Αποτίμηση του υποέργου με τίτλο: «Απομάκρυνση ραδιοϊσοτόπων από υδατικά συστήματα με τη χρήση βιολογικών υλικών» Επιστημονικός Υπεύθυνος: Β. ΣΥΜΕΟΠΟΥΛΟΣ, Επ. Καθηγητής, Τμήματος Χημείας
Ποια στοιχεία μελετήθηκαν ; Αντιπροσωπευτικά στοιχεία που εξομοιώνουν την συμπεριφορά ραδιοϊσοτόπων (φυσικών ή τεχνητών), δηλ. U(VI), Ba, Eu(III) ή Nd(III). Σε μικρότερη έκταση μελετήθηκαν άλλα βαριά μέταλλα, που είναι συνήθεις βιομηχανικοί ρύποι, π.χ. Co(II), Cd(II). Ποια βιολογικά υλικά μελετήθηκαν; Τα βιολογικά υλικά που εξετάσθηκαν στο υποέργο ανήκουν σε δυο μεγάλες κατηγορίες 1. αγροτοβιομηχανικά παραπροϊόντα και 2. προβιοτικοί μικροοργανισμοί. Γιατί αγροτοβιομηχανικά παραπροϊόντα; Υλικά μικρής αξίας,... επομένως μεγάλο όφελος (προστιθέμενη αξία) αν μπορούσαν να απομακρύνουν ραδιοϊσότοπα.
Γιατί μελετήθηκαν οι προβιοτικοί μικροοργανισμοί; Προσπαθήσαμε να απαντήσουμε στο ερώτημα. «Είναι δυνατόν μικροοργανισμοί που υπάρχουν ή προστίθενται στα τρόφιμα (προβιοτικοί μικροοργανισμοί) να αποτελέσουν μέσο για την μείωση των δυσμενών επιπτώσεων στην υγεία του καταναλωτή από την πιθανή παρουσία ραδιοϊσοτόπων στη τροφική αλυσίδα;» Τα αγροτοβιομηχανικά παραπροϊόντα που μελετήθηκαν είναι παραπροϊόντα: ι) ζυθοποιίας όπως τα ριζίδια κριθαριού (Malt Spent Rootlets, MSR) και οι φλοιοί κριθαριού (Brewer s Spent Grains, BSG) και ιι) οινοποιίας, όπως οι μίσχοι σταφυλιών (Grape Stalks, GS).
Ριζίδια κριθαριού Φλοιοί κριθαριού Μίσχοι σταφυλιού Malt Spent Rootlets Brewer s Spent grains Grape Stalks (GS) 0,18<d<1mm 1<d<1,7mm 1<d<1,7mm
Η ποσότητα (q) του ραδιοϊσοτόπου σε mg που δεσμεύεται από 1 g υλικού (είτε αγροτοβιομηχανικών παραπροϊόντων ή προβιοτικών μικροοργανισμών που μελετήθηκαν), υπολογίζεται από τη σχέση: q = ( C C ) V αρχ m βιοµ. όπου C αρχ και C τελ η συγκέντρωση του ραδιοϊσοτόπου ( σε mg/l ) στην αρχή και στο τέλος του πειράματος, V ο όγκος του διαλύματος (σε λίτρα, L) και m βιοµ. η μάζα (σε g) του υπό μελέτη υλικού που συμμετέχει στο πείραμα. Το ποσοστό R(%) της συγκέντρωσης του ραδιοϊσοτόπου που δεσμεύεται υπολογίζεται από τη σχέση: Cαρχ Cτελ R(%) = 100 C αρχ τελ
Τα πειραματικά δεδομένα (κινητική της προσρόφησης ή ισόθερμοι προσρόφησης) προσαρμόστηκαν σε γνωστά μοντέλα. Ως κριτήριο καλύτερης προσαρμογής στα μοντέλα χρησιμοποιήθηκε η κανονικοποιημένη τυπική απόκλιση Δq (%), που εκτιμήθηκε από τη σχέση: q(%) = 100 Σ[( q q ) / q ] πειρ θεωρ πειρ n 1 2
Προσπαθώντας να βελτιώσουμε την ικανότητα δέσμευσης των υλικών που μελετήσαμε, αλλά και να μελετήσουμε την συνεισφορά συγκεκριμένων ομάδων στο φαινόμενο, τα υποβάλλαμε σε διάφορες χημικές κατεργασίες. π.χ. κατεργασία με μεθανόλη (μετατρέπει τις καρβοξυλομάδες σε εστεροομάδες) κατά την αντίδραση: + H 3 3 2 RCOOH+CH OH RCOOCH +H O
Κινητική της δέσμευσης του U(VI) στα υπό μελέτη υλικά Τι σημαίνει κινητική; Είναι η μεταβολή της ποσότητας του στοιχείου που δεσμεύεται, δηλ. του q, συναρτήσει του χρόνου t. Κάναμε κινητική σε τέσσερεις θερμοκρασίες για κάθε υλικό που μελετήθηκε.
Παράδειγμα κινητική στους 25 ο C για τρία βιοϋλικά, είτε ακατέργαστα, είτε μετά από χημική τροποποίηση των λειτουργικών ομάδων τους. q (mg g -1 ) 160 140 120 100 80 60 40 20 0 0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 t (min) ακατέργαστα MSR κατεργασμένα MSR ακατέργαστα BSG κατεργασμένα BSG GS
Έγινε προσαρμογή των πειραματικών δεδομένων στα εξής κινητικά μοντέλα: Ψευδο-πρώτης τάξεως: ln( q q ) = ln q k t e t e 1 Ψευδο-δευτέρας τάξεως: t 1 1 = + t q k q q 2 t 2 e e Μοντέλο Elovich qt 1 1 = ln( αβ ) + ln t β β
Φαινόμενη Ενέργεια Ενεργοποίησης Με την βοήθεια της Εξίσωση Arrhenius, υπολογίστηκε η Ενέργεια ενεργοποίησης, η τιμή της οποίας δηλώνει χημειορόφηση, π.χ. E 1 ln k = ln A a R T Βιομάζα Ε α (kj mol -1 ) Ακατέργαστα υλικό 1 38 ± 3 Κατεργασμένο υλικό 1 39 ± 3 Ακατέργαστα υλικό 2 37 ± 1 Χημειορρόφηση Κατεργασμένο υλικό 2 33 ± 3
Μελέτες Ισορροπίας Μεταβάλλοντας την αρχική συγκέντρωση του μετάλλου, χαράχτηκαν πειραματικοί ισόθερμοι προσρόφησης (δηλ.q έναντι της υπολειμματικής συγκέντρωσης του μετάλλου στο διάλυμα, C τελ. ) για κάθε ένα από τα υπό μελέτη υλικά σε τέσσερεις θερμοκρασίες.
Τα πειραματικά δεδομένα προσαρμόστηκαν στα συνηθέστερα μοντέλα ισοθέρμων που συναντώνται στη βιβλιογραφία δηλ. : Το μοντέλο Langmuir που περιγράφεται από την εξίσωση : q max L = + KL μοντέλο Freundlich q K C 1 ( C ) τελ τελ 1/n q = KF C τελ μοντέλο Dubinin-Radushkevich q = q e max 2 ( K ' ε ) μοντέλο Temkin q = B ln( k C ) T τελ
Υπολογίστηκαν οι σταθερές ισορροπίας και εν συνεχεία μέσω της εξίσωσης: ln K S H 1 = (Εξίσωση van t Hoff) R R T υπολογίστηκαν θερμοδυναμικές παράμετροι όπως ΔΗ, ΔS και ΔG
Επαγγελματική πορεία Υποτρόφων Υπότροφοι του προγράμματος υπήρξαν 3 υποψήφιοι διδάκτορες, η κ. Βλάχου Αθηνά, ο κ. Βασίλειος Αναγνωστόπουλος και ο κ. Δημήτριος Αθανασόπουλος. Στα παραδοτέα του προγράμματος περιλαμβάνονται δυο διδακτορικές διατριβές (Α. Βλάχου και Β. Αναγνωστόπουλος ), ενώ η τρίτη είναι στο στάδιο της συγγραφής (Δ. Αθανασόπουλος). Επίσης μια διατριβή για την απόκτηση Μεταπτυχιακού Διπλώματος Ειδίκευσης (MSc) (Β. Αναγνωστόπουλος ).
Η κ. Βλάχου, δουλεύει σήμερα σε πολυεθνική φαρμακευτική Εταιρεία (Actavis).
Η κ. Βλάχου προσελήφθη ως αναλύτρια στο χημείο μετά την λήψη του Διδακτορικού της, στη συνέχεια ασχολήθηκε με την μεταφορά μεθόδων ανάλυσης (method transfer) νέων προϊόντων που ήρθαν στο εργοστάσιο στην Ελλάδα. Προήχθη και πλέον δουλεύει στο διοικητικό τμήμα ως compliance officer.
Ο κ. Αναγνωστόπουλος, μόλις παρουσίασε το Διδακτορικό του στην Ελλάδα, έφυγε για Αμερική σαν Postdoctoral Researcher στο University of Miami, στο Department of Biochemistry, στα πλαίσια ερευνητικού προγράμματος, όπου εργάσθηκε για 15 μήνες. Στη συνέχεια λόγω των μελετών του σε προσρόφηση ουρανίου σε φυσικά υποστρώματα προσελήφθη στο Applied Research Center (ερευνητικό ίδρυμα) στο Florida International University. Το FIU είναι το 5 ο μεγαλύτερο πανεπιστήμιο στις ΗΠΑ με 65,000 φοιτητές. Εργάζεται ως Postdoctoral Researcher και είναι Task Lead at Soil and Groundwater Lab., πραγματοποιώντας έρευνα για το Department of Energy, Office of Environmental Management, αλλά και το Office of Nuclear Energy.
Το Soil and Groundwater Lab έχει προϋπολογισμό 1 εκ δολλάρια τον χρόνο και κάνει έρευνα σε fate and transport of radionuclides due to leakage of radioactive waste from tanks as well as remediation technologies. Webpage http://www.arc.fiu.edu/staff/vasileiosanagnostopoulos/
Μέσω της οικονομικής ενίσχυσης του προγράμματος Καραθεοδωρής, 1) αποκτήθηκε πολύτιμη εμπειρία από όλους τους εμπλεκόμενους 2) προτάθηκε για πρώτη φορά στη διεθνή βιβλιογραφία. α) ένας καλός βιορροφητής του ουρανίου προερχόμενος από αγροτοβιομηχανικά παραπροϊόντα. β) δυο προβιοτικοί μικροοργανισμοί που δεσμεύουν ουράνιο σε μεγαλύτερη ποσότητα από τον ενεργό άνθρακα.
Δημοσιεύσεις με διεθνή περιοδικά με κριτές 2) Removal of U(VI) from Aquatic Systems, Using Winery By- Products as Biosorbents: Equilibrium, Kinetic and Speciation Studies Vasileios A. Anagnostopoulos, Petros G. Koutsoukos and Basil D. Symeopoulos Water Air Soil Pollut, 226(4), 107 (2015) DOI 10.1007/s11270-015-2379-5 1) Sorption of europium by malt spent rootlets, a low cost biosorbent: effect of ph, kinetics and equilibrium studies V.A. Anagnostopoulos., B.D. Symeopoulos, Journal of Radioanaytical and Nuclear Chemistry, 295(1), 7-13 (2013) DOI 10.1007/s10967-012-1956-y
3) Biosorption of U(VI) from aqueous systems by Malt Spent Rootlets. Kinetic, equilibrium and speciation studies V. Anagnostopoulos, B. Symeopoulos, K. Bourikas, A. Bekato rou International Journal of Environmental Science and Technology 13(1), 285-296 (2016) DOI: 10.1007/s13762-015-0872-4
Δημοσιεύσεις σε Πρακτικά Διεθνών Συνεδρίων με Κριτές. 1) Probiotic microorganisms against a possible radium contamination of drinking water D. Athanasopoulos, K. Bourikas and B. D. Symeopoulos Παρουσίαση γραπτής ανακοίνωσης (με αριθμό A48) στο 14 th International Conference on Environmental Science &Technology (CEST 2015), 3-5 Σεπτεμβρίου 2015, Ρόδος. (http://cest.gnest.org/cest15proceedings/public_html/pape rs/cest2015_00504_poster_paper.pdf)
Παρουσιάσεις σε Εθνικά Συνέδρια με κριτές 1) Ο μικροοργανισμός Lactobacillus bulgaricus, ως Ροφητικό Υλικό Χαμηλού Κόστους για την Απομάκρυνση Ουρανίου Δημήτριος Αθανασόπουλος, Βασίλειος Συμεόπουλος Γραπτή παρουσίαση στο 12 ο Συνέδριο Χημείας Ελλάδας Κύπρου, 8-10 Μαΐου 2015, Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, Θεσσαλονίκη. 2) ΑΠΟΜΑΚΡΥΝΣΗ ΤΟΞΙΚΩΝ ΜΕΤΑΛΛΩΝ ΚΑΙ ΡΑΔΙΟΝΟΥΚΛΙΔΙΩΝ, ΤΑ ΟΠΟΙΑ ΣΧΕΤΙΖΟΝΤΑΙ ΜΕ ΤΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΠΥΡΗΝΙΚΩΝ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΩΝ, ΜΕ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΜΙΚΡΟΟΡΓΑΝΙΣΜΩΝ Δ. Αθανασόπουλος, Α. Χαντζηχαραλάμπους, Ε. Ζούζουλα και Β. Συμεόπουλος
Γραπτή παρουσίαση (κωδικός Α140) στο 2ο Περιβαλλοντικό Συνέδριο Θεσσαλίας 26 έως 28 Σεπτεμβρίου 2015, Σκιάθος.