عنوان پایان‌نامه
بررسی جذب سطحی بیولوژیکی فلزات سنگین بااستفاده از اشریشیا کلی نوترکیب
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی- فرآیندهای کاغذسازی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1077.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 67096
- تاریخ دفاع
- ۳۰ بهمن ۱۳۸۷
- استاد راهنما
- فاطمه تابنده, محمدرضا مهرنیا
- دانشجو
- سپیده قربانی
- چکیده
- در مطالعه حاضر، سه بخش مورد مطالعه قرار گرفت: 1- بهینه سازی شرایط تثبیت پروتئین (پیلی) در آلجینات کلسیم: سه عامل مهم غلظت آلجینات (ا و 3 درصد)، نسبت وزنی پروتئین به آلجینات (1/0 تا 25/0) و اندازه دانه ها (2 تا 6 میلیمتر) در نظر گرفته شدند و تاثیر این عوامل بر کارایی حذف فلز کادمیم با روش فاکتوریل کامل بررسی گردید. هشت آزمایش فاکتوریل کامل، دو آزمایش برای نقطه مرکزی و جمعا 20 آزمایش برای دو بار تکرار انجام شد.سپس با استفاده از نرم افزارهای آماری، مقدار بهینه غلظت آلجینات، نسبت وزنی پروتئین به آلجینات و اندازه دانه ها به ترتیب 1%، 25/0 و mm 6 برای دستیابی به حداکثر کارایی جذب زیستی به دست آمد. دراین شرایط جذب زیستی توسط پیلی تثبیت شده برای فلز کادمیم (Cd2+) با دستگاه جذب اتمی اندازه گیری شد و مقدار آن به mg L-1 9/23 رسید. تغییر مرفولوژی سطح آلژینات قبل و بعد از تثبیت پیلی با میکروسکوپ الکترونی روبشی نیز بررسی شد. در شرایط بهینه، جذب فلزات سنگین دیگر نیز بررسی شد. نتایج حاکی از آن بود که بیشترین جذب زیستی مربوط به کادمیم و به تربیت مربوط به سرب، کرم، روی و نیکل با مقادیر mg L-1 9/8، 8/7، 5/6 و 4/5 میباشد. 2- بررسی مدل های هم دمای تعادلی و سینتیکی در جذب زیستی فلز کادمیم (Cd2+) توسط پیلی تثبیت شده: انواعی از مدلهای هم دمای تعادلی و سینتیکی برای جذب سطحی Cd2+ با غلظت اولیه از mg l-1 896-448 و زمان تماس از 10 ثانیه تا 1440 دقیقه در شرایط بهینه تثبیت، دمای عملیاتی K?298 و pH برابر 4/4 بررسی شدند. دراین شرایط حداکثر حذف موثر برای فلز سنگین Cd2+، mg g-1 45/45 حاصل شد. داده های جذب سطحی پروتئین (پیلی) به خوبی با مدل های خطی (0.97
- Abstract
- In the present study, three parts were investigated: 1- Optimization of immobilization condition of protein (pili) in calcium alginate: Three factors as sodium alginate concentration (1 and 3%), ratio by weight of protein to alginate (P/A) (0.1-0.25) and bead size (2-6 mm) each at two levels were considered. The effect of these factors on biosorption efficiency of cadmium was investigating by using full factorial experimental design. Eight experiments of full factorial and two center points experiment in duplicate were designed. The optimum values resulting from statistical soft wares were determined as 1% sodium alginate concentration, 0.25 ratios by weight of protein to alginate and 6mm bead size. Under these conditions, maximum biosorption of Cd2+ by immobilized pili, measured by atomic absorption, was obtained as 23.9 mg L-1. The surface morphology of ca-alginate gel beads also studied using scanning electron microscopy (SEM). Under optimum immobilization conditions, biosorption of some other heavy metals were investigated as well. The results indicated that Cd2+ was adsorbed up to 23.9 mg L-1 which was more than that of other heavy metals. pb2+, Cr2+, Zn2+ and Ni2+ were removed with the values of 8.9, 7.8, 6.5 and 5.4 mg L-1, respectively. 2- Investigation of adsorption kinetic and equilibrium isotherm models: Different kinds of adsorption kinetic and equilibrium isotherm models were studied for biosorption of Cd2+ with initial concentration of (448-896 mg L-1) and contact time of (10 s-1440 min) under immobilization conditions with ambient temperature (298 ?K) and pH 4.4. Under these conditions, the maximum effective removal of Cd2+ was 41.15 mg g-1. The biosorption data of Cd2+ were fitted to Linear (R2=0.97) Langmuir (R2>0.99), Freundlich (R2>0.99) and Temkin isotherms (R2=0.94), but Freundlich model demonstrated the biosorption process effectively definition of the model parameters. Experimental data were also tested in terms of biosorption kinetic using pseudo first- and second-order kinetic models. The results showed that the biosorption processes of Cd2+ followed well pseudo second-order kinetics with R2>0.99. The maximum protein adsorption capacities of 18.18, 23.64, 27.17 and 41.15 mg g-1 for different concentration of (4, 5, 6 and 8 mM) based on pseudo second-order model were respectively obtained. 3- Design and manufacturing of a packed bed column: A packed bed column equipped with a glass microfilter (pore size~10 µm) and two inter and outer peristaltic pumps was designed and then packed with immobilized 100 µm beads. Cd2+ adsorption was measured under different flow rates (2 and 8 ml min-1) and height of bed (1 and 7 cm). The results showed that Cd2+ adsorption increased by increasing the height of bed and decreasing of the flow rate. Breakthrough point of 0.4 was also obtained. It could be concluded that, the immobilized protein (pili) in Ca-alginate is a suitable adsorbent for the removal of heavy metals from polluted environments and may be commercially used.
