Search

The object of research is bentonite clays, the main rock-forming mineral of which is montmorillonite. This natural silicate exhibits sorption capacity for heavy metal ions due to its high cation exchange capacity and specific surface area. One of the most problematic uses of montmorillonite in sorption processes is the ability to swell in aqueous media. This greatly complicates the separation of the spent sorbent from purified water. To eliminate this drawback, granulation is most often used, followed by heat treatment. Moreover, various polymer compounds are used as a structure-forming agent. This technique leads to a significant decrease in the specific surface of bentonite clays, and, therefore, deterioration in their sorption properties. In the course of the study, the method of surface modification of montmorillonite iron oxide-hydroxide (ferrihydrite) is used. The resulting materials are distinguished by manufacturability and increased sorption ability with respect to uranium compounds. This is due to the fact that when treating the surface of bentonite clays with ferrihydrite, effective sorbents can be obtained that lose their ability to swell without heat treatment. The deposition of a layer of iron oxide compounds on the surface of montmorillonite led to a change in the parameters of the porous structure of the resulting composite. So, the specific surface of the modified sample is 250 m2/g, which is significantly higher than that for the output mineral (89 m2/g). At the same time, the average pore size increased 2.8 times. It has been shown that as a result of surface treatment of montmorillonite with ferrihydrite, the sorption capacity of materials for uranium compounds increases with an increase in the iron content on the surface: from 0.42 mg/g for the initial montmorillonite to 10.13 mg/g for the modified sample. It is found that the presence of competitive metals (As, Mn, Co, Cd, Cr) in mineralized waters in equimolar amounts does not lead to a significant change in the values of uranium adsorption on bentonite/iron oxide composites., Объектом исследования являются бентонитовые глины, основным породообразующим минералом которых является монтмориллонит. Данный природный силикат проявляет сорбционную способность к ионам тяжелых металлов благодаря высокой катионообменной емкости и удельной поверхности. Одним из самых проблемных мест использования монтмориллонита в сорбционных процессах является способность к набуханию в водных средах. Это значительно усложняет отделение отработанного сорбента от очищенной воды. Для устранения данного недостатка чаще всего используют гранулирование с последующей термической обработкой. При этом в качестве структурообразующего агента применяют различные полимерные соединения. Такой прием приводит к значительному уменьшению удельной поверхности бентонитовых глин, а значит, и ухудшению их сорбционных свойств. В ходе исследования использовали метод модифицирования поверхности монтмориллонита оксигидроксидамы железа (феригидритом). Полученные материалы отличаются технологичностью и повышенной сорбционной способностью по отношению к соединениям урана. Это связано с тем, что при обработке поверхности бентонитовых глин феригидритом можно получить эффективные сорбенты, которые теряют способность к набуханию без термической обработки. Нанесение слоя ферумоксидных соединений на поверхность монтмориллонита привело к изменению параметров пористой структуры полученного композита. Так, удельная поверхность модифицированного образца равняется 250 м2/г, что значительно превышает таковую для исходного минерала (8 м2/г). При этом в 2,8 раза увеличился средний размер пор. Показано, что в результате обработки поверхности монтмориллонита феригидритом происходит рост сорбционной способности материалов по отношению к соединениям урана с увеличением содержания железа на поверхности: от 0,42 мг/г для исходного монтмориллонита до 10,13 мг/г для модифицированного образца. Установлено, что присутствие конкурентных металлов (As, Mn, Co, Cd, Cr) в минерализованных водах в эквимолярных количествах не приводит к существенному изменению величин адсорбции урана на бентонит/ферумоксидних композитах, Об’єктом дослідження є бентонітові глини, основним породоутворюючим мінералом яких є монтморилоніт. Даний природний силікат проявляє сорбційну здатність до іонів важких металів завдяки високій катіонообмінній ємності та питомій поверхні. Одним з найбільш проблемних місць використання монтморилоніту в сорбційних процесах є здатність до набухання у водних середовищах. Це значно ускладнює відділення відпрацьованого сорбенту від очищеної води. Для усунення даного недоліку найчастіше використовують гранулювання з подальшою термічною обробкою. При цьому в якості структуроутворюючого агенту застосовують різні полімерні сполуки. Такий прийом призводить до значного зменшення питомої поверхні бентонітових глин, а значить, і погіршення їх сорбційних властивостей. В ході дослідження використовували метод модифікування поверхні монтморилоніту оксигідроксидами феруму (феригідритом). Отримані матеріали відрізняються технологічністю та підвищеною сорбційною здатністю по відношенню до сполук урану. Це пов'язано з тим, що при обробці поверхні бентонітових глин феригідритом можна отримати ефективні сорбенти, які втрачають здатність до набухання без термічної обробки. Нанесення шару ферумоксидних сполук на поверхню монтморилоніту привело до зміни параметрів поруватої структури отриманого композиту. Так, питома поверхня модифікованого зразку становить 250 м2/г, що значно перевищує таку для вихідного мінералу (89 м2/г). При цьому у 2,8 рази збільшився середній розмір пор. Показано, що внаслідок обробки поверхні монтморилоніту феригідритом відбувається зростання сорбційної здатності матеріалів щодо сполук урану зі збільшенням вмісту заліза на поверхні: від 0,42 мг/г для вихідного монтморилоніту до 10,13 мг/г для модифікованого зразку. Встановлено, що присутність конкурентних металів (As, Mn, Co, Cd, Cr) в мінералізованих водах в еквімолярних кількостях не призводить до суттєвої зміни величин адсорбції урану на бентоніт/ферумоксидних композитах.

Проблематика. Біогенні магнітні наночастинки (БМН) виявлено у представників усіх трьох надцарств живих організмів: бактерій, архей та еукаріотів. При цьому вcтановлено, що механізм біомінералізації БМН єдиний для всіх живих організмів. Експериментально БМН виявлено у водоростях і найпростіших, черв’яках, хітонах, равликах, мурахах і метеликах, медоносних бджолах, термітах, омарах, тритонах, мігруючих та немігруючих рибах, морських черепахах, птахах, кажанах, дельфінах і китах, у свині та в людини, у рослинах і грибах. Дослідження наявності БМН у представників царства Гриби нечисленні, так само як і уявлення про ті функції, які вони виконують. Зокрема, невеликий обсяг біоінформаційних досліджень був спричинений відсутністю в базах даних розшифрованих геномів грибів. Усього виділяють 10 відділів царства Гриби, з яких жоден відділ не проаналізовано повністю. Дослідження грибів, які є представниками різних відділів царства Гриби, має як фундаментальний, так і практичний інтерес. З фундаментальної точки зору, виявлення потенційних продуцентів БМН серед грибів сприятиме пошуку відповіді на відкрите питання про функціональне призначення БМН у різних організмах. З практичної точки зору, виявлення потенційних продуцентів БМН серед грибів є перспективним для виготовлення магнітокерованого сорбенту на основі біомаси грибів. Для дослідження вибрано два найбільш численних відділи грибів – аскоміцети (Ascomycota) та базидіоміцети (Basidiomycota), геноми яких є широко представленими в біоінформаційних базах даних.Мета. Метою роботи є виявлення серед представників грибів відділів аскоміцети (Ascomycota) та базидіоміцети (Basidiomycota) потенційних продуцентів біогенних магнітних наночастинок методами порівняльної геноміки та експериментальне дослідження методами атомно-силової мікроскопії (АСМ) і магнітної силової мікроскопії (МСМ) зразків тканин грибів на предмет наявності в них БМН.Методика реалізації. В роботі застосовано метод попарного вирівнювання амінокислотних послідовностей білків грибів з білками Magnetospirillum gryphiswaldense MSR-1 із використанням вільної в до­ступі програми “BLAST” Національного центру біотехнологічної інформації (NCBI, США). Для експериментального дослідження зразків тканин грибів на предмет наявності в них БМН використовували методи АСМ і МСМ.Результати. Проведено біоінформаційний аналіз 160 видів грибів відділу аскоміцети та 63 видів грибів відділу базидіоміцети та вибрано для аналізу результатів вирівнювання по 15 представників, оскіль­ки їх геном у базі даних GenBank NCBI розшифрований більше ніж на 50 % та відомі функції гомологічних білків. Для аналізу результатів проведеного дослідження використано такі стандартні показники: значення Е-числа (тобто кількості вирівнювань з такою або кращою вагою вирівнювання, яку можна знайти випадково в базі даних певного розміру), Іdent – відсоток перекривання амінокис­лотних послідовностей, у межах яких проводиться вирівнювання, Length – кількість ідентичних амінокислотних залишків білків, що порівнюються, при оптимальному вирівнюванні та функції білків, що вирівнювались. При Ident > 18 %, Е-число ≤ 0,05, Length > 100 можна стверджувати, що по­слідовності гомологічні, а досліджуваний гриб є потенційним продуцентом БМН.Висновки. Методами порівняльної геноміки показано, що серед досліджених представників грибів відділів аскоміцети (Ascomycota) та базидіоміцети (Basidiomycota), геноми яких розшифровані більш ніж на 50 % у базі даних GenBank NCBI, всі види є потенційними продуцентами БМН. При цьому експериментальні дослідження БМН у зразках грибів A. bisporus і L. edodes методами АСМ і МСМ показали, що БМН у грибах утворюють ланцюжки, які локалізовані на стінках гіфів досліджених зразків грибів., Проблематика. Биогенные магнитные наночастицы (БМН) обнаружены у представителей всех трех надцарств живых организмов: бактерий, архей и эукариот. При этом известно, что механизм биоминерализации БМН единый для всех живых организмов. Экспериментально БМН обнаружены в водорослях и простейших, червях, хитонах, улитках, муравьях и бабочках, медоносных пчелах, термитах, омарах, тритонах, мигрирующих и немигрирующих рыбах, морских черепахах, птицах, летучих мышах, дельфинах и китах, у свиньи и у человека, в растениях и грибах. Исследование наличия БМН у представителей царства Грибы немногочисленные, так же как и представление о тех функциях, которые они выполняют. В частности, небольшой объем биоинформационных исследований был вызван отсутствием в базах данных расшифрованных геномов грибов. Всего выделяют 10 отделов царства Грибы, из которых ни один отдел не был проанализирован полностью. Исследования грибов, которые являются представителями разных отделов царства Грибы, имеет как фундаментальный, так и практический интерес. С фундаментальной точки зрения выявление потенциальных продуцентов БМН среди грибов может способствовать поиску ответа на открытый вопрос о функциональном назначении БМН в различных организмах. С практической точки зрения, выявление потенциальных продуцентов БМН среди грибов является перспективным для изготовления магнитоуправляемого сорбента на основе биомассы грибов. Для исследования выбраны два наиболее многочисленные отдела грибов – аскомицеты (Ascomycota) и базидиомицеты (Basidiomycota), геномы которых широко представлены в биоинформационных базах данных.Цель. Целью работы является выявление среди представителей высших грибов потенциальных продуцентов биогенных магнитных наночастиц методами сравнительной геномики и экспериментальное исследование методами атомно-силовой микроскопии (АСМ) и магнитной силовой микроскопии (МСМ) образцов тканей высших грибов на предмет наличия в них БМН.Методика реализации. В работе применен метод парного выравнивания аминокислотных последовательностей белков грибов с белками Magnetospirillum gryphiswaldense MSR-1 с использованием свободной в доступе программы “BLAST” Национального центра биотехнологической информации (NCBI, США). Для экспериментального исследования образцов тканей грибов на предмет наличия в них БМН использовали методы АСМ и МСМ.Результаты. Проведен биоинформационный анализ 160 видов грибов отдела аскомицеты и 63 видов грибов отдела базидиомицеты, и выделено для анализа результатов выравнивания по 15 представителей, поскольку их геном в базе данных GenBank NCBI расшифрован более чем на 50 % и известны функции гомологичных белков. Для анализа результатов проведенного исследования использованы следующие стандартные показатели: значения Е-числа (то есть количества выравниваний с таким или лучшим весом выравнивания, которое можно найти случайно в базе данных определенного размера), Ident – процент перекрытия аминокислотных последовательностей, в рамках которых производится выравнивание, Length – количество идентичных аминокислотных остатков белков, которые сравнивают, при оптимальном выравнивании и функции белков, которые выравнивались. При Ident > 18 %, Е-число ≤ 0,05, Length > 100 можно утверждать, что последовательности гомологичны, а исследуемый гриб является потенциальным продуцентом БМН.Выводы. Методами сравнительной геномики показано, что среди исследованных представителей высших грибов отделов аскомицеты (Ascomycota) и базидиомицеты (Basidiomycota), геномы которых расшифрованы более чем на 50 % в базе данных GenBank NCBI, все виды являются потенциальными продуцентами БМН. При этом экспериментальные исследования БМН в образцах грибов A. bisporus и L. edodes методами АСМ и МСМ показали, что БМН в грибах образуют цепочки, которые локализованы на стенках гифов исследованных образцов грибов., Background. Biogenic magnetic nanoparticles (BMNs) were found in organisms that belong to all three domains: prokaryotes, archaea, and eukaryotes. And it was found that the mechanism of biomineralization of BMN is the same for all living organisms. BMNs have been experimentally detected in algae and protozoa, worms, сhitons, snails, ants and butterflies, honey bees, termites, lobsters, tritons, migratory and non-migratory fish, turtles, birds, bats, dolphins and whales, humans, plants and mushrooms. The study of the presence of BMNs in representatives of the kingdom of the Fungi is not numerous, as well as an idea of the functions they perform. In particular, a small amount of bioinformatic research was caused by the absence of decrypted fungi genomes in databases. In total, there are 10 divisions of the kingdom Fungi, of which not a single division has been analyzed completely. The study of fungi, which are representatives of different parts of the kingdom Fungi has fundamental and practical interest. From a fundamental point of view, identifying potential producers of BMNs among fungi can help find an answer to an open-ended question about the functional purpose of BMNs in various organisms. From a practical point of view, the identification of potential producers of BMNs among fungi is promising for the manufacture of magnetically controlled sorbent based on the biomass of fungi. Two of the most abundant sections of fungi – Ascomycetes (Ascomycota) and Basidiomycetes (Basidiomycota), which genomes are widely represented in bioinformatic databases were selected to the study.Objective. The aim of the is to identify potential producers of BMNs among the representatives of higher fungi by methods of comparative genomics and experimental research using atomic force microscopy (AFM) and magnetic force microscopy (MFM) of samples of higher fungi tissue for the presence of BMN in them.Methods. The method of pairwise alignment of the amino acid sequences of the fungi proteins with Magnetospirillum gryphiswaldense MSR-1 proteins by using BLAST program of National Center for Biotechnology Information (NCBI, USA). Methods for AFM and MFM were used to study the fruiting bodies of fungi for the presence of BMNs.Results. Bioinformatic analysis of 160 species of fungi of the Ascomycota division and 63 species of fungi of the Basidiomycota division was carried out and selected to analyze the alignment results for 15 representatives each, since their genome was deciphered by more than 50% in the database of the GenBank NCBI and functions of homologous proteins are known. For the analysis of the conducted research results, the following indicators were used: the value of the E-number (the number of alignments with the same or better alignment weight that can be found by chance in a database of a certain size), Іdent – the percentage of amino acid sequence overlapping within which the alignment is made, Length – the number of identical amino acid residues of the proteins, compared at optimal alignment and the function of the aligned proteins. When Ident > 18%, E-number ≤ 0.05, Length > 100, it can be argued that the sequences are homologous, and the fungus is a potential producer of BMN.Conclusions. Using the methods of comparative genomics, it is shown that among the studied representatives of higher fungi of the Ascomycota and Basidiomycota division, which genomes are decoded by more than 50% in the GenBank NCBI database, all species are potential producers of BMNs. At the same time, experimental studies of BMNs in A. bisporus and L. edodes fungi using the methods of AFM and MSM showed that BMNs in fungi form chains localized on the walls of the hyphae of the investigated fungi samples.

The structure and adsorption characteristics of silica -and montmorillonite-based nanocomposites are investigated. Tetraethoxysilane was used as a source of silica. The porous structure was investigated by the method of low-temperature nitrogen adsorption.According to the research results, it was found that a small amount of silica in nanocomposite samples (14 % SiO2) contributes to the formation of material with a larger specific surface area and greater number of meso- and macropores compared to original montmorillonite. This, in turn, leads to a better diffusion of ions of different nature into the nanocomposite structure. An increase in the silica content (up to 57 % SiO2) allows obtaining microporous samples with a large specific surface area.It was determined that the increase of the montmorillonite content in the investigated samples contributes to the improvement of the adsorption properties of nanocomposites in relation to the removal of cobalt(II) ions from the aqueous medium. At an optimum silica content (3–14 % SiO2), the experimental samples retain high values of maximum cobalt adsorption (14 mg/g), as well as original montmorillonite. It was also found that an increase in the silica concentration in the samples increases the efficiency of removal of uranium(VI) ions from the aqueous medium (from 12 mg/g in original montmorillonite to 25 mg/g for nanocomposites with a silica content of 57 %). This is due to, first, an increase in the specific surface area of the samples, and secondly – an increase in the number of surface hydroxyl groups, which more selectively remove uranium from solutions. Thus, selection of the chemical composition of nanocomposites based on silica gel and montmorillonite allows regulating porous structures and surface chemistry, and thus increasing the sorbent efficiency depending on the task, Исследована структура и адсорбционные характеристики нанокомпозитов на основе кремнезема и монтмориллонита. Тетраэтоксисилан был использован в качестве источника кремнезема. Пористая структура исследовалась методом низкотемпературной адсорбции азота.По результатам исследований установлено, что незначительное количество кремнезема в образцах нанокомпозитов (14 % SiO2) способствует образованию материала с большей удельной поверхностью и большим количеством мезо- и макропор по сравнению с исходным монтмориллонитом. Это, в свою очередь, приводит к лучшей диффузии ионов различной природы в структуру нанокомпозита. Увеличение содержания кремнезема (до 57 % SiO2) позволяет получить микропористые образцы с большой удельной поверхностью.Определено, что увеличение содержания монтмориллонита в исследуемых образцах способствует улучшению адсорбционных свойств нанокомпозитов по отношению к извлечению ионов кобальта (II) из водной среды. При оптимальном содержании кремнезема (3-14 % SiO2) экспериментальные образцы сохраняют высокие значения предельной адсорбции кобальта (14 мг/г), как и исходный монтмориллонит. Также установлено, что увеличение концентрации кремнезема в образцах способствует росту эффективности извлечения ионов урана (VI) из водной среды (от 12 мг/г в исходного монтмориллонита до 25 мг/г для нанокомпозитов с содержанием кремнезема 57 %). Во-первых, это связано с увеличением удельной поверхности образцов, а во-вторых – увеличением количества поверхностных гидроксильных групп, которые более селективно изымают уран из растворов. Таким образом, подбор химического состава нанокомпозитов на основе силикагеля и монтмориллонита позволяет регулировать пористую структуру и химию поверхности, а следовательно и повышать эффективность сорбента в зависимости от поставленной задачи, Досліджено структуру та адсорбційні характеристики нанокомпозитів на основі кремнезему та монтморилоніту. Тетраетоксисилан був використаний в якості джерела кремнезему. Порувата структура досліджувалась методом низькотемпературної адсорбції азоту.За результатами досліджень встановлено, що незначна кількість кремнезему в зразках нанокомпозитів (14 % SiO2) сприяє утворенню матеріалу з більшою питомою поверхнею і більшою кількістю мезо- та макропор у порівнянні з вихідним монтморилонітом. Це, в свою чергу, приводить до кращої дифузії іонів різної природи в структуру нанокомпозиту. Збільшення вмісту кремнезему (до 57 % SiO2) дозволяє отримати мікропористі зразки з великою питомою поверхнею.Визначено, що збільшення вмісту монтморилоніту в досліджуваних зразках сприяє покращенню адсорбційних властивостей нанокомпозитів по відношенню до вилучення іонів кобальту (ІІ) з водного середовища. При оптимальному вмісті кремнезему (3-14 % SiO2) експериментальні зразки зберігають високі значення граничної адсорбції кобальту (14 мг/г), як і вихідний монтморилоніт. Також встановлено, що збільшення концентрації кремнезему в зразках сприяє зростанню ефективності вилучення іонів урану (VI) з водного середовища (від 12 мг/г у вихідного монтморилоніту до 25 мг/г для нанокомпозитів з вмістом кремнезему 57 %). По-перше, це пов’язане зі збільшенням питомої поверхні зразків, а по-друге – підвищенням кількості поверхневих гідроксильних груп, які більш селективно вилучають уран з розчинів. Таким чином, підбір хімічного складу нанокомпозитів на основі силікагелю та монтморилоніту дає змогу регулювати порувату структур та хімію поверхні, а отже і збільшити ефективність сорбенту в залежності від поставленої задачі