Veröffentlichungen im September und Oktober 2013

Im September und Oktober 2013 wurden insgesamt 290 Publikationen über Chitosan und dessen vielfältige Derivate veröffentlicht. Hierin wurden neue Kompositionen zu Chitosan basierten Nanopartikeln und pharmazeutischen Präparaten vorgestellt und Tier- und Humanstudien durchgeführt. Die führenden Nationen in der Chitosan Forschung sind China (75 Artikel), Indien (37) und die USA (27).

Tabelle: Liste an wissenschaftlichen Fachzeitschriften, die im September und Oktober 2013 die höchste Anzahl an Chitosan-bezogene Artikel veröffentlichten.
Quelle: GoPubMed

Die Anreicherung von Schwermetallen in industriellen Abwässern stellt zunehmend ein Problem für die Umwelt und Gesundheit des Menschen dar. Aus diesem Grund werden unermüdlich neue Materialen entwickelt, um Metalle wie Blei, Cadmium, Chrom, Kupfer oder Quecksilber effektiv und zugleich kostengünstig aus Gewässern zu eliminieren. Einige Biomaterialen, unter anderem auch Chitosan, verfügen über eine hohe Adsorptionskapazität für verschieden Metallionen und sind zudem biologisch abbaubar, erneuerbare und kostengünstig. Im Folgenden stellen wir zwei Publikationen vor, in welchen Chitosan und andere Biomaterialien hinsichtlich ihres Sorptionspotenzials für Schwermetallionen analysiert und verglichen werden.

Heavy metals removal from aqueous solutions and wastewaters by using various byproducts.

Shaheen S.M., Eissa F.I., Ghanem K.M. et al.; Journal of Environmental Management. Vol.:128:514-21. Oktober 2013

Das Ziel dieser Studie war es, die Adsorptionskapazität von verschiedenen kostengünstigen Sorptionsmittel wie Chitosan, Zuckerrüben-Fabrik-Kalk, Kalium-Humat und Eierschalen zu untersuchen. Chitosan wird aus Chitin gewonnen, einem Polymer, welches sehr häufig in der Natur zu finden ist. Zuckerfabrik Kalk ist ein Nebenprodukt, welches während des Reinigungsprozesses von Zuckerrübensaft anfällt. Eierschalen bestehen hauptsächlich aus Calciumcarbonat und humate Kalium ist das Kaliumsalz der Huminsäure und wird durch die alkalische Extraktion von Braunkohle gewonnen. Alle Biomaterialien besitzen gute Adsorptionseigenschaften für Metallionen und könnten für die Sanierung von kontaminierten Böden und Gewässer geeignet sein.

Die Sorptionseffizienz der vier Materialen wurde an wässrigen Lösungen, die mit zweiwertigen Schwermetallionen: Cadmium (Cd), Kupfer (Cu), Blei (Pb) und Zink (Zn) kontaminiert wurden, getestet. Die Experimente wurden als mono-metall oder kompetitives Sorptionssystem geführt.

Ergebnisse:

• Affinität für Metallionen: Chitosan > Zuckerrübenfabrik Kalk > Eierschale > Kalium-Humat
• Selektivität Reihenfolge: Pb²+ > Cu²+ > Zn²+ > Cd²+
• 100%ige Entfernung bei niedrigen Metallionen Konzentrationen
• Sorptionseffizienz sinkt mit zunehmender Metallionen Konzentration

Schlussfolgerung: Von den vier untersuchten Biomaterialien, erwies sich Chitosan als das stärkste Adsorbens für Schwermetalle in wässrigen Lösungen. Die Sorptionskapazität von Chitosan wird hauptsächlich durch seinen Acetylierungsgrad, die Kristallinität und durch sein Molekulargewicht beeinflusst. Die Metallionen reagieren mit den funktionellen Gruppen des Chitosan Polymers, wodurch es zur Chelat-Bildung kommt. Die größte Sorptionseffizienz von Chitosan wurde bei neutralen und alkalischen pH-Werten erreicht.

Quelle: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23831673

Selective adsorption of Pb(II), Cd(II), and Ni(II) ions from aqueous solution using chitosan-MAA nanoparticles.

Heidari A., Younesi H., Mehraban Z., Heikkinen H. International journal of biological macromolecules. Vol.: 61:251-63. October 2013

In der vorliegenden Studie wurde das Adsorptionsvermögen von Chitosan basierten Nanopartikeln für Schwermetallionen wie Blei (Pb²+), Cadmium (Cd²+) und Nickel (Ni²+) untersucht. Chitosan ist ein ausgezeichnetes Metall-Adsorbens, allerdings gibt es kaum Daten über die Adsorption von Metallionen durch Nanopartikel.

Aus diesem Grund wurden Chitosan (CS) basierte Nanopartikel generiert, die durch Methacrylsäure (MAA) modifiziert wurden. Die CS-MAA-Nanopartikel wurden mit unterschiedlichen Gewichtsverhältnissen (CS:MAA) gefertigt und deren Sorptionseffizient untereinander verglichen. Des Weiteren wurde der Einfluss des pH-Wertes, die initiale Metallkonzentration und die Dosierung des Adsorbens untersucht.

Ergebnisse für CS-MAA-Nanopartikel:

• Gewichtsverhältnis 2:1 (CS:MAA) liefert beste Partikelgrößenverteilung und geringste Agglomerationsrate
• Adsorption Kapazität: Pb²+ > Cd²+ > Ni²+
• pH ≥ 5,0:  verbesserte Metallionen Adsorption
• Beschleunigte Aufnahmerate (120 min) verglichen mit reinem Chitosan (24 h)
• Maximale Adsorption Kapazität: Pb²+ (11,30 mg/g), Cd²+ (1,84 mg/g), Ni²+ (0,87 mg/g)

Schlussfolgerung: CS-MAA-Nanopartikel sind reinem Chitosan, hinsichtlich ihrer Adsorptionsleistung für Schwermetalle aus wässrigen Lösungen, deutlich überlegen. Reines Chitosan hat eine gering Porosität und Kristallinität, weshalb Lösungen nur sehr eingeschränkt diffundieren können. Die vergrößerte Oberfläche von CS-MAA Nanopartikel erlaubt hingegen die ungehinderte Diffusion von Flüssigkeiten. Durch den vergrößerten Anteil an freien Amino- und Carboxylgruppen stehen zudem auch mehr Sorptionsstellen für Metallionen zur Verfügung.

Quelle: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23817093