Бактериальную культуру, которая быстрее, чем другие микроорганизмы, восстанавливает наиболее ядовитую для окружающей среды VI степень окисления хрома до степени III, выделили ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ), 22 июля сообщает пресс-служба вуза.

Хром активно применяется в промышленности. Его используют в металлургии за высокую коррозионную стойкость и твердость, в кожевенном производстве для выделки кож, при изготовлении защитных покрытий, пигментов и в ряде других производств.

Степени окисления хрома в различных соединениях варьируются от II до VI. При том что высшая степень окисления очень ядовита, в России за год образуется более 4 тонн выбросов, содержащих хром VI. Они способны нарушать биохимические процессы в окружающей среде, представляя опасность для живых организмов.

Чтобы снизить вред от таких процессов, обычно применяют восстановление степени окисления хрома до третьей, используя как различные химические соединения, так и культуры микроорганизмов, уменьшающие эту токсичность за счет биохимических превращений.

Ученые Пермского Политеха выделили и исследовали новую культуру бактерий, эффективную для этих целей. Результаты исследования они представили в статье «Восстановление ионов Cr (VI) в растворах с использованием культуры бактерий», опубликованной в сборнике «Химия. Экология. Урбанистика», 2024 год.

Ионы хрома VI, которые содержатся в выбросах гальванических цехов машиностроительного производства, где хромируют изделия, а также производств антикоррозийных сплавов и хромсодержащих пигментов, являются наиболее опасными экотоксикантами. Они, накапливаясь в живых организмах, в том числе тканях человека, могут вызывать аллергические реакции, а также оказывать канцерогенное действие.

Воздействие ионов этого металла на окружающую среду можно снизить за счет понижения степени окисления хрома до третьей. Однако используемые в этих целях химические реагенты сами довольно неэкологичны, агрессивны и дороги.

Поэтому в настоящее время эту проблему предлагают решать биохимическим методом — с помощью бактерий, способных снижать степень окисления хрома VI в растворах.

Ученые ПНИПУ для этих целей выделили и вырастили свою культуру микроорганизмов — Red. Cr. Исследования показали, что она способна подвергать обратному процессу окисления 96% ионов хрома VI. При этом, по сравнению с аналогами, эта культура может работать с более высокими концентрациями хрома VI (до 500 мг/дм³) и обеспечивает более высокую скорость восстановления его до хрома III.

Данную культуру ученые выделили из почвы, отобранной рядом с гальваническим предприятием. Они выбрали ее из нескольких выделенных, поскольку она оказалась наиболее устойчива к токсичному действию хрома VI.

Студентка кафедры «Химия и биотехнология» ПНИПУ Дана Завьялова рассказала о проведенных исследованиях:

«Мы проверили культуру на возможность расти при высоких концентрациях ионов хрома VI. Оказалось, они способны выдерживать до 500 мг/дм³. Далее проверили бактерии на эффективность снижения степени окисления в растворах при разных условиях. Эксперименты показали, что на процесс восстановления влияют концентрации ионов хрома VI, источники углеродного питания и температура».

Было установлено, что наивысшая степень восстановления в 96% достигается вне зависимости от температуры при концентрации ионов хрома VI, равной 30 мг/дм³. Более высокая концентрация ионов снижает степень окисления. Так, при концентрации 50 мг/дм³ и температуре 32 °С степень восстановления составляет уже только 85%.

«Сам биохимический процесс происходит в биореакторе, где выделенная нами культура бактерий Red. Cr восстанавливает ионы хрома VI с последующим образованием осадка в виде гидроксида хрома III. При использовании концентрации вещества 30 мг/дм³ длительность процесса занимает 14 суток, а при 50 мг/дм³ — 28 суток. По сравнению с некоторыми конкурентными хромвосстанавливающими культурами действие нашей происходит быстрее при равных условиях», — пояснила доцент кафедры «Химия и биотехнология» ПНИПУ кандидат химических наук Мария Соколова.

Результаты, полученные учеными Пермского Политеха, могут быть использованы предприятиями машиностроительного, кожевенного, металлургического, горнодобывающего и химического производств. Выявленная в ПНИПУ культура микроорганизмов поможет значительно снизить вредное влияние хромосодержащих веществ в промышленных выбросах этих производств на окружающую среду.