TY - THES A1 - Sut, Magdalena Maria T1 - Detection and behavior of iron-cyanide complexes in soils of a former Manufactured Gas Plant site N2 - Soils and groundwater on sites of the former Manufactured Gas Plants (MGPs) are contaminated with various complex iron-cyanides (Fe-CN). The aim of this thesis was to evaluate a new method for the CN detection and to investigate the stability and retardation of Fe-CN complexes in soils. This study seeks for enhancing the efficiency of phytoremediation as a proper approach to decontaminate Fe-CN complexes and thus tries to make a contribution to environmental protection. Feasibility of Field Portable Near Infrared (FP NIR) Spectrometry to determine CN concentrations in soil was evaluated in order to develop a rapid and non-destructive in-situ method. The study revealed that FP NIR could be a reliable device for detecting CN concentrations >2400 mg kg−1 in the field and >1750 mg kg−1 after sample preparation in the laboratory, however the limits of detection are too high to replace the traditional methods. The applicability of neutral solution extraction to determine the water soluble CN fraction and the stability of Prussian Blue under saturated and unsaturated water conditions was studied in a column and batch experiments. Study revealed continuous solubility of Prussian Blue, in acidic and slightly alkaline MGP soils. Dissolution of ferric ferrocyanide under circum-neutral pH and oxic water conditions was proposed to be a function of time, where the released amount is dependent on the soil pH and total CN content. Modeling the long-term release of Fe-CN complexes from the MGP soils revealed two-phase-process. The fast released phase was attributed to the transport process of readily dissolved hexacyanoferrats that is taking place in the liquid phase combined with desorption of CN bound to heterogeneous surfaces that are in direct contact with aqueous phase (outer-sphere complexation). The CN release rates increased with increasing pH, decreased with low initial CN concentration and were retarded by the increase in OM content. The retardation of Fe-CN in soil was investigated in batch and column experiments. Experiments revealed that the excess of the available iron, which induced the formation of the Prussian Blue colloids despite the circum-neutral pH, was a very important factor in decreasing the CN concentration. Additionally, despite the chemical factors influencing the potential reaction with manganese oxides, the physical factors like pore size distribution, variation in the grain size etc. can reduce the CN concentration due to mechanical retention of the vertical colloidal ferric ferrocyanide movement. This study proposes colloidal vertical transport of the solid Fr-CN complexes as a potential alternative process influencing the CN mobility in the circum-neutral pH and under the excess of available iron conditions. The results presented in this thesis revealed limitations of the FP, but advancing the sample pretreatment procedures can improve the feasibility of the spectrometer in detecting CN signal. Long-term extraction with the distilled water provides reliable assessment of the potential environmental hazard due to continuous dissolution of the solid Fe-CN complexes. Inconsistency of the Prussian Blue stability reported in the literature to the one obtained in this study imply usage of the CN contaminated MGP soils, instead of synthetic solutions, to advance the knowledge concerning the solid Fe-CN dissolution behavior. Furthermore, in the non-acidic soils the CN solubility might be influenced by the equilibrium with manganese Fe-CN mineral. T3 - Geopedology and Landscape Development Research Series - 4 KW - Phytoremediation KW - Soil contamination KW - Cyanide KW - Remediation KW - FIA KW - NIR KW - Altlastsanierung KW - Phytoremediation KW - Übergangsmetallcyanide KW - NIR-Spektroskopie KW - Fließinjektionsanalyse Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-40631 SN - 2196-4122 CY - Cottbus ER - TY - THES A1 - Preußer, Daniel T1 - Effects of the antibiotics ceftriaxone and levofloxacin on the growth of forensically relevant blow flies (Diptera, Fam. Calliphoridae) and effects on the determination of the post-mortem interval T1 - Auswirkungen der Antibiotika Ceftriaxon und Levofloxacin auf das Wachstum forensisch relevanter Schmeißfliegen (Diptera, Fam. Calliphoridae) und Auswirkungen auf die Bestimmung der Leichenliegezeit N2 - Forensic entomology is a subfield of entomology in which the time of death is determined based on the species composition and age of the maggots found. Entomotoxicology combines forensic entomology and toxicology by investigating the effects of toxic substances on forensic relevant species. Ceftriaxone is a cephalosporin and belongs to the β-lactam antibiotics and levofloxacin is a quinolone antibiotic. Because of endogenous bactericidal secretions, maggots are adapted to live on surfaces with a high density of potential bacterial pathogens such as corpses, carcasses, excrements, or other decaying materials. This property is utilised in medicine to treat bacterial infections and in forensic sciences to determine the time of death and raises the question of the extent to which an additional bactericidal source influences the development of maggots. To answer this question experiments were carried out for three different species in the family Calliphoridae (blow flies). The species Lucilia sericata, Calliphora vomitoria and Protophormia terraenovae were selected for the study to remain within one family of Diptera. For each test procedure, 8 samples were prepared. A control treatment without antibiotics, one treatment each with a ceftriaxone concentration of 28.57 μg/g, 14.3 μg/g and 7.14 μg/g, one treatment each with a levofloxacin concentration of 3.57 μg/g, 1.79 μg/g and 0.89 μg/g and a mixed treatment. Additional tests were conducted in the microbiology department of the Medizinische Universität Lausitz - Carl-Thiem to test the duration of the effects of antibiotics in the culture medium. Both antibiotics are significantly longer active in the nutritional basis without natural elimination. The antibacterial effects of levofloxacin were observed at all examined concentrations during all 10 days of the tests and antibacterial effects of ceftriaxone were observed for 6, 7 and 8 days respectively. The maggot development of Calliphora vomitoria was significantly delayed by 24 – 48 hours depending on the concentration of the antibiotics, which could result in an underestimation of the post-mortem interval. The maggot development of Lucilia sericata was not significantly altered by the used antibiotics, errors in the determination of the time of death are therefore unlikely. Depending on the concentration of the antibiotics, the development time of Protophormia terraenovae was significantly reduced by 24 – 48 hours. The reduced development time could result in an overestimation of the post-mortem interval. As Protophormia terraenovae is considered to be a medically utilised species, the improved growth conditions could be relevant for both forensic investigations and medical treatments. The significantly different effects of the tested antibiotics on the three species highlight that it is impossible to draw conclusions and generalise about effects on other untested species. N2 - Forensische Entomologie ist ein Teilgebiet der Entomologie, bei dem der Todeszeitpunkt anhand der Artenzusammensetzung und des Alters der gefundenen Maden bestimmt wird. Entomotoxikologie verbindet forensische Entomologie und Toxikologie, indem sie die Auswirkungen toxischer Substanzen auf forensisch relevante Arten untersucht. Ceftriaxon ist ein Cephalosporin und gehört zu den β-Laktam-Antibiotika und Levofloxacin ist ein Chinolon-Antibiotikum. Aufgrund endogener bakterizider Sekrete sind Maden daran angepasst, auf Oberflächen mit einer hohen Dichte potenzieller bakterieller Krankheitserreger zu leben, z. B. auf Leichen, Kadavern, Exkrementen oder anderen verrottenden Materialien. Diese Eigenschaft wird in der Medizin zur Behandlung bakterieller Infektionen und in der Forensik zur Bestimmung des Todeszeitpunkts genutzt und wirft die Frage auf, inwieweit eine zusätzliche bakterizide Quelle die Entwicklung der Maden beeinflusst. Zur Beantwortung dieser Frage wurden Versuche mit drei verschiedenen Arten der Familie Calliphoridae (Schmeißfliegen) durchgeführt. Die Arten Lucilia sericata, Calliphora vomitoria und Protophormia terraenovae wurden für die Studie ausgewählt, um innerhalb einer Familie der Dipteren zu bleiben. Für jedes Testverfahren wurden 8 Proben vorbereitet. Eine Kontrollprobe ohne Antibiotika, je eine Behandlung mit einer Ceftriaxon-Konzentration von 28,57 μg/g, 14,3 μg/g und 7,14 μg/g, je eine Behandlung mit einer Levofloxacin-Konzentration von 3,57 μg/g, 1,79 μg/g und 0,89 μg/g und eine Mischbehandlung. Die Dauer der Wirkung von Antibiotika im Nährmedium wurde in der mikrobiologischen Abteilung der Medizinischen Universität Lausitz - Carl-Thiem geprüft. Ohne natürliche Ausscheidung wirken beide Antibiotika signifikant länger im Nährmedium. Die antibakterielle Wirkung von Levofloxacin wurde bei allen untersuchten Konzentrationen während der gesamten 10 Testtage beobachtet und die antibakterielle Wirkung von Ceftriaxon wurde 6, 7 bzw. 8 Tage lang beobachtet. Die Madenentwicklung von Calliphora vomitoria war je nach Konzentration der Antibiotika um 24 bis 48 Stunden deutlich verzögert, was zu einer Unterschätzung der Leichenliegezeit führen könnte. Die Madenentwicklung von Lucilia sericata wurde durch die verwendeten Antibiotika nicht signifikant verändert, Fehler bei der Bestimmung des Leichenliegezeit sind daher unwahrscheinlich. Je nach Konzentration der Antibiotika war die Entwicklungszeit der Protophormia terraenovae Maden um 24 bis 48 Stunden signifikant verkürzt. Die verkürzte Entwicklungszeit könnte zu einer Überschätzung der Leichenliegezeit führen. Da Protophormia terraenovae für die medizinische Madentherapie in Erwägung gezogen wird, könnten die verbesserten Wachstumsbedingungen sowohl für forensische Untersuchungen als auch für medizinische Behandlungen von Bedeutung sein. Die signifikant unterschiedlichen Auswirkungen der getesteten Antibiotika auf die drei Arten machen deutlich, dass es unmöglich ist, Schlussfolgerungen zu ziehen und über die Auswirkungen auf andere, nicht getestete Arten zu verallgemeinern. KW - Entomotoxicology KW - Entomotoxikologie KW - Antibiotika KW - Schmeißfliegen KW - Entomologie KW - Leichenliegezeit KW - Antibiotics KW - Blowflies KW - Entomology KW - Post-mortem interval KW - Schmeißfliegen KW - medizinische Entomologie KW - Ceftriaxon KW - Levofloxacin KW - Todeszeitbestimmung Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-68936 ER - TY - THES A1 - Dido, Mann Samuel T1 - Use of close-to-nature surfactants and microbiological degradation for improving the remediation of crude oil contaminated soils in the Nigerian Niger-Delta T1 - Verwendung naturnaher Tenside und mikrobiologischer Abbau zur Verbesserung der Sanierung von mit Rohöl kontaminierten Böden im Nigerianischen Niger-Delta N2 - The existence of large deposit of crude oil in the Nigerian Niger-Delta accords the region a strategic position in the country’s economy. However, activities associated with the oil and gas industry have resulted in extensive and in some instances indelible damages on the ecosystems. The destructive effect of hydrocarbon on bionetwork necessitated this study that aimed at evaluating the potential of adopting microbial and biosurfactant technology as tools for bioremediation. The research involved gas chromatography monitoring of hydrocarbon degradation in polluted soil, microbiological/molecular identification of hydrocarbon degraders and the evaluation of biosurfactant production by indigenous bacteria. The performance of four treatments involving; co-treatment with mixed bacterial consortium and close-to-nature surfactants (Bioversal QF and Bioversal UK), treatments with mixed bacteria culture, single bacteria culture and treatment with close-to-nature surfactants only were evaluated for the mineralization of hydrocarbons contained in 500g of 2% crude oil contaminated soil supplemented with NaH₂PO*₄2HO₂, KHP₂O₄ and NHC₄l as nutrient sources over a period of 20 weeks. Six indigenous biosurfactant producing and/or hydrocarbon degrading bacteria strains were isolated namely: Pseudomonas aeruginosa, Bacillus sp, Achromobacter sp, Stenotrophonas sp, Lysinibacillus sp. and Delftia sp. Molecular characterization of sequenced polymerase chain reaction products of these cultured bacteria using Nucleotide Basic Local Alignment Search Tool confirmed close relationships ranging from 98.83% to 100% with those on the NCBI databank. Co-treatment with mixed bacteria culture and Bioversal UK/Bioversal QF yielded synergetic impact that enhanced 73.35% and 71.52% degradation of total petroleum hydrocarbon respectively. Treatments with close-to-nature surfactants and with mix bacterial culture recorded 53.61% and 54.58%. The use of single bacteria strains resulted in the mineralization of 46% - 62.26% total petroleum hydrocarbon while their use as a consortium yielded 54%. Liquid chromatography-Mass spectrometry assessment of extracellular polymeric substances produced by cultured bacteria strains indicated the presence of rhamnolipids (L-rhamnosyl-3-hydroxydecanoyl-3-hydroxydecanoic acid with a mass of 504.654 Da) and lipopeptides (2-(Hydroxymethyl) phenyl 6-O-palmitoyl-β-D-glucopyranoside with a mass of 524.687 Da). Extracellular polymeric substances produced yielded emulsion index ranging from 70.70% to 75% and 39% to 65% with crude oil and heptane respectively. EPS yields ranging from 1.34 g/ml to 1.5 g/ml were recorded. N2 - Die großen Erdölvorkommen im nigerianischen Niger-Delta verleihen der Region eine strategische Position in der Wirtschaft des Landes. Die mit der Öl- und Gasindustrie verbundenen Aktivitäten haben jedoch zu umfangreichen und in einigen Fällen unauslöschlichen Schäden an den Ökosystemen geführt. Die zerstörerische Wirkung von Kohlenwasserstoffen auf das Bionetzwerk machte diese Studie erforderlich, die darauf abzielte, das Potenzial des Einsatzes von mikrobieller und Biotensid-Technologie als Werkzeuge für die Bioremediation zu bewerten. Die Forschung umfasste die gaschromatographische Überwachung des Kohlenwasserstoffabbaus in verschmutzten Böden, die mikrobiologische/molekulare Identifizierung von Kohlenwasserstoffabbauern und die Bewertung der Produktion von Biotensiden durch einheimische Bakterien. Die Leistung von vier Behandlungen, darunter die gemeinsame Behandlung mit einem gemischten Bakterienkonsortium und naturnahen Tensiden (Bioversal QF und Bioversal UK), die Behandlung mit einer gemischten Bakterienkultur, einer einzelnen Bakterienkultur und die Behandlung nur mit naturnahen Tensiden, wurde im Hinblick auf die Mineralisierung von Kohlenwasserstoffen bewertet, die in 500 g mit 2% Rohöl verunreinigtem Boden enthalten waren, der mit NaH₂PO*₄2HO₂, KHP₂O₄ und NHC₄l als Nährstoffquellen über einen Zeitraum von 20 Wochen ergänzt wurde. Sechs einheimische Biotensid produzierende und/oder Kohlenwasserstoff abbauende Bakterienstämme wurden isoliert, nämlich: Pseudomonas aeruginosa, Bacillus sp., Achromobacter sp., Stenotrophonas sp., Lysinibacillus sp. und Delftia sp. Die molekulare Charakterisierung der sequenzierten Polymerase-Kettenreaktionsprodukte dieser kultivierten Bakterien mit Hilfe des Nucleotide Basic Local Alignment Search Tool bestätigte eine enge Verwandtschaft von 98,83% bis 100% mit denen in der Datenbank des NCBI. Die gemeinsame Behandlung mit gemischten Bakterienkulturen und Bioversal UK/Bioversal QF führte zu einer synergetischen Wirkung, die den Abbau der gesamten Erdölkohlenwasserstoffe um 73,35% bzw. 71,52% verbesserte. Bei Behandlungen mit naturnahen Tensiden und mit einer Bakterienmischkultur wurden 53,61% und 54,58% erreicht. Die Verwendung einzelner Bakterienstämme führte zu einer Mineralisierung von 46% - 62,26% des gesamten Petroleumkohlenwasserstoffs, während ihre Verwendung als Konsortium 54% ergab. Die Flüssigchromatographie-Massenspektrometrie Bewertung der extrazellulären polymeren Substanzen, die von den kultivierten Bakterienstämmen produziert wurden, zeigte das Vorhandensein von Rhamnolipiden (L-Rhamnosyl-3-Hydroxydecanoyl-3-Hydroxydecansäure mit einer Masse von 504,654 Da) und Lipopeptiden (2-(Hydroxymethyl) phenyl 6-O-palmitoyl-β-D-glucopyranosid mit einer Masse von 524,687 Da). Die produzierten extrazellulären polymeren Substanzen ergaben einen Emulsionsindex von 70,70% bis 75% und 39% bis 65% mit Rohöl bzw. Heptan. Es wurden EPS-Ausbeuten zwischen 1,34 g/ml und 1,5 g/ml festgestellt. KW - Environmental pollution KW - Crude oil KW - Biosurfactants KW - Bioremediation KW - Ecology KW - Umweltverschmutzung KW - Erdöl KW - Biotenside KW - Bioremediation KW - Ökologie KW - Nigeria KW - Nigerdelta KW - Bodenverschmutzung KW - Erdölindustrie KW - Bioremediation KW - Biotensid KW - Biologischer Abbau KW - Kohlenwasserstoffe Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-57301 ER - TY - THES A1 - Al-zagameem, Abla T1 - Antioxidant and antimicrobial properties of lignin and lignin-based composites for active food packaging applications T1 - Antioxidative und antimikrobielle Eigenschaften von Lignin und Lignin-basierten Verbundwerkstoffen für aktive Lebensmittelverpackungsanwendungen N2 - Due to the use of fossil fuel resources, many environmental problems have been increasingly growing. Thus, the recent research focuses on the use of environment friendly materials from sustainable feedstocks for future fuels, chemicals, fibers and polymers. Lignocellulosic biomass has become the raw material of choice for these new materials. Recently, the research has focused on using lignin as a substitute material in many industrial applications. The antiradical and antimicrobial activity of lignin and lignin-based films are both of great interest for applications such as food packaging additives. DPPH assay was used to determine the antioxidant activity of Kraft lignin compared to Organosolv lignins from different biomasses. The purification procedure of Kraft lignin showed that double-fold selective extraction is the most efficient confirmed by UV-Vis, FTIR, HSQC, 31PNMR, SEC, and XRD. The antioxidant capacity was discussed regarding the biomass source, pulping process, and degree of purification. Lignin obtained from industrial black liquor are compared with beech wood samples: Biomass source influences the DPPH inhibition (softwood > grass) and the TPC (softwood < grass). DPPH inhibition affected by the polarity of the extraction solvent. Following the trend: ethanol > diethylether > acetone. Reduced polydispersity has positive influence on the DPPH inhibition. Storage decreased the DPPH inhibition but increased the TPC values. The DPPH assay was also used to discuss the antiradical activity of HPMC/lignin and HPMC/lignin/chitosan films. In both binary (HPMC/lignin) and ternary (HPMC/lignin/chitosan) systems the 5% addition showed the highest activity and the highest addition had the lowest. Both scavenging activity and antimicrobial activity are dependent on the biomass source; Organosolv of softwood > Kraft of softwood > Organosolv of grass. Lignins and lignin-containing films showed high antimicrobial activities against Gram-positive and Gram-negative bacteria at 35 °C and at low temperatures (0-7 °C). Purification of Kraft lignin has a negative effect on the antimicrobial activity while storage has positive effect. The lignin leaching in the produced films affected the activity positively and the chitosan addition enhances the activity for both Gram-positive and Gram-negative bacteria. Testing the films against food spoilage bacteria that grow at low temperatures revealed the activity of the 30% addition on HPMC/L1 film against both B. thermosphacta and P. fluorescens while L5 was active only against B. thermosphacta. In HPMC/lignin/chitosan films, the 5% addition exhibited activity against both food spoilage bacteria. N2 - Aufgrund der Nutzung fossiler Brennstoffe in jedem Sektor unseres Lebens haben viele Umweltprobleme zugenommen. Die jüngste Forschung konzentriert sich daher auf den Einsatz umweltfreundlicher Materialien aus nachhaltigen Rohstoffen für zukünftige Kraftstoffe, Chemikalien, Fasern und Polymere. Lignocellulose-Biomasse ist zum Rohstoff der Wahl für diese neuen Materialien geworden. In jüngster Zeit hat sich die Forschung auf die Verwendung von Lignin als Ersatzmaterial in vielen industriellen Anwendungen konzentriert. Die antioxidative und antimikrobielle Aktivität von Lignin- und Lignin-basierten Folien ist für Anwendungen Als Additiv in Lebensmittelverpackungen von großem Interesse. Der DPPH-Assay wurde verwendet, um die antioxidative Aktivität von Kraft-Lignin im Vergleich zu Organosolv-Lignin verschiedener Biomassen zu bestimmen. Analysen (UV-Vis, FTIR, HSQC, 31PNMR, SEC und XRD) zeigten, dass das Reinigungsverfahren von Kraft-Lignin über zweifache selektive Extraktion am effizientesten ist. Die antioxidative Kapazität wurde bezüglich der Biomassequelle, des Aufschluss-Prozesses und des Reinigungsgrades diskutiert. Lignin aus industrieller Schwarzlauge wird mit Buchenholzproben verglichen: die Biomassequelle beeinflusst die DPPH-Hemmung (Weichholz > Gras) und den Total-Phenol-Content (TPC) (Weichholz < Gras). Zudem wird die DPPH-Hemmung durch die Polarität des Extraktionslösungsmittels beeinflusst, dem Trend folgend: Ethanol > Diethylether > Aceton. Eine reduzierte Polydispersität hat einen positiven Einfluss auf die DPPH-Hemmung. Die Lagerung der Proben verringerte die DPPH-Hemmung, erhöhte jedoch die TPC-Werte. Der DPPH-Assay wurde auch verwendet, um die antioxidative Aktivität von HPMC/Lignin bzw. HPMC/Lignin/Chitosan-Filmen zu diskutieren. Sowohl in binären (HPMC/Lignin) als auch ternären (HPMC/Lignin/Chitosan) Systemen zeigte die 5%-ige Zugabe die höchste Aktivität und die höchste Zugabe den niedrigsten Wert. Sowohl die antioxidative als auch die antimikrobielle Aktivität hängen von der Biomassequelle ab; Organosolv von Weichholz > Kraft von Weichholz > Organosolv von Gras. Lignine und Lignin-haltige Folien zeigten bei 35 °C und bei niedrigen Temperaturen (4-7 °C) eine hohe antimikrobielle Wirkung gegen grampositive und gramnegative Bakterien. Die Reinigung von Kraft-Lignin hat eine negative Wirkung auf die antimikrobielle Aktivität während Lagerung eine positive Wirkung zeigt. Das Auswaschen von Lignin aus den produzierten Filmen wirkte sich positiv auf die Aktivität aus. Der Chitosan-Zusatz verstärkt die Aktivität sowohl für grampositive als auch für gramnegative Bakterien. Die Tests der Filme gegen lebensmittelverderbende Bakterien, die bei niedrigen Temperaturen wachsen, ergaben eine Aktivität im Fall einer 30%-igen Zugabe auf HPMC/L1-Film gegen B. thermosphacta und P. fluorescens, während L5 nur gegen B. thermosphacta aktiv war. In HPMC/Lignin/Chitosan-Filmen zeigte die 5% ige Zugabe Aktivität gegen beide lebensmittelverderbende Bakterien. KW - Lignin KW - Bioactivity KW - Food packaging KW - Lignin KW - Bioaktivität KW - Lebensmittelverpackungen KW - Lignin KW - Bioaktive Verbindung KW - Kunststoffverpackung KW - Antioxidans Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-53024 ER -