Removal of lead and cadmium by iron nanoparticles synthesized by actinobacteria

Abstract

Nanomaterials have gained remarkable attention due to its unique physicochemical properties and extensive usage in diverse fields. Novel nanomaterials such as metallic nanoparticles may have broad application areas. Iron oxide nanoparticles in the crystalline or amorphous state have been used in many applications such as magnetic fluids, diagnostic imaging, drug delivery, physical separation, solar energy transformation, magnetic storage media, electronics industry, and catalysts. In particular, nanometre-sized amorphous iron oxide particles have a large surface area; therefore, they are good candidates for gas sorption, sensors, and electrode materials, as well as for heavy metal and dye removal. In this study, an eco-friendly approach was employed to synthesize iron nanoparticles, and their effectiveness in removing lead, cadmium, and acid red 337 from aqueous solutions was analyzed. For the synthesis of iron nanoparticles, novel actinobacterial strains isolated from soil samples were used. Actinobacteria is a group of microorganisms well-known for their capability to synthesize various secondary metabolites with different applications. A total of six actinobacteria belonging to the genera Crossiella, Nocardia, Saccharothrix, Saccharomonospora and Streptomyces were isolated and used for iron nanoparticle synthesis. Physicochemical characteristics of the iron nanoparticle synthesized by Streptomyces sp. SP618 strain were revealed by XRD, SEM-EDS and FT-IR analyses. These iron nanoparticles effectively removed acid red 337 dye from aqueous solutions at pH 3 while the nanoparticles had no considerable effect on the removal of lead or cadmium. Moreover, the phylogenetic analysis based on 16S rRNA gene sequences revealed that the isolates revealed by this study might represent novel species within their corresponding genera. In conclusion, this study showed that iron nanoparticles synthesized by actinobacteria have a high potential for industrial applications, particularly for remediation processes.

Nanomateryaller, eşsiz fizikokimyasal özellikleri ve farklı alanlarda yaygın kullanımlarından dolayı yoğun ilgi çekmektedir. Metalik nanopartiküller gibi yeni nanomateryaller, yaygın uygulama alanlarına sahiptir. Kristal veya amorf yapıdaki demir oksit nanopartikülleri, manyetik sıvılar, tanımlayıcı görüntüleme, ilaç iletimi, fiziksel ayırma, solar enerji dönüşümü, manyetik depolama ortamları, elektronik endüstrisi ve katalizörler gibi birçok alanda kullanılmaktadır. Özellikle nanometre boyutundaki amorf demir oksit nanopartikülleri geniş bir yüzey alanına sahiptir; böylece bu nanopartiküller ağır metal ve boya uzaklaştırmanın yanı sıra gaz emilimi, sensörler ve elektrot materyalleri için kullanılabilecek iyi adaylardır. Bu çalışmada, demir nanopartiküllerinin sentezi için çevre dostu bir yöntem kullanılarak sentezlenen nanopartiküllerin sulu çözeltilerden kurşun, kadmiyum ve asit kırmızısı 337 boya maddesini uzaklaştırabilme etkinliği analiz edildi. Demir nanopartiküllerinin sentezi için toprak örneklerinden izole edilen yeni aktinobakteri suşları kullanıldı. Aktinobakteriler, farklı uygulama alanlarına sahip çeşitli sekonder metabolitleri sentezleme yeteneğine sahip olduğu bilinen bir mikroorganizma grubudur. Demir nanopartikülü sentezi için Crossiella, Nocardia, Saccharothrix, Saccharomonospora ve Streptomyces cinslerine ait toplan altı izolat kullanılmıştır. Streptomyces sp. SP618 izolatı tarafından sentezlenen demir nanopartiküllerinin fizikokimyasal özellikleri XRD, SEM-EDS ve FT-IR ile analiz edildi. Nanopartiküller, sulu çözeltideki (pH 3) asit kırmızısı 337 boyasını etkili bir biçimde uzaklaştırırken, bu nanopartiküllerin kurşun veya kadmiyumun uzaklaştırılmasında dikkate değer bir etkinliğinin olmadığı görülmüştür. Ayrıca, 16S rRNA gen dizi analizine dayalı olarak gerçekleştirilen filogenetik analiz, bu çalışmada nanopartikül sentezi için kullanılan izolatların ilişkili oldukları cinsler için yeni türleri temsil edebileceğini göstermektedir. Sonuç olarak bu çalışma, aktinobakteriler tarafından sentezlenen demir nanopartiküllerinin, özellikle arıtma süreçleri gibi endüstriyel uygulamalar için yüksek bir potansiyele sahip olduğunu göstermektedir.