РАВНОВЕСИЕ, КИНЕТИКА И ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ БИОСОРБЦИИ КОНГО КРАСНОГО КРАСИТЕЛЯ БИОМАССОЙ SERRATIA MARCESCENS MM06

  • Ibrahim A. Sabo Университет Путра Малайзия
  • Motharasan Manogaran Малайзийский институт генома и вакцин (MGVI) Национальный институт биотехнологии Малайзии (NIBM) Джалан Банги
  • Nur A. Yasid Университет Путра Малайзия
  • Ahmad R. Othman Университет Кебангсаан Малайзия
  • Mohd Y. Abd Shukor Университет Путра Малайзия
Ключевые слова: биосорбция, конго красный, термодинамика, изотермы

Аннотация

Красители представляют собой экологические риски с канцерогенными эффектами, которые ощущаются во всем мире, в том числе в Малайзии. Загрязнение воды происходит из различных источников, таких как производственные компании, исследовательские и медицинские центры. Целью исследования является изучение биосорбции красителя Конго красный (CR) бактериальной биомассой для промышленного применения. Двенадцать различных видов бактерий были протестированы на CR. Он проверяет и оптимизирует бактериальную сорбцию с использованием однофакторной (OFAT), он исследует инфракрасную Фурье-спектроскопию (FTIR), сканирующий электронный микроскоп (SEM), кинетические и равновесные модели и термодинамику. Штамм Serratia marcescens MM06 удалил больше всего красителя среди 12 бактериальных изолятов. Биомассу инкубировали с красителем 100 ppm, затем центрифугировали и измеряли при 507 нм. Оптимальными условиями после OFAT были 25°C, pH 7,0, перемешивание 125 об/мин, 20 мин, концентрация красителя 90 мг/л и дозировка абсорбента 0,94 г. FTIR и SEM характеризовали биосорбцию. Нелинейная регрессия проанализировала изотермы и кинетику, выявив псевдовторой порядок и Ленгмюр как наилучшие соответствия. Параметры подобранных изотерм, а именно, Ленгмюра, Фрейндлиха, БЭТ, Sips, Фрица-Шлюндера IV и Фрица-Шлюндера V, составили 4,387657 мг/г, 3,750862 мг/г, 4,387657 мг/г, 2,800659 мг/г, 12,178957 мг/г, 2,557313 мг/г соответственно. Параметры термодинамической свободной энергии Гиббса (DG), энтальпии (DH) и энтропии (DS) модификации указывают на экзотермические и спонтанные процессы. Serratia marcescens MM06 оказался эффективным для удаления красителя CR из сточных вод.

Для цитирования:

Сабо И.А., Маногаран М., Ясид Н.А., Отман А.Р., Абд Шукор М.Ю. Равновесие, кинетика и термодинамические исследования биосорбции конго красного красителя Биомассой Serratia marcescens MM06. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2026. Т. 69. Вып. 3. С. 117-127 DOI: 10.6060/ivkkt.20266903.6346.

Литература

Khankhasaeva S.T., Badmaeva S.V. Adsorption of methanyl yellow dye on Fe-modified bentonite clay. Chem-ChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2022. V. 65. N 5. P. 23–29. DOI: 10.6060/ivkkt.20226505.6438.

Vu Thi Tinh, Vu Ngoc Duy, Nguyen Thi Bich Viet. Efficient decolorization of Reactive Red 261 dye by an ad-vanced oxidation system based on peroxymonocarbonate. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2025. V. 68. N 12. P. 119-128. DOI: 10.6060/ivkkt.20256812.7249.

Maurya R., Ghosh T., Paliwal C., Shrivastav A., Chokshi K., Pancha I., Ghosh A., Mistra S. Biosorption of methylene blue by de-oiled algal biomass: Equilibrium, kinetics and artificial neural network modelling. PLoS One. 2014. V. 9. N 10. P. 1–13. DOI: 10.1371/journal.pone.0109545.

Yasid N.A., Basirun A.A., Marbawi H. Modelling the Kinetics of Tartrazine Sorption by Bottom Ash. J. Environ. Microbiol. Toxicol. 2022. V. 10. N 2. P. 48–58. DOI: 10.54987/jemat.v10i2.773.

Fomina M., Gadd G.M. Biosorption: Current perspectives on concept, definition and application. Bioresour. Tech-nol. 2014. V. 160. N 2014. P. 3–14. DOI: 10.1016/j.biortech.2013.12.102.

Volesky B., Naja G. Biosorption technology: starting up an enterprise. Int. J. Technol. Transf. Commer. 2007. V. 6. N 4. P. 196. DOI: 10.1504/IJTTC.2007.017806.

Das S.K., Shome I., Guha A.K. Biotechnological Potential of Soil Isolate, Flavobacterium mizutaii for Removal of Azo Dyes: Kinetics, Isotherm, and Microscopic Study. Sep. Sci. Technol. 2012. V. 47. N 13. P. 1913–1925. DOI: 10.1080/01496395.2012.663446.

Manogaran M., Yasid N.A., Othman A.R., Gunasekaran B., Izuan M., Halmi M.E., Shukor M.Y. Biodecolourisa-tion of Reactive Red 120 as a Sole Carbon Source by a Bacterial Consortium — Toxicity Assessment and Statisti-cal Optimisation. Int. J. Environ. Res. Public Health. 2021. V. 18. P. 2424. DOI: 10.3390/ijerph18052424.

Halmi M.E., Gunasekaran B., Othman A.R, Kamaruddin K., Dahalan F.A., Ibrahim N., Shukor M.Y. A rapid inhibitive enzyme assay for monitoring heavy metals pollution in the Juru Industrial Estate. Biorem Sci Technol Res. 2015. V. 3. N 2. P. 7–12. DOI: 10.54987/bstr.v3i2.290.

Canizo B.V., Agostini E, Wevar Oller AL., Dotto G.L., Vega I.A., Escudero L.B. Removal of Crystal Violet from Natural Water and Effluents Through Biosorption on Bacterial Biomass Isolated from Rhizospheric Soil. Water Air Soil Pollut. 2019. V. 230. N 8. P. 1–14. DOI: 10.1007/s11270-019-4235-5.

Huang L. Optimization of a new mathematical model for bacterial growth. Food Control. 2013.V. 32. N 1. P. 283–288. DOI: 10.1016/j.foodcont.2012.11.019.

Yagub M.T., Sen T.K., Afroze S., Ang H.M. Dye and its removal from aqueous solution by adsorption: A review. Adv. Colloid Interface Sci. 2014. V. 209. N 2014. P. 172–184. DOI: 10.1016/j.cis.2014.04.002.

Gedam V. V., Raut P., Chahande A., Pathak P. Kinetic, thermodynamics and equilibrium studies on the removal of Congo red dye using activated teak leaf powder. Appl. Water Sci. 2019. V. 9. N 3. P. 1–13. DOI: 10.1007/s13201-019-0933-9.

Edokpayi J.N., Makete E. Removal of Congo red dye from aqueous media using Litchi seeds powder: Equilibri-um, kinetics and thermodynamics. Phys. Chem. Earth. 2021. V. 123. N 2020. P. 103007. DOI: 10.1016/j.pce.2021.103007.

Dan-Iya B.I., Yahuza S., Sabo I.A. Kinetic Analysis of the Adsorption of Chromium onto Calcium Alginate Na-noparticles. Bull. Environ. Sci. Sustain. Manag. 2021.V 5. N 2. P. 8–13. DOI: 10.54987/bessm.v5i2.648.

Lagergren S. Zur theorie der sogenannten adsorption gelöster stoffe (About the theory of so-called adsorption of soluble substances). K. Sven. Vetenskapsakademiens Handl. 1898. V. 24. P. 1–39.

Ho Y.S., McKay G. Pseudo-second order model for sorption processes. Process Biochem. 1999. V. 34. P. 451–465. DOI: 10.1016/S0032-9592(98)00112-5.

Silva F., Nascimento L., Brito M., da Silva K., Paschoal W., Fujiyama R. Biosorption of methylene blue dye using natural biosorbents made from weeds. Materials. 2019. V. 12. N 15. P. 2486. DOI: 10.3390/ma12152486.

Gupta V.K., Agarwal S., Ahmad R., Mirza A., Mittal J. Sequestration of toxic congo red dye from aqueous solu-tion using ecofriendly guar gum/ activated carbon nanocomposite. Int. J. Biol. Macromol. 2020. N 158. P. 1310–1318. DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2020.05.025.

Sarkar S., Echeverr A., Banerjee A. Decolourisation and Biodegradation of Textile Di-azo Dye Congo Red by Chryseobacterium geocarposphaerae DD3. Sustainability. 2021. N 13. P. 10850. DOI: 10.3390/su131910850.

Kankeu E.F., Mulaba A.F. Review of challenges in the escalation of metal-biosorbing processes for wastewater treatment: Applied and commercialized technologies. African J. Biotechnol. 2014. V. 13. N 17. P. 1756–1771. DOI: 10.5897/AJB2013.13311.

Crini G., Badot P.M. Application of chitosan, a natural aminopolysaccharide, for dye removal from aqueous solutions by adsorption processes using batch studies: A review of recent literature. Prog. Polym. Sci. 2008. V. 33. N 4. P. 399–447. DOI: 10.1016/j.progpolymsci.2007.11.001.

Verma P., Madamwar D. Decolourization of synthetic dyes by a newly isolated strain of Serratia marcescens. World J. Microbiol. Biotechnol. 2003. V. 19. P. 615–618. DOI: 10.1023/A:1025115801331.

Velkova Z.Y., Kirova G.K., Stoytcheva M.S., Gochev V.K. Biosorption of Congo Red and methylene blue by pretreated waste streptomyces fradiae biomass - Equilibrium, kinetic and thermodynamic studies. J. Serbian Chem. Soc. 2018. V. 83. N 1. P. 107–120. DOI: 10.2298/JSC170519093V.

Wanyonyi W.C., Onyari J.M., Shiundu P.M. Adsorption of congo red dye from aqueous solutions using roots of eichhornia crassipes: Kinetic and equilibrium studies. Energy Procedia. 2014. N 50. P. 862–869. DOI: 10.1016/j.egypro.2014.06.105.

Abbas M., Trari M. Kinetic, equilibrium and thermodynamic study on the removal of Congo Red from aqueous solutions by adsorption onto apricot stone. Process Saf. Environ. Prot. 2015. N 98. P. 424–436. DOI: 10.1016/j.psep.2015.09.015.

Jayan N., Bhatlu M.L. Removal of lead using isolated microorganisms from contaminated soil. Adv. Mater. Process Manuf. Appl. 2021. P. 335–344. DOI: 10.1007/978-981-16-0909-1_34.

Saha P., Chowdhury S. Insight Into Adsorption Thermodynamics. Thermodynamics. 2011. P. 349–364. DOI: 10.5772/558.

Caner N., Kiran I., Ilhan S., Iscen C.F. Isotherm and kinetic studies of Burazol Blue ED dye biosorption by dried anaerobic sludge. J. Hazard. Mater. 2009. V. 165. N 1- 3. P. 279–284. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2008.09.108.

Nacèra Y., Aicha B. Equilibrium and kinetic modelling of methylene blue biosorption by pretreated dead streptomyces rimosus: Effect of temperature. Chem. Eng. J. 2006. V. 119. N 2- 3. P. 121–126. DOI: 10.1016/j.cej.2006.01.018.

Yaneva Z.L., Georgieva N.V. Insights into Congo Red Adsorption on Agro-Industrial Materials - Spectral, Equi-librium, Kinetic, Thermodynamic, Dynamic and Desorption Studies. A Review. Int. Rev. Chem. Eng. 2012. V. 4. N 2003. P. 127–146.

Çolak F., Atar N., Olgun A. Biosorption of acidic dyes from aqueous solution by Paenibacillus macerans: Kinetic, thermodynamic and equilibrium studies. Chem. Eng. J. 2009. V. 150. N 1. P. 122–130. DOI: 10.1016/j.cej.2008.12.010.

Mane U., Gurav P.N., Deshmukh A.M., Govindwar S.P. Degradation of textile dye reactive navy-blue Rx (Reactive blue?9) by an isolated Actinomycete Streptomyces krain-skii SUK-5. Malays J. Microbiol. 2008. V. 4. N 2. P. 1–5. DOI: 10.21161/mjm.10408.

Hamzeh Y., Ashori A., Azadeh E., Abdulkhani A. Removal of Acid Orange 7 and Remazol Black 5 reactive dyes from aqueous solutions using a novel biosorbent. Mater. Sci. Eng. C. 2012. V. 32. N 6. P. 1394–1400. DOI: 10.1016/j.msec.2012.04.015.

Nath J., Ray L. Biosorption of Malachite green from aqueous solution by dry cells of Bacillus cereus M116 (MTCC 5521). J. Environ. Chem. Eng. 2015. V. 3. N 1. P. 386–394. DOI: 10.1016/j.jece.2014.12.022.

Jai Shanker Pillai H.P. Optimization of process conditions for effective degradation of azo blue dye by strep-tomyces DJP15. J. Pure Appl. Microbiol. 2017. V. 11. N 4. P. 1757–1765. DOI: 10.22207/JPAM.11.4.14.

Lafi R., Montasser I., Hafiane A. Adsorption of congo red dye from aqueous solutions by prepared activated carbon with oxygen-containing functional groups and its regeneration. Adsorpt. Sci. Technol. 2019. V. 37. N 1-2. P. 160–181. DOI: 10.1177/0263617418819227.

Venkata M.S., Chandrasekhar R.N., Karthikeyan J. Adsorptive removal of direct azo dye from aqueous phase onto coal based sorbents: A kinetic and mechanistic study. J. Hazard. Mater. 2002. V. 90. N 2. P. 189–204. DOI: 10.1016/S0304-3894(01)00348-X.

Nguyen T.A., Fu C.C., Juang R.S. Biosorption and bio-degradation of a sulfur dye in high-strength dyeing wastewater by Acidithiobacillus thiooxidans. J. Environ. Manage. 2016. N 182. P. 265–271. DOI: 10.1016/j.jenvman.2016.07.083.

Dandge R., Ubale M., Farooqui M., Rathod S. Adsorption study for the Removal of Hazardous Dye Congo Red by Biowaste Materials as Adsorbents. Int. J. Appl. Innov. Eng. Manag. 2016. V. 5. N 11. P. 9–16.

Li C., Zhang L., Xia H., Peng J., Zhang S., Cheng S. Kinetics and isotherms studies for congo red adsorption on mesoporous Eupatorium adenophorum-based activated carbon via microwave-induced H3PO4 activation. J. Mol. Liq. 2016. N 224. P. 737–744. DOI: 10.1016/j.molliq.2016.10.048.

Tran H.N., You S.J., Hosseini B.A., Chao H.P. Mistakes and inconsistencies regarding adsorption of contaminants from aqueous solutions: A critical review. Water Res. 2017. N 120. P. 88–116. DOI: 10.1016/j.watres.2017.04.014.

Cai Z., Deng X., Wang Q., Lai J., Xie H., Chen Y., Huang B., Lin G. Core-shell granular activated carbon and its adsorption of trypan blue. J. Clean Prod. 2020. P. 242. DOI: 10.1016/j.jclepro.2019.118496.

Wu K., Pan X., Zhang J., Zhang X., Salah Z. A., Tian Y. Biosorption of Congo Red from Aqueous Solutions Based on Self-Immobilized Mycelial Pellets: Kinetics, Isotherms, and Thermodynamic Studies. ACS Omega. 2020. V. 5. N 38. P. 24601–24612. DOI: 10.1021/acsomega.0c03114.

Mansour R.A., El Shahawy A., Attia A., Beheary M.S. Brilliant Green Dye Biosorption Using Activated Carbon Derived from Guava Tree Wood. Int. J. Chem. Eng. 2020. N 1. P. 1–12. DOI: 10.1155/2020/8053828

Nguyen D., Tran H.N., Juang R.S,, Dat N.D., Tomul F., Ivanets A., Woo S.H., Bandegharaei A.H. Chao H.P. Adsorption process and mechanism of acetaminophen on-to commercial activated carbon. J. Environ. Chem. Eng. 2020. V. 8. N 6. P. 104408. DOI: 10.1016/j.jece.2020.104408.

Tran H.N., You S.J., Chao H.P. Thermodynamic parameters of cadmium adsorption onto orange peel calculated from various methods: A comparison study. J. Environ. Chem. Eng. 2016. V. 4. N 3. P. 2671–2682. DOI: 10.1016/j.jece.2016.05.009.

Ghatbandhe A.S., Jahagirdar H.G., Yenkie M.K., Deosarkar S.D. Evaluation of thermodynamic parameters of 2, 4-dichlorophenoxyacetic acid (2, 4-D) adsorption. J. Chem. 2013. V. 9. P. 1–6. DOI: 10.1155/2013/519304.

Опубликован
2026-01-26
Как цитировать
Sabo, I. A., Manogaran, M., Yasid, N. A., Othman, A. R., & Abd Shukor, M. Y. (2026). РАВНОВЕСИЕ, КИНЕТИКА И ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ БИОСОРБЦИИ КОНГО КРАСНОГО КРАСИТЕЛЯ БИОМАССОЙ SERRATIA MARCESCENS MM06. ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ. СЕРИЯ «ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ», 69(3), 117-127. https://doi.org/10.6060/ivkkt.20266903.6346
Раздел
Экологические проблемы химии и химической технологии