Comparative analysis for three different immobilisation strategies in the hexavalent chromium biosorption process using Bacillus sphaericus S-layer

Authors

  • Diana Marcela Carrero,

    1. Grupo de Diseño de Productos y Procesos (GDPP), Department of Chemical Engineering, Universidad de los Andes, Carrera 1 E No. 19ª 40, Edificio Mario Laserna, Bogotá, Colombia
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  • Johanna Maritza Morales,

    1. Grupo de Diseño de Productos y Procesos (GDPP), Department of Chemical Engineering, Universidad de los Andes, Carrera 1 E No. 19ª 40, Edificio Mario Laserna, Bogotá, Colombia
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  • Andrea Carolina Garcia,

    1. Grupo de Diseño de Productos y Procesos (GDPP), Department of Chemical Engineering, Universidad de los Andes, Carrera 1 E No. 19ª 40, Edificio Mario Laserna, Bogotá, Colombia
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  • Nathalia Florez,

    1. Grupo de Diseño de Productos y Procesos (GDPP), Department of Chemical Engineering, Universidad de los Andes, Carrera 1 E No. 19ª 40, Edificio Mario Laserna, Bogotá, Colombia
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  • Paula Andrea Delgado,

    1. Grupo de Diseño de Productos y Procesos (GDPP), Department of Chemical Engineering, Universidad de los Andes, Carrera 1 E No. 19ª 40, Edificio Mario Laserna, Bogotá, Colombia
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  • Jenny Dussan,

    1. Centro de Investigaciones Microbiológicas (CIMIC), Departamento de Ciencias Biológicas, Universidad de los Andes, Carrera 1E No. 18A10, Bloque J, Bogotá, Colombia
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  • Andrés Córdoba Uribe,

    1. Grupo de Diseño de Productos y Procesos (GDPP), Department of Chemical Engineering, Universidad de los Andes, Carrera 1 E No. 19ª 40, Edificio Mario Laserna, Bogotá, Colombia
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  • Andrés Fernando González Barrios

    Corresponding author
    1. Grupo de Diseño de Productos y Procesos (GDPP), Department of Chemical Engineering, Universidad de los Andes, Carrera 1 E No. 19ª 40, Edificio Mario Laserna, Bogotá, Colombia
    • Grupo de Diseño de Productos y Procesos (GDPP), Department of Chemical Engineering, Universidad de los Andes, Carrera 1 E No. 19ª 40, Edificio Mario Laserna, Bogotá, Colombia.
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Abstract

Hexavalent chromium constitutes an important water pollutant due to its cancerogenic properties. In countries such as Colombia it is widely used as a preservative in the leather industry. Bacillus sphaericus S-layer exhibits high metal-binding capacity hence the use of this microorganism to remove metals such as chromium from polluted regions based on immobilised cells systems is suggested to be an interesting proposal. The paper describes thermodynamic adsorption process of Cr(VI) on immobilised biomass of B. sphaericus cells on polyurethane foam, sol–gel, and sawdust. The adsorption isotherms describe different immobilisation mechanisms regarding the support utilised. For example, polyurethane and sawdust immobilisation process were described with the classical Langmuir model while sol–gel followed Generalised Freundlich–Kiselev behaviour. Moreover, through determining breakthrough curves in packed columns with each medium we found surface diffusion and mass bulk transfer rate as crucial factors when scaling-up the process.

Abstract

Le chrome hexavalent est un polluant important de l'eau en raison de ses propriétés cancérigènes. Dans des pays tels que la Colombie, le chrome est largement utilisé comme conservateur dans l'industrie du cuir. La couche de surface de Bacillus sphaericus montre de fortes capacités de fixation des métaux, d'où la suggestion de l'intérêt potentiel de l'utilisation de ce micro-organisme pour éliminer des métaux comme le chrome de régions polluées en se basant sur des systèmes cellulaires immobilisés. L'article décrit le processus d'adsorption thermodynamique du Cr(VI) dans une biomasse immobilisée de cellules de B. sphaericus, sur mousse de polyuréthane, avec la méthode sol–gel et sur de la sciure de bois. Les isothermes d'adsorption décrivent différents mécanismes d'immobilisation en fonction du support utilisé. Par exemple, les processus d'immobilisation avec la mousse de polyuréthane et la sciure étaient décrits avec le modèle classique de Langmuir tandis que la méthode sol–gel suivait un comportement Freundlich–Kiselev généralisé. De plus, avec la détermation des courbes d'interférence des colonnes à remplissage pour chaque milieu, nous avons conclu que la diffusion en surface et que le taux de transfert de masse étaient des facteurs cruciaux pour faire passer le processus à une plus grande échelle.

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