора в одной из московских стоматологических клиник.

Ученые разработали антибактериальные повязки, ускоряющие регенерацию тканей

Научный коллектив НИТУ «МИСиС» совместно с коллегами из Чехии и Новосибирска представил наноструктурированные повязки с медным покрытием, способные быстро высвобождать ионы меди в жидкой среде. Данный материал имеет большие перспективы использования в качестве перевязочного материала для ран благодаря интересному синергетическому эффекту: с одной стороны, быстрое высвобождение ионов меди убивает бактерии, с другой – стимулирует регенерацию тканей с активацией иммунных клеток. Результаты опубликованы в международном научном журнале Membranes.

Антибактериальные свойства меди известны с древнейших времен. Сегодня нановолокна с медным покрытием востребованы в процессах промышленного катализа, электрохимии, зондирования, а также активно изучаются для применения в биомедицине. Биомедицинское использование нановолокон, покрытых медью, особенно популярно, поскольку они эффективно ускоряют заживление ран, могут фильтровать бактерии и вирусы и регенерировать костную ткань.

Преимущество использования структуры нановолокон вместо других форм нано- или микроматериалов заключается в их высоком соотношении поверхности к объему и, что важно в производстве, возможности изготавливать из таких материалов листы или фольги без каких-либо ограничений по размеру.

Однако получение покрытых медью нановолокон довольно сложная задача, требующая большого количества химических этапов, а значит, и значительных финансовых и организационных затрат.

Международному коллективу ученых НИТУ «МИСиС», НИИКЭЛ – филиал ИЦиГ СО РАН и CEITEC BUT впервые удалось нанести медь на термочувствительные полимерные волокна методом магнетронного распыления.

«В данной работе мы показали простой, надежный и масштабируемый метод получения нановолокон с медным покрытием, основанный на магнетронном напылении меди на основу из биоразлагаемых нановолокон из поликапролактона (PCL). Термочувствительные полимерные нановолокна никогда не тестировались в качестве подложки для осаждения меди магнетронным распылением. Основная проблема заключалась в нанесении хорошо адгезируемого металлического покрытия на поверхность мембраны PCL с высоким содержанием меди без разрушения нановолоконной структуры основы», – рассказала соавтор исследования, научный сотрудник лаборатории «Неорганические наноматериалы» НИТУ «МИСиС» Елизавета Пермякова.

По словам авторов, они впервые провели крупномасштабное моделирование облучения пленок методом молекулярной динамики, которое позволило прогнозировать глубину проникновения ионов и настраивать условия осаждения до нужных параметров.

Полученные нановолокна были протестированы в качестве антибактериальных агентов для различных грамположительных и грамотрицательных бактерий. Как показали лабораторные опыты, быстрое выделение в жидкой среде ионов меди (концентрация до 3,4 мкг/мл) привело к значительному подавлению колоний кишечной палочки и золотистого стафилококка.

При этом ионы меди необходимы для бактериостатического действия клеток иммунной системы. Реакционноспособные полимерные покрытия, плазменно-осажденные на поверхность нановолокон с медью, можно применять в качестве ускоряющего «субстрата» жизнеспособных белков, пептидов или лекарств. 

Нановолокна с медным покрытием станут отличным антибактериальным и пробиотическим материалом для перевязок ран благодаря интересному синергетическому эффекту: с одной стороны, быстрое высвобождение ионов меди убивает бактерии, а с другой стороны, стимулирует регенерацию с активацией иммунных клеток.

В настоящее время научный коллектив исследует универсальность использования разработанных нановолокон для биомедицинских приложений. Проведенное исследование финансировалось Российским фондом фундаментальных исследований РФФИ (проект №20-52-26020) и Чешским научным фондом (проект №GACR 21-12132J).

 

Информация и фото предоставлены пресс-службой НИТУ «МИСиС»

Химики Пермского Политеха создали «защиту» от бактерий с помощью серебра и меди

Ученые Пермского Политеха разработали новый антибактериальный сорбент. Для этого они нанесли частицы серебра и меди на активную угольную ткань. «Защиту» можно применять для очистки и обеззараживания воды. Технология позволила материалу сохранить противомикробные свойства более полугода. 

Результаты работы ученые опубликовали в журнале «Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология».

— Наночастицы серебра и меди применяют для создания эффективных противогрибковых, антимикробных и дезинфицирующих препаратов. Серебро в очень малых концентрациях не теряет антимикробных свойств и оказывает минимальное токсическое воздействие на организм. Клеточная оболочка бактерии «поглощает» ионы серебра, продолжает быть жизнеспособной, но больше не делится. Частицы меди тоже препятствуют размножению микроорганизмов. Ионы меди разрушают клеточную оболочку бактерии и уничтожают ее, — рассказывает доцент кафедры химии и биотехнологии Пермского Политеха, кандидат химических наук Елена Фарберова.

По словам ученых, серебро и медь быстро окисляются под воздействием воздуха, поэтому их восстанавливают с помощью различных веществ. Пермские химики использовали для этого аскорбиновую кислоту и боргидрид натрия. Серебро и медь исследователи нанесли на активные угольные ткани, которые применяют в качестве сорбентов в различных областях промышленности и техники. В результате ученые получили образцы ткани с «напылением» частиц меди, серебра и их композиции. 

Исследователи изучили, как влияют металлы на структуру, противомикробные и поглотительные свойства ткани, на которую их наносят. Бактерицидные свойства сорбента ученые исследовали на микроорганизмах, которых выделили из загрязненных вод. Затем они оценили его противомикробную активность с помощью бактерий кишечной палочки — это показатель заражения воды по международным стандартам. «Модифицированная» ткань оказалась более чувствительной к клеткам микроорганизмов, и это свойство сохраняется надолго. 

— Мы впервые применили метод синтеза микрочастиц металлов на поверхности угольной ткани с помощью химического восстановления. Такие сорбенты показывают высокие результаты в процессе очистки воды, и их можно использовать в фильтрах для ее обеззараживания. Ранее мы разработали бактерицидную повязку на основе активной угольной ткани, которую модифицировали электролитической медью. Ее можно применять наружно в восстановительной медицине, — поясняет ученый.

Наиболее эффективными сорбентами оказались ткани, которые модифицировали композицией частиц меди и серебра и восстановили с помощью боргидрида натрия. Они сохранили противомикробные свойства более 6 месяцев. 


Ион меди – обзор

2.2.1 Связывание ионов металлов

Пептиды Aβ связывают ионы меди и цинка с наномолярным сродством к His 6 и His 13 (Tougu et al., 2008, 2011). Было показано, что связывание Cu 2 + направляет агрегацию Aβ в сторону образования аморфных олигомеров, а также временных димеров и тримеров (Atwood et al., 1998; Bolognin et al., 2011; Chen et al., 2011; Sarell et al. , 2010; Tougu et al., 2011). Кроме того, связанные с Aβ ионы меди участвуют в окислительно-восстановительном цикле, что приводит к образованию активных форм кислорода (ROS) (Nadal et al., 2008; Табнер и др., 2005). Связывание цинка приводит к быстрой агрегации Aβ в смеси олигомеров (Bolognin et al., 2011; Bush et al., 1994; Chen et al., 2011; Noy et al., 2008). Олигомеры Aβ, образованные в присутствии Zn 2 + , были менее стабильны, чем олигомеры, образованные в отсутствие ионов металлов, и реагировали с ThT и олигомер-специфическим антителом A11 (Bolognin et al., 2011; Chen et al., 2011) . По-видимому, существует консенсус в отношении того, что субстехиометрические концентрации ионов Cu 2 + и Zn 2 + ускоряют агрегацию Aβ в фибриллы, но избыток этих ионов вместо этого способствует образованию неупорядоченных олигомеров (Chen et al., 2011; Cristovao et al., 2016; Sarell et al., 2010; Tougu et al., 2009). Ионы железа и алюминия также связываются в N-концевой части Aβ (Ali-Torres et al., 2011; Miura et al., 2001). Было показано, что оба иона способствуют образованию цитотоксических олигомеров, богатых β-слоями, и задерживают образование фибрилл (Bolognin et al., 2011; Chen et al., 2011; Drago et al., 2008; Liu et al., 2011; Ricchelli. и др., 2005). У пациентов с БА было показано, что Cu 2 + , Zn 2 + и Fe 2 + могут быть обнаружены в сенильных бляшках, колокализирующихся с Aβ (Cristovao et al., 2016).

Ионы металлов также способствовали агрегации тау-белка в амилоидные олигомеры. Добавление солей алюминия способствовало образованию аморфных агрегатов тау in vitro и в культуре клеток (Mizoroki et al., 2007; Shin et al., 1994). Ионы Fe 3 + (но не Fe 2 + ) также связываются с гиперфосфорилированным тау и способствуют его агрегации в олигомерные агрегаты (Yamamoto et al., 2002). Ионы кальция и магния также способствовали агрегации гиперфосфорилированного тау в крупные олигомеры (Yang and Ksiezak-Reding, 1999).Было обнаружено, что цинк связывает тау в микромолярных концентрациях in vitro через остатки цистеина и гистидина и значительно ускоряет его агрегацию с образованием фибрилл. Высокие концентрации цинка способствовали образованию олигомеров тау (Mo et al., 2009). Было показано, что воздействие меди способствует фосфорилированию тау-белка in vivo (Kitazawa et al., 2009; Voss et al., 2014) и вызывает его олигомеризацию in vitro (Soragni et al., 2008).

ABri представляет собой пептид из 34 остатков, который является основным компонентом отложений амилоида при семейной британской деменции (Plant et al., 1990). Было показано, что ионы металлов способствуют фибрилляции ABri при нейтральном pH (Khan et al., 2004). Инкубация пептида ABri в присутствии ионов Al 3 + или Fe 3 + при нейтральном pH в течение длительного периода времени привела к значительному увеличению количества амилоидных фибрилл по сравнению с контролями, не содержащими металлов (Khan et al. ., 2004).

Ионы металлов связываются с С-концевой областью α-синуклеина с микромолярным сродством. ПТМ α-синуклеина (например, фосфорилирование по Ser 129) увеличивают его сродство к ионам двухвалентных металлов (Carboni and Lingor, 2015; Lu et al., 2011). Связывание металлов заставляет α-синуклеин принимать частично свернутую конформацию, ускоряя его агрегацию (Breydo and Uversky, 2011; Uversky et al., 2001). Например, инкубация α-синуклеина с Al 3 + приводит к образованию частично свернутых структур, которые со временем превращаются в амилоидные олигомеры (Paik et al., 1997; Uversky et al., 2001). Добавление Ca 2 + направляет агрегацию α-синуклеина в смесь кольцевых и сферических олигомеров (Lowe et al., 2004; Нат и др., 2011). Было обнаружено, что ионы трехвалентного железа способствуют образованию олигомеров α-синуклеина как in vitro, так и в живых клетках (Hillmer et al., 2009). Присутствие Fe 3 + также изменяет морфологию α-синуклеиновых фибрилл, делая их короче и толще (Bharathi et al., 2007). Добавление Mn 2 + не влияло на агрегацию α-синуклеина in vitro (Uversky et al., 2001), но индуцировало его олигомеризацию in vivo, возможно, посредством косвенных механизмов, таких как продукция ROS (Xu et al., 2013). Было показано, что ионы цинка являются эффективными промоторами образования α-синуклеиновых фибрилл in vitro за счет олигомеров (Hokenson et al., 2004; Kim et al., 2000; Uversky et al., 2001). Стимулирование фибрилляции α-синуклеина цинком за счет образования олигомеров может быть защитным, поскольку олигомеры более нейротоксичны. С другой стороны, Mg 2 + ингибировал агрегацию α-синуклеина (Golts et al., 2002) и защищал дофаминергические нейроны в черной субстанции от MPP + -опосредованной дегенерации у трансгенных крыс (Hashimoto et al., 2008). Кроме того, Mg 2 + противодействовал стимулирующему агрегацию эффекту других ионов металлов, когда они присутствовали вместе (Andre et al., 2005). Ионы Cu + и Cu 2 + специфически связываются с N-концом с наномолярным сродством, причем Cu 2 + также связывается с His50 и Cu + , связываясь с остатками 119–121 (Bharathi and Rao, 2007; Binolfi et al., 2011; Davies et al., 2011; Dudzik et al., 2011; Lu et al., 2011; Rasia et al., 2005). Было показано, что Cu 2 + является эффективным ускорителем агрегации α-синуклеина с олигомерами даже при физиологически значимых концентрациях без изменения морфологии образующихся фибрилл (Brown, 2009; Natalello et al., 2011; Rasia et al., 2005; Уверский и др., 2001). Нейротоксичность олигомеров α-синуклеина также увеличивалась в присутствии Cu 2 + (Wright et al., 2009). Истощение запасов Cu in vivo приводит к перераспределению α-Syn по направлению к мембране и снижает образование агрегатов (Wang et al., 2010b).

Роль ионов металлов в агрегации белков polyQ широко не исследовалась. Было обнаружено, что медь связывается с первыми 170 остатками Htt, которые включают повторы polyQ с микромолярным сродством, и способствуют агрегации этого белка в олигомерные агрегаты (Fox et al., 2007; Xiao et al., 2013). Ионы двухвалентных металлов увеличивают воздействие на гидрофобные поверхности атаксина-3 и количество β-структуры в этом белке (Ricchelli et al., 2007; Stawoska et al., 2009). Однако только Zn 2 + и Al 3 + способствовали агрегации атаксина-3 с 26 или 36 глутаминами в амилоидные фибриллы, сокращая лаг-фазу образования фибрилл (Ricchelli et al., 2007).

В целом ионы металлов имеют тенденцию стабилизировать определенные конформации IDP в процессе агрегации, часто изменяя как кинетику, так и механизм агрегации.Во многих случаях они направляют агрегацию от амилоидных фибрилл к олигомерным агрегатам.

Ион меди – обзор

2.2.1 Связывание ионов металлов

Пептиды Aβ связывают ионы меди и цинка с наномолярным сродством по His 6 и His 13 (Tougu et al., 2008, 2011). Было показано, что связывание Cu 2 + направляет агрегацию Aβ в сторону образования аморфных олигомеров, а также временных димеров и тримеров (Atwood et al., 1998; Bolognin et al., 2011; Chen et al., 2011; Sarell et al., 2010; Tougu et al., 2011). Кроме того, связанные с Aβ ионы меди участвуют в окислительно-восстановительном цикле, что приводит к образованию активных форм кислорода (ROS) (Nadal et al., 2008; Tabner et al., 2005). Связывание цинка приводит к быстрой агрегации Aβ в смеси олигомеров (Bolognin et al., 2011; Bush et al., 1994; Chen et al., 2011; Noy et al., 2008). Олигомеры Aβ, образованные в присутствии Zn 2 + , были менее стабильными, чем олигомеры, образованные в отсутствие ионов металлов, и реагировали с ThT и олигомер-специфическим антителом A11 (Bolognin et al., 2011; Chen et al., 2011). По-видимому, существует консенсус, что субстехиометрические концентрации ионов Cu 2 + и Zn 2 + ускоряют агрегацию Aβ в фибриллы, но избыток этих ионов вместо этого способствует образованию неупорядоченных олигомеров (Chen et al., 2011; Cristovao et al., 2016; Sarell et al., 2010; Tougu et al., 2009). Ионы железа и алюминия также связываются в N-концевой части Aβ (Ali-Torres et al., 2011; Miura et al., 2001). Было показано, что оба иона способствуют образованию цитотоксических олигомеров, богатых β-слоями, и задерживают образование фибрилл (Bolognin et al., 2011; Чен и др., 2011; Драго и др., 2008; Лю и др., 2011; Ricchelli et al., 2005). У пациентов с БА было показано, что Cu 2 + , Zn 2 + и Fe 2 + могут быть обнаружены в сенильных бляшках, колокализирующихся с Aβ (Cristovao et al., 2016).

Ионы металлов также способствовали агрегации тау-белка в амилоидные олигомеры. Добавление солей алюминия способствовало образованию аморфных агрегатов тау in vitro и в культуре клеток (Mizoroki et al., 2007; Shin et al., 1994).Ионы Fe 3 + (но не Fe 2 + ) также связываются с гиперфосфорилированным тау и способствуют его агрегации в олигомерные агрегаты (Yamamoto et al., 2002). Ионы кальция и магния также способствовали агрегации гиперфосфорилированного тау в крупные олигомеры (Yang and Ksiezak-Reding, 1999). Было обнаружено, что цинк связывает тау в микромолярных концентрациях in vitro через остатки цистеина и гистидина и значительно ускоряет его агрегацию с образованием фибрилл. Высокие концентрации цинка способствовали образованию олигомеров тау (Mo et al., 2009). Было показано, что воздействие меди способствует фосфорилированию тау-белка in vivo (Kitazawa et al., 2009; Voss et al., 2014) и вызывает его олигомеризацию in vitro (Soragni et al., 2008).

ABri представляет собой пептид из 34 остатков, который является основным компонентом отложений амилоида при семейной британской деменции (Plant et al., 1990). Было показано, что ионы металлов способствуют фибрилляции ABri при нейтральном pH (Khan et al., 2004). Инкубация пептида ABri в присутствии ионов Al 3 + или Fe 3 + при нейтральном pH в течение длительного периода времени привела к значительному увеличению количества амилоидных фибрилл по сравнению с контролями, не содержащими металлов (Khan et al. ., 2004).

Ионы металлов связываются с С-концевой областью α-синуклеина с микромолярным сродством. ПТМ α-синуклеина (например, фосфорилирование по Ser 129) увеличивают его сродство к ионам двухвалентных металлов (Carboni and Lingor, 2015; Lu et al., 2011). Связывание металлов заставляет α-синуклеин принимать частично свернутую конформацию, ускоряя его агрегацию (Breydo and Uversky, 2011; Uversky et al., 2001). Например, инкубация α-синуклеина с Al 3 + приводит к образованию частично свернутых структур, которые со временем превращаются в амилоидные олигомеры (Paik et al., 1997; Уверский и др., 2001). Добавление Ca 2 + направляет агрегацию α-синуклеина в смесь кольцевых и сферических олигомеров (Lowe et al., 2004; Nath et al., 2011). Было обнаружено, что ионы трехвалентного железа способствуют образованию олигомеров α-синуклеина как in vitro, так и в живых клетках (Hillmer et al., 2009). Присутствие Fe 3 + также изменяет морфологию α-синуклеиновых фибрилл, делая их короче и толще (Bharathi et al., 2007). Добавление Mn 2 + не влияло на агрегацию α-синуклеина in vitro (Uversky et al., 2001), но индуцировал его олигомеризацию in vivo, возможно, посредством косвенных механизмов, таких как продукция ROS (Xu et al., 2013). Было показано, что ионы цинка являются эффективными промоторами образования α-синуклеиновых фибрилл in vitro за счет олигомеров (Hokenson et al., 2004; Kim et al., 2000; Uversky et al., 2001). Стимулирование фибрилляции α-синуклеина цинком за счет образования олигомеров может быть защитным, поскольку олигомеры более нейротоксичны. С другой стороны, Mg 2 + ингибировал агрегацию α-синуклеина (Golts et al., 2002) и защищали дофаминергические нейроны черной субстанции от MPP + -опосредованной дегенерации у трансгенных крыс (Hashimoto et al., 2008). Кроме того, Mg 2 + противодействовал стимулирующему агрегацию эффекту других ионов металлов, когда они присутствовали вместе (Andre et al., 2005). Ионы Cu + и Cu 2 + специфически связываются с N-концом с наномолярным сродством, причем Cu 2 + также связывается с His50 и Cu + , связываясь с остатками 119–121 (Bharathi and Rao, 2007; Binolfi и другие., 2011; Davies et al., 2011; Дудзик и др., 2011; Лу и др., 2011; Rasia et al., 2005). Было показано, что Cu 2 + является эффективным ускорителем агрегации α-синуклеина в олигомеры даже при физиологически значимых концентрациях без изменения морфологии образующихся фибрилл (Brown, 2009; Natalello et al., 2011; Rasia et al., 2005 ; Уверский и др., 2001). Нейротоксичность олигомеров α-синуклеина также увеличивалась в присутствии Cu 2 + (Wright et al., 2009). Истощение запасов Cu in vivo приводит к перераспределению α-Syn по направлению к мембране и снижает образование агрегатов (Wang et al., 2010b).

Роль ионов металлов в агрегации белков polyQ широко не исследовалась. Было обнаружено, что медь связывается с первыми 170 остатками Htt, которые включают повторы polyQ с микромолярным сродством, и способствуют агрегации этого белка в олигомерные агрегаты (Fox et al., 2007; Xiao et al., 2013). Ионы двухвалентных металлов увеличивают воздействие на гидрофобные поверхности атаксина-3 и количество β-структуры в этом белке (Ricchelli et al., 2007; Stawoska et al., 2009).Однако только Zn 2 + и Al 3 + способствовали агрегации атаксина-3 с 26 или 36 глутаминами в амилоидные фибриллы, сокращая лаг-фазу образования фибрилл (Ricchelli et al., 2007).

В целом ионы металлов имеют тенденцию стабилизировать определенные конформации IDP в процессе агрегации, часто изменяя как кинетику, так и механизм агрегации. Во многих случаях они направляют агрегацию от амилоидных фибрилл к олигомерным агрегатам.

От токсичных ионов до одноатомной меди

Медь – это металл, который широко используется в повседневной жизни.Как проводник тепла и электричества, он обычно используется в проводах.

Дебора Родригес, Иезекиэль Каллен, профессор инженерных наук

Франсиско К. Роблес Эрнандес, профессор Технологического колледжа UH

Медь остается одним из самых распространенных металлов в повседневной жизни. Как проводник тепла и электричества, он используется в проводах, кровле и водопроводе, а также в качестве катализатора для нефтехимических заводов, солнечных и электрических проводников и для широкого спектра приложений, связанных с энергией.Следовательно, любой метод сбора большего количества ценного товара оказывается полезным занятием.

Дебора Родригес, профессор инженерии Иезекииля Каллена в инженерном колледже Хьюстона Каллен, в сотрудничестве с Франсиско К. Роблес Эрнандес, профессором Технологического колледжа UH, и Эллен Акино Перпетуо, профессором Университета Сан-Паулу, Бразилия, предложили заключительное исследование для понимания того, как бактерии, обнаруженные в медных рудниках, превращают токсичные ионы меди в стабильную одноатомную медь.

В их соавторской статье «Бактерии, добывающие медь: преобразование токсичных ионов меди в стабильную одноатомную медь», их исследование демонстрирует, как устойчивые к меди бактерии из медного рудника в Бразилии превращают ионы CuSO 4 (сульфат меди) в нульвалентная Cu (металлическая медь).

«Идея наличия бактерий в шахтах не нова, но остался без ответа вопрос: что они делают в шахтах?» – сказал Роблес. «Поместив бактерии в электронный микроскоп, мы смогли выяснить физику и проанализировать ее.Мы обнаружили, что бактерии выделяют одноатомную медь. С точки зрения химии это сделать крайне сложно. Обычно для получения отдельных атомов любого элемента используются агрессивные химические вещества. Эта бактерия создает его естественным путем, и это очень впечатляет ».

Какой бы полезной ни была медь, процесс добычи металла часто приводит к токсическим воздействиям и проблемам при извлечении значительного объема для коммерческого использования. По данным Copper Development Association Inc., мировые запасы меди оцениваются примерно в один миллиард тонн., с добычей примерно 12,5 миллионов метрических тонн в год. Это в совокупности составляет примерно 65 лет оставшихся запасов. Частично проблема предложения связана с ограниченным количеством доступной меди в высокой концентрации в земной коре, но другая проблема связана с воздействием диоксида серы и диоксида азота в процессе плавки и производства меди для концентрирования металла в полезных количествах.

«Новизна этого открытия заключается в том, что микробы в окружающей среде могут легко преобразовать сульфат меди в одноатомную медь с нулевой валентностью.Это прорыв, потому что текущий процесс синтеза одноатомной неровалентной меди обычно не является чистым, трудоемким и дорогим », – сказал Родригес.

«Микробы используют уникальный биологический путь с набором белков, которые могут извлекать медь (II) (Cu 2+ ) и превращать ее в одноатомную нуль-валентную медь (Cu 0 ). Цель микробов – создать для себя менее токсичную среду, превратив ионную медь в одноатомную медь, но в то же время они создают что-то полезное и для нас.”

Сосредоточившись на электронной микроскопии, Роблес исследовал образцы из находок Родригеса на бразильских медных рудниках и определил одноатомную природу меди. Группы Родригеса и Акино далее идентифицировали бактериальный процесс превращения сульфата меди в элементарную медь – редкая находка.

Результаты исследований демонстрируют, что этот новый процесс преобразования как альтернатива производству одиночных атомов металлической меди является более безопасным и более эффективным по сравнению с существующими методами (т.е. химическое осаждение из газовой фазы, распыление и фемтосекундная лазерная абляция).

«Мы работали только с одной бактерией, но, возможно, это не единственная бактерия, которая выполняет аналогичную функцию», – заключил Родригес. «Следующим шагом в этом конкретном исследовании является извлечение меди из этих клеток и использование ее в практических целях».

Роль ионов меди в патофизиологии и флуоресцентные сенсоры для их обнаружения

Ионы меди необходимы для жизни, и поддержание жесткого контроля над гомеостазом ионов меди в организме является предпосылкой для поддержания здоровья.Нарушения нормального уровня меди, как системные, так и тканевые или клеточные, вызывают широкий спектр заболеваний, таких как болезнь Менкеса, болезнь Вильсона, болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона и трансмиссивная губчатая энцефалопатия (прионные заболевания). Описано современное понимание того, как медь влияет на эти заболевания. В области флуоресцентных медных сенсоров, функционирующих как с по , как с реакционным механизмом, так и с прямым связыванием ионов меди, в последние годы наблюдается рост, и подчеркивается важность этой области для выяснения роли меди в клеточной биологии.Прогресс в этих тесно взаимосвязанных областях привел к лучшему пониманию ряда заболеваний, связанных с дисбалансом меди, и текущие разработки могут открыть путь для новых и инновационных методов лечения этих заболеваний.

У вас есть доступ к этой статье

Подождите, пока мы загрузим ваш контент… Что-то пошло не так. Попробуй снова?

Произошла ошибка при установке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в cookie-файлах может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Произошла ошибка при установке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в cookie-файлах может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Разделение ионов меди нанокомпозитами с использованием процесса адсорбции

Анализ ПЭМ и СЭМ

На рис. 2a – d показаны морфология и структура образцов.СЭМ-изображение оксида графена с волнистой структурой и полным морщинистым на поверхности GO показано на рис. 2а. ПЭМ-изображение GF демонстрирует на рис. 2b те сферические частицы Fe 3 O 4 , равномерно распределенные по поверхности листов GO. Как видно из изображения на рис. 2c, темный фон, связанный с хорошими взаимодействиями между GO, Fe 3 O 4 и лауриновой кислотой, подтвердил, что нанокомпозиты GFL были синтезированы. Как показано на рис. 2d, наночастицы GFLE собрались, превратившись в сборки большего размера, что указывает на сильное взаимодействие между наночастицами Fe 3 O 4 и соседними частицами и коррекцию на лауриновую кислоту и этилендиаминтетрауксусную кислоту, соответственно.

Рисунок 2

( a ) Фигуры SEM GO и TEM для ( b ) GF, ( c ) GFL и ( d ) GFLE.

FTIR и XRD анализ

В FT-IR анализе GO, GF и GFLE показаны на рис. 3. На рис. 3c показаны характеристические полосы поглощения полос алкокси C – O (1049 см −1 ), C = O (1727 см -1 ), эпоксидный C – O (1220 см -1 ) и ароматический C = C (1622 см -1 ). Пики при 1253 и 3432 см −1 были отнесены к валентным и деформационным колебаниям O – H соответственно.Структура GFLE подтверждена графиком FT-IR, как показано на фиг. 3c. Рисунок 3a относится к GO и показывает два поглощения при 1731 и 3420 см −1 , соответствующих присутствию C = O и O – H, соответственно. Рис. 3a. ИК-Фурье-спектр Fe 3 O 4 с двумя пиками при 582 и 626 см. -1 были отнесены к валентным колебаниям Fe – O, как показано на рис. 3b. Характерные пики карбоксилат-аниона при 1401 и 1627 см -1 демонстрируют, что лиганд этилендиаминтетрауксусной кислоты был закреплен на поверхности оксида железа через карбоксилатный анион.Пики, расположенные на 2863 см -1 и 2937 см -1 , связаны с метиленом, симметричным и асимметричным, соответственно, в структуре лауриновой кислоты. Полоса при 1048 см -1 связана с C – N-растяжением этилендиаминтетрауксусной кислоты, показанной на рис. 3c 11 .

Рисунок 3

FTIR-спектр ( a ) GO, ( b ) GF и ( C ) GFLE.

На рис. 4 показан рентгеноструктурный анализ нанокампозита GO, GF и GFLE.Пик при 2θ = 11,43 °, отнесенный к поверхности (001) GO, и характерные дифракционные пики при 2θ = 19,01 °, 35,51 °, 42,08 °, 50,90 °, 63,46 °, 67,77 °, 74,89 °, 76,59 ° и 78,63 °. °, которые соответствуют плоскостям кристаллов (111), (220), (311), (400), (422), (511), (440), (620) и (622) Fe 3 O 4 (Карточка JCPDS № (79-0417)). Кроме того, пик, обозначенный как плоскость (020) при 2θ = 25,58 °, может соответствовать / кристаллической структуре сшитой EDTA лауриновой кислоты 11 .

Рисунок 4

Рентгенограмма нанокомпозита ( a ) GO, ( b ) GF и ( C ) GFLE.

Результаты БЭТ

Удельная поверхность GO, магнетита GO (GF), оксида графена магнетита / лауриновой кислоты (GFL) и GFLE, измеренная методом Брунауэра – Эммета – Теллера (БЭТ), представлена ​​на рис. 5 и в таблице. 3. Как правило, площадь поверхности GFLE (3,2897 м 2 г -1 ), GFL (1,538 м 2 г -1 ) и GF (1.8474 м 2 г −1 ) были ниже, чем у GO (63,647 м 2 г −1 с) из-за высокой плотности Fe 3 O 4 , лауриновая кислота и этилендиаминтетрауксусная кислота на поверхностный оксид графена.

Рис. 5

Кривые BET для GO, GF, GFL и GFLE.

Таблица 3 Экспериментальные результаты БЭТ образцов.

Диаграммы распределения пор по размерам Баррета-Джойнера-Халенды (BJH) для образцов показаны на рис. 6. Для всех исследованных образцов полученные распределения размеров пор имеют форму узкого и асимметричного пика.На этих кривых показаны пики при 5,29 нм, 4,63 нм, 10,64 нм и 1,85 нм, которые относятся к GO, GF, GFL и GFLE, соответственно. Это означает, что в образцах образуются однородные цилиндрические мезопоры.

Рис. 6

Графики распределения пор по размерам GO, GF, GFL и GFLE.

Адсорбция-десорбция азота модифицированных нанопористых образцов GFLE представлена ​​на рис. 7. Распределение пор по размерам GFLE принципиально отличается от предыдущей модификации поверхности оксида графена с помощью Fe 3 O 4 , лауриновой кислоты и этилендиаминтетрауксусной кислоты.Однако площади поверхности были очень разными; уменьшается при модификации поверхности Fe 3 O 4 , лауриновой кислотой, а затем слегка повышается при коррекции поверхности этилендиаминтетрауксусной кислотой (таблица 4). Каждая форма изотермы показывает отдельную петлю гистерезиса, которую можно использовать для качественного прогнозирования типов пор в адсорбенте 27 . На рис. 7 показана адсорбция-десорбция азота модифицированных нанопористых образцов, что связано с капиллярной конденсацией в мезопорах или макропорах.Поры в пористых материалах классифицируются как микропоры (<2 нм), мезопоры (2–50 нм) и макропоры (> 50 нм) в соответствии с классификацией IUPAC 27 , а также диаметром пор для GO, GF, GFL и GFLE были мезопорами (таблица 4). Изотермы адсорбции-десорбции азота GO, GF, GFL и GFLE имеют тип IV, который представляет мезопористые структуры, которые эти графики показаны на рис. 7. Тип IV иллюстрирует моно- и многослойную сорбцию плюс капиллярную конденсацию 28 .Графики петель гистерезиса использовались для конкретных структур пор 28 . Кроме того, изготавливаемые петли гистерезиса относятся к типу h2 (GO), типу h5 (GF), типу h4 (GFL) и типу h2 (GFLE). Результаты подтверждают, что пористые почти монотонные сферы имеют довольно регулярные и, следовательно, узкие распределения размеров пор для GO и GFLE, для GF, что тип h5, связанный с узкими щелевидными порами и петлей гистерезиса GFL (тип h4), показал массы пластинчатые частицы, дающие поры щелевидной формы 28 .

Рис. 7

N 2 изотермы адсорбции / десорбции образцов.

Таблица 4 Результаты экспериментов BJH для образцов.

Результаты EDS

На рисунке 8 показан EDX-анализ нанокомпозитов GO, GF и GFLE. На рис. 8a GO объединен из O и C. Для GF обнаружено существование элементов C, O и Fe на рис. 8b. Кроме того, EDX-спектр GFLE наблюдается на рис. 8c, включая Fe, O, C и N.

Рисунок 8

EDX-анализ ( a ) GO, ( b ) GF и ( C ) GFLE нанокомпозит.

Методология RSM для оптимизации поглощения Cu

2+

Ответы ПЗС-анализа для исследования величины четырех независимых факторов вместе с прогнозируемым средним и полученными ответами показаны в таблице 5. Уравнение квадратной модели, задающее экспериментальную взаимосвязь между остаточными концентрациями (Y) и проверяемыми переменными были взяты в кодированной единице и получены как:

$$ Y _ {{{\ text {Re}} sponse}} = 228.98 + 10.52X_ {1} + 88.65X_ {2} + 0.{2} $$

(19)

Таблица 5 Эмпирический дизайн на основе ПЗС-матрицы, примененной в этой статье.

В таблице дисперсионного анализа (таблица 6) значение F (222,48) с минимальной величиной вероятности ( p <0,0001) подтвердило большое значение для модели регрессии. Качество подгонки модели также проверялось с помощью коэффициентов мультиплексной корреляции ( 2 рэндов). Видно, что величина прогнозируемого коэффициента (прогноз. R 2 = 0.9560) справедливо соответствует значению скорректированного коэффициента (прил. 2 = 0,9839), что указывает на большую корреляцию между наблюдаемой и прогнозируемой величиной. Кроме того, меньшая величина коэффициента вариации (CV = 4,64%) показывает значительную степень точности и надежности выполненных анализов. Анализ результатов таблицы ANOVA (таблица 6) показал, что квадратичная модель статистически важна для прогнозирования остаточной концентрации.График возмущений показывает результаты всех рабочих параметров в определенной точке проектного пространства. На рис. 9 вторичная концентрация возрастает при увеличении C 0 Cu 2+ . Увеличение исходной концентрации ионов меди (C 0 Cu 2+ ) увеличивает количество взаимодействий между ионами Cu 2+ и GFLE. Такое поведение происходит из-за увеличения эффективной движущей силы (градиента концентрации) концентрации ионов меди на поверхности ячейки и в объеме раствора, что облегчает сорбцию.Как показано на рис.9, pH имеет минимальное влияние на вторичную концентрацию ионов Cu 2+ , раствор с понижением pH не подходил для свободы H + от EDTA, а низкий pH, координация M 2+ может быть существенно ограничен. Изучая этот момент, снижение выхода сорбции M 2+ может быть достигнуто при более низком pH. Кроме того, повышение pH раствора также является неблагоприятной ситуацией для координации M 2+ , поскольку могут образовываться вторичные продукты реакции M 2+ , включая MOH + и M (OH) . 2 Это серьезно повлияло на показатели освоения.На рисунке 9 показано, что T и t имеют наименьшее статистическое влияние на вторичную концентрацию ионов Cu 2+ .

Таблица 6 Дисперсионный анализ (ANOVA) для квадратичной модели поверхности отклика элиминации Cu (II) с использованием нанокомпозита GFLE. Рисунок 9

Кривые возмущений, отображающие влияние переменных процесса на pH ( A ), C 0 Cu 2+ ( B ), T ( C ) и t ( D ) от вторичной концентрации ионов Cu 2+ .

Рисунок 10a демонстрирует результат взаимодействия pH и концентрации медного раствора с вторичной концентрацией меди в процессе адсорбции. Согласно рис. 10а и формуле. (18) pH (+ 10,52X 1 ) и концентрация (+ 88,65X 2 ) оказали минимальное и максимальное влияние на адсорбцию, соответственно. Адсорбция Cu 2+ при pH = 1 может быть описана следующими уравнениями. {2 +} \ hfill \\ \ end {gather} \ right \} $$

(21)

Рис. 10

3D-графики поверхности отклика, показывающие влияние взаимных взаимодействий между двумя независимыми переменными A 1 и A 2 процесс адсорбции Cu 2+ на GFLE.

Процесс адсорбции на GFLE улучшен с увеличением C 0 Cu 2+ в диапазоне 60–500 мг л –1 , в то время как pH оказывает минимальное влияние на процесс адсорбции. Следовательно, при более высокой концентрации ионов металлов движущая сила массового проведения и количество столкновений между ионами Cu 2+ и адсорбентом увеличиваются, что в конечном итоге приводит к усилению механизма сорбции 7 .

Связь между C 0 Cu 2+ и временем представлена ​​на рис.10б. В формуле. (19) шоу, в котором время имело минимальный (+ 0,01X 3 ) эффективный параметр выхода адсорбции. Влияние исходной концентрации Cu 2+ на рис. 10б было аналогично действию на рис. 10а. Как показано на фиг. 10c, температура 40 ° C имела максимальный выход адсорбции, а время было менее эффективным. Результат показал, что сорбция ионов Cu 2+ увеличивается с увеличением температуры на 40 ° C, следующее повышение температуры (более 40 ° C) вызывает уменьшение процесса адсорбции, что может быть связано либо с потерей активных центров связывания. в абсорбенте или увеличивающаяся тенденция к десорбции ионов Cu 2+ от границы раздела к раствору, потому что с повышением T силы притяжения между абсорбирующей поверхностью и ионами металлов ослабляются, и сорбция уменьшается 20 .На рисунке 10d показаны эффекты взаимодействия pH и t исходного раствора на поглощение Cu 2+ в соответствии с уравнением. (19) время (+ 0,01X 3 ) оказало наименьшее влияние, чем pH (+ 10,52X 1 ) на выход адсорбции. Повышение начальной концентрации Cu 2+ ускоряет диффузию ионов Cu 2+ из раствора в активные центры на шариках адсорбента из-за увеличения движущей силы градиента концентрации, но очевидно, что скорость адсорбции достигается при более низкие исходные концентрации Cu 2+ происходят быстрее по сравнению с более высокими концентрациями.С увеличением начальной концентрации ионов Cu 2+ , явление агрегации усиливается, что приводит к увеличению вторичной концентрации Cu 2+ на 30 . Выход адсорбции увеличивается с уменьшением pH исходного раствора, а увеличение времени контакта мало влияет на механизм поглощения. При повышении температуры вторичная концентрация ионов Cu 2+ увеличивается, а со временем уменьшается, поскольку более высокие температуры делают большее количество ионов металла способным доминировать в энергии активации реакции, увеличивает диффузию, что приводит к большему преобразованию 31 .Выше определенной температуры лиганды нестабильны, что приводит к снижению конверсии. Оптимальный статус для наименьшей вторичной концентрации меди или более высокой сорбции (185 мг / л -1 ) был получен следующим образом: pH = 1, начальная концентрация Cu 2+ 280 мг / л -1 , T 40 ° C и t 105 мин (таблица 7).

Таблица 7 Предлагаемые уровни параметров изучены для минимизации вторичной концентрации Cu (II) и проверки лабораторных экспериментов.

Интерпретация остаточных диаграмм

График нормальной вероятности (NPP) – это графический метод исследования того, что результат эмпирического анализа приблизительно нормально распределен. Если точки на диаграмме попадают почти на прямую линию, значит, данные обычно разбросаны. Остаток – это разница между экспериментальными результатами и предсказанными (или подобранными) результатами регрессионного анализа 30 . Основываясь на уравнениях. 19, наблюдаемый и прогнозируемый график для минимальной вторичной концентрации (-1 мг · л) ионов Cu (II) с использованием GFLE показан на рис.11а, который показал хорошее согласие между наблюдаемыми данными и прогнозируемым откликом. На рисунке 11b также показан график остатков по сравнению с ожидаемым откликом, что остатки случайно разбросаны около нуля, то есть ошибки имеют постоянную дисперсию. На рисунке 11c показан нормальный график вероятности остаточных значений, а эмпирические точки были достаточно выровнены, показывая нормальное распределение. На рисунке 11d показаны графики остатков в порядке соответствующих описаний. Остатки создают впечатление случайного разброса около нуля, а все остальные точки попадают в диапазон от + 3 до – 3, за исключением точек + 3 и – 3.

Рисунок 11

Графики остатков ( a ) фактический и прогнозируемый график, ( b ) график остатков и прогноз, ( c ) график нормальной вероятности ( d ) остатки в зависимости от порядка данные.

Оптимизация процесса адсорбции и проверка модели

Оптимизация факторов процесса для увеличения поглощения ионов Cu 2+ на GFLE была достигнута с использованием квадратичной модели. Выбранные оптимальные условия были учтены с помощью программного обеспечения Design Expert, представленного на рис.12. Видно, что более высокая сорбционная емкость составила 95 мг / г -1 при начальной концентрации меди 280 мг / л -1 , pH = 1, температуре 40 ° C и времени 105 мин. Чтобы проверить достоверность модели, были организованы три проверочных теста в ожидаемых оптимальных ситуациях для более высокой поглощающей способности, среднее значение трех дополнительных адсорбционных экспериментов было описано в таблице 7. Подтверждающий анализ показал минимальную вторичную концентрацию меди по GFLE 185. мг л -1 (или адсорбционная способность = 95 мг г -1 ) в оптимальных ситуациях по сравнению с минимальной вторичной концентрацией 193.389 мг L -1 , полученное с помощью модели. Это свидетельствует о том, что модель, разработанная RSM, была очень подходящей и точной для удаления меди из водных растворов с помощью нанокомпозита GFLE.

Рис. 12

Линия желательности для оптимизации.

Кинетика адсорбции

Поглощение ионов Cu 2+ из водного раствора на GFLE в зависимости от t показано на рис. 13, а данные подгонки кинетической модели представлены в таблице 8. Отклики линейной подгонки эмпирических данных с кинетической моделью второго порядка представили лучший коэффициент корреляции (R 2 ) (ближе к единице по оценке моделей псевдопервого и псевдо второго порядка), что указывало на кинетику Cu 2+ адсорбция ионов с помощью GFLE хорошо описывается с помощью модели второго порядка, которая демонстрирует, что этапом ограничения скорости могут быть реакции ионного обмена между адсорбентом и адсорбатом 15 .

Рисунок 13

( a ) Второй порядок и ( b ) псевдо-второй порядок ( c ) псевдопервого порядка кинетики адсорбции ионов Cu (II) на GFLE на 293, 313 и 333 K.

Таблица 8 Кинетические переменные адсорбции ионов Cu (II) на GFLE при 293, 313 и 333 o K.

Данные о равновесии были также подогнаны к критериям Фрейндлиха, Ленгмюра, Темкина и Редлиха– Модели изотерм Петерсона с полученными параметрами, указанными на рис.{2} \) значений всех изотерм в таблице 9, можно заметить, что изотермы адсорбции Фрейндлиха и Темкина лучше всего соответствуют эмпирическим данным равновесия. Таким образом, можно сделать вывод, что захват основан на многослойном образовании ионов Cu 2+ , адсорбированных на гетерогенной поверхности адсорбента. Значение «n» для сорбции ионов Cu 2+ (1,2> 1) показывает, что адсорбция была благоприятной.

Рис. 14

График изотерм адсорбции ионов Cu 2+ на GFLE.{\ circ} \) подразумевает сродство GFLE к меди, а также увеличение хаотичности на границе твердое тело – раствор за счет поглощения ионов металла.

Определение энергии активации

Положительная величина E a на рис. 15 показывает, что более высокая температура способствует адсорбции меди на нанокомпозите GFLE, а процесс сорбции является эндотермическим по своей природе. Величина энергии активации обычно используется в качестве основы для дифференциации характера поглощения, будь то физическое или химическое 17 .В этом отношении, если значение Ea составляет от 8,4 до 83,7 кДж моль -1 , следовательно, поглощение формируется с использованием сильных сил, указывающих на химическую адсорбцию, когда энергии активации E a <8 кДж моль -1 относятся к физическая природа механизма поглощения 8,19 . Величина E a для сорбции ионов Cu 2+ на магнитном наноадсорбенте была определена как 4,61 кДж · моль -1 (R 2 = 0,89), что указывает на то, что физическая сорбция является основным процессом сорбции.Для S *> 1 нет взаимодействия между адсорбентом и адсорбатом, и поэтому поглощения не происходит, S * = 1 присваивается вероятности сосуществования физадсорбции и хемосорбции, S * = 0, связанной с влиянием процесса хемосорбции. Желательная прививка адсорбата к адсорбенту происходит в процессе физической адсорбции, когда S * находится в диапазоне 0 17 . Величина вероятности прилипания была рассчитана как 0,0837, что соответствует физической природе механизма адсорбции.

Рис. 15

График Ln (1 – θ) в зависимости от 1 / T для поглощения ионов Cu 2+ на GFLE.

Исследование десорбции

Возможность повторного использования полезного адсорбента имеет большое значение для экономического развития, поскольку постоянная доступность является ключевым фактором для оценки применимости адсорбента. Десорбцию Cu 2+ из наноадсорбента GFLE проводили с использованием 0,2 М Na 2 ЭДТА, повторяя 3 цикла с той же дозой. На рисунке 16 показаны непрерывные циклы адсорбции-десорбции Cu 2+ на синтезированном нанокомпозите в условиях максимального поглощения адсорбции-десорбции.Видно, что сорбция Cu 2+ несколько снизилась с 90 до 50 мг / г -1 за 3 последовательных цикла. Это уменьшение может быть связано с разрушающим влиянием десорбирующего агента и потерей массы адсорбента в процессе десорбции. Кроме того, резидентство ионов Cu 2+ на нанокомпозите GFLE (необратимое связывание) вызывало небольшое количество доступных сорбционных центров 21 . Таким образом, очевидно, что физическая сорбция должна была играть главную роль в захвате ионов меди на наноадсорбенты.Это свидетельство показало, что нанокомпозит GFLE обладает замечательной способностью к сорбции ионов Cu 2+ из водных растворов.

Рисунок 16

Адсорбция / десорбция с повторными циклами на GFLE; Начальная концентрация 280 мг. Л −1 Cu (II), pH = 1, время 105 мин и температура 313 K.

Сравнение с различными адсорбентами

Механизм адсорбции Cu 2+ на нанокомпозите GFLE аналогичен сорбции. Pb 2+ на GFLE 11 .Таблица 11 продемонстрировала, что добавление Fe 3 O 4 и LA на поверхность GO не оказало очевидного влияния на абсорбционную способность, хотя она увеличивалась после добавления групп EDTA на поверхность GFL. Очевидно, что группа ЭДТА может повышать сорбционную способность ионов Cu 2+ . Функционализированный GFL с EDTA в качестве сильного хелатирующего гексадентатного лиганда, который может значительно повысить адсорбционные потенциалы ионов меди, в которых координационное взаимодействие между EDTA и Cu 2+ было одной из причин, влияющих на высокую адсорбционную способность.Кроме того, EDTA увеличивает количество кислородсодержащих функциональных групп на поверхности GO и, следовательно, вызывает увеличение адсорбционной способности GFLE для делеции Cu 2+ 22,23 . Кроме того, в Таблице 11 представлено сравнение различных абсорбентов, используемых для удаления меди, с абсорбентами, использованными в данном исследовании.

Таблица 11 Сравнение сорбционных емкостей нескольких адсорбентов по ионам Cu (II).

Анализ стоимости адсорбентов

В ходе исследования была предпринята попытка изучить стоимость нанокомпозита адсорбент GFLE.Стоимость анализа на приготовление 1 г адсорбента была рассчитана как 300000р.

Механизм адсорбции

Согласно результатам, полученным из кинетических моделей, изотерм адсорбции, термодинамики и энергии активации, механизм адсорбции Cu (II) на нанокомпозите GFLE носит ионообменный, эндотермический и спонтанный характер. На рисунке 17 показан EDX-анализ GFLE после адсорбции Cu (II).

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *