Synthesis, characterization and biological activity of carbon materials obtained from date palm leaves (Phoenix dactylifera L.) and black alder fruit (Alnus glutinosa L.)

[И. Кандић]

126 стр.

Природно-математичке науке - Биологија микроорганизама / Natural sciences - Biology of microorganisms

Предмет докторске дисертације је синтеза активних угљеничних материјала поузданих и проверених карактеристика, добијених из стабљике листа палме (Phoenix dactylifera L.; P_AC) и плода црне јове (Alnus glutinosa L.; A_AC), као и испитивање њихове биолошке активности. Материјали су синтетисани у контролисаним условима и детаљно окарактерисани применом XRD, FTIR, Raman, FESEM и BET метода. Ради поређења, испитиван је и комерцијални материјал добијен из кокосове љуске (AquaSorb). С циљем процене безбедности материјала по животну средину и здравље људи, анализирани су састав воде након третмана (ICP-OES), цитотоксичност (MTT тест) и генотоксичност (Комет тест). У циљу проналажења примене синтетисани материјали су примењивани на узорцима воде Александровачког језера за уклањање цијанобактерија и цијанотоксина. Део истраживања обухватила је детаљна анализа фитопланктона Aлександровачког језера 2020. и 2021. годне. Детектовано је 15 врста цијанобактерија, међу којим је била доминантна инвазивна врста Raphidiopsis raciborskii. Резултати су показали да оба материјала (P_AC и A_AC) уклањају скоро 100 % цијанобактерија након 24 h третмана. Због цитотоксичног и генотоксичног потенцијала P_AC, даље истраживање је усмерено на материјал A_AC. Испитано је и формирање биофилма, где је A_AC показао високу ефикасност против Escherichia coli и Enterobacter. Материјал A_AC примењен је и за уклањање микроцистина (MC-RR, MC-LR и MC-YR) из језерске воде у високим концентрацијама. Ради бољег разумевања механизма адсорпције цијанобактерија и цијанотоксина, извршене су FTIR анализе материјала пре и након третмана. На основу добијених резултата закључује се да је материјал A_AC адекватно решење за уклањање цијанобактерија и цијанотоксина из воде обухваћене цијанобактеријским цветањем.

The subject of this doctoral dissertation is the synthesis of activated carbon materials with reliable and verified properties, derived from the stem of the palm leaf (Phoenix dactylifera L.; P_AC) and the black alder cone-like flowers (Alnus glutinosa L.; A_AC), as well as the investigation of their biological activity. The materials were synthesized under controlled conditions and extensively characterized using XRD, FTIR, Raman, FESEM, and BET methods. For comparison, a commercial material derived from coconut shell (AquaSorb) was also examined. To evaluate the safety of the materials for the environment and human health, water composition after treatment (ICP-OES), cytotoxicity (MTT assay), and genotoxicity (Comet assay) were analyzed. For potential applications, materials were tested on water samples from Aleksandrovac Lake for the removal of cyanobacteria and cyanotoxins. A detailed analysis of the lake’s phytoplankton during 2020 and 2021 detected 15 cyanobacterial species, with the dominant Raphidiopsis raciborskii. The results showed that both materials (P_AC and A_AC) achieved nearly 100% removal of cyanobacterial cells after 24 hours of treatment. However, due to the cytotoxic and genotoxic potential of P_AC, further research focused on A_AC. Biofilm formation was also investigated, with A_AC demonstrating high efficiency against Escherichia coli and Enterobacter. Additionally, A_AC was applied for the removal of microcystins (MC-RR, MC-LR, and MC-YR) from lake water. FTIR analyses of the material before and after treatment provided insights into the adsorption mechanism of cyanobacteria and cyanotoxins. The results confirm A_AC's effectiveness in removing cyanobacteria and cyanotoxins from bloom-affected water.

активни угљенични материјали, лист урмине палме, плод црне јове, цијанобактеријско „цветање“, цијанотоксини, утицај на животну средину, адсорпција

Activated carbon materials, date palm leaf, black alder cone-like flowers, cyanobacterial „blooms“, cyanotoxins, environmental impact, adsorption

574.5:579.8(043.3)

Tekst