یزد دانلود |
دانلود فایل علمی فایل ورد کامل مقاله پژوهشی درباره عملکرد زیستتوده مرده جلبک Fucus serratus در جذب زیستی همزمان کادمیوم و نیکل از محیطهای آبی
در حال بارگذاری
توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد
فایل ورد کامل مقاله پژوهشی درباره عملکرد زیستتوده مرده جلبک Fucus serratus در جذب زیستی همزمان کادمیوم و نیکل از محیطهای آبی دارای ۱۴ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است
فایل ورد فایل ورد کامل مقاله پژوهشی درباره عملکرد زیستتوده مرده جلبک Fucus serratus در جذب زیستی همزمان کادمیوم و نیکل از محیطهای آبی کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه و مراکز دولتی می باشد.
توجه : در صورت مشاهده بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی فایل ورد کامل مقاله پژوهشی درباره عملکرد زیستتوده مرده جلبک Fucus serratus در جذب زیستی همزمان کادمیوم و نیکل از محیطهای آبی،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد
بخشی از متن فایل ورد کامل مقاله پژوهشی درباره عملکرد زیستتوده مرده جلبک Fucus serratus در جذب زیستی همزمان کادمیوم و نیکل از محیطهای آبی :
مقدمه
فلزات سنگین، سمیترین آلایندهها در محیط زیست هستند که علاوهبر ایجاد برخی عوارض سوء نظیر حساسیت، بیماری، مسمومیت و مرگ انسان، وارد زنجیره غذایی میشوند و حتی جهشزایی و سرطان نیز ایجاد میکنند. این فلزات سنگین از منابع گوناگون مانند فرسایش طبیعی مواد، بارشهای جوی، فورانهای آتشفشانی، خاک، فاضلابها، دفن بهداشتی، شیرابه اماکن، معادن، روانآبهای شهری و فاضلابهای صنعتی مختلف، شهری، کاغذ، الکترونیک، صنایع ذوب فلز، بهخصوص آبکاری دباغی رنگرزی وارد محیط زیست میشوند.
یکی از مهم ترین و خطرناکترین آلودهکنندههای زیستمحیطی، آلودگیهای ناشی از یونهای فلزات سنگین موجود در پسابهای واحدهای صنعتی است. در بسیاری از کشورهای جهانسوم و همچنین کشورهای درحال توسعه کنترل مناسبی بر سیستمهای خروجی پساب که وارد محیط زیست میشود صورت نمیگیرد و همین به آلودگیهای حاد و مزمن جمعیتهای زیستی اعم از گیاهی، حیوانی و انسانی منجر میشود (رخشانی، .(۱۳۸۴ بهدلیل کارآنبودن و مقرون بهصرفهنبودن بسیاری از روشهای فیزیکی و شیمیایی برای حذف یونهای فلزی از پسابها، معرفی و استفاده از روش های ساده، ارزان و کارآمد برای حذف یونهای فلزی
ضروری است .(Spain, 2003; Fillai, 2000) نیکل علاوهبر آسیب به ریه، حفرههای بینی و سینوس باعث سوزش و خارش پوست و التهاب نیز میشودعموماً. فلز نیکل و ترکیبات آن سرطانزا هستند (Browing, .1986) جذب فلز توسط میکروارگانیسمها میتواند با سیستمهای مرده تحت عنوان جذب بیولوژیکی یا زنده تحت عنوان تجمع بیولوژیکی صورت بگیرد. مطالعات امکانسنجی برای کارهایی با مقیاس بزرگ نشان
میدهند که فرآیندهای جذب بیولوژیکی کارآتر از فرایندهای تجمع بیولوژیکیاند .(Strerberg, 2000) سازوکار باندشدگی فلزات بهعلت پیچیدگی جرم بیولوژیکی بهآسانی قابل تصور نیست، بنابراین محل تجمع فلزات توسط میکروسکوپ الکترونی و اشعه ایکس و تحلیل دیگر مشخص میشود. سازوکار جذب اصولاً شامل کمپلکس با سطح سلول، تعویض یونی و
رسوبهای ریز است .(Diniz, 2008; Wass, 1997)
ظرفیت جذب جاذبهای بیولوژیکی مختلف به دلیل تفاوت این جاذبها در جذب فلزات سنگین متفاوت است. کارآیی جاذب بیولوژیکی به حالت یونی میکروارگانیزم وابسته است و این جاذب باید همانند رزینهای سنتتیک با فرم های متفاوت یونی مثل حالت پروتونی (H+) یا کاتیونی (سدیم، کلسیم و منیزیم) اشباع شوند. بههمیندلیل با توجه به نوع میکروارگانیزم و فلز سنگین بهکمک اسیدهای معدنی، باز یا نمک املاح اولیه بر روی جرم بیولوژیکی انجام میشود. از دیگر عوامل مؤثر در پدیده جذب نقش گروههای مختلف جرم بیولوژیکی در حذف و بازیافت فلزات سنگین توسط پدیده جذب است؛ چراکه جرمهای بیولوژیکی مختلف همچون باکتریها، قارچها، مخمرها، سیانوباکتریها و جلبکها میتوانند انواع گوناگونی از فلزات سنگین با مقادیر مختلف را جذب کنند .(Volesky, 1990) جذب زیستی فلزات سنگین، تکنولوژینسبتاً جدیدی برای تصفیه پسابهای صنعتی است و هدف آن حذف فلزات سمی و پاکسازی محیط زیست و نیز بازیافت فلزات باارزش است. از مزایای مهم تکنولوژی جذب زیستی، میتوان به مؤثر بودن آن در کاهش غلظت یونهای فلز سنگین به مقادیر بسیار پایین، قابلیت تولید مجدد جاذب، عدم تولید لجن، بازیافت فلز و استفاده از جاذب زیستی ارزان مثل جلبک
یافته های نوین در علوم زیستی، جلد ۴۵-۵۵ :۱
طبیعی،که فراوان یافت میشود، اشاره کرد (Herrero,
.۲۰۰۶)
جلبکها بهعلت داشتن توانایی لازم برای ایجاد توده ضخیم درمیان اتوتروفها مورد توجه قرار گرفتهاند. در دهه اخیر به بررسی و یافتن جاذبهای کمهزینه پرداخته شده است، اما جلبک قهوهای جاذبی بسیار خوب و مفید مطرح شده است. علت جذب این جلبک خصوصیت دیواره سلولی آن است که اسیدآلژینیک و اسید فوکوئیدان دارد وغالباً مسئول چلاتهکردن فلزات سنگین است. اسیدآلژینیک در pH خنثی سایتهای آنیونی کربوکسیلات و سولفات ایجاد میکند. فرمهای آب شرین این جلبکها دارای اسید گالاکتورونیک و پلیمرپکتین است که سایتهای آنیونی دارند و توسط جذب الکترواستاتیک فلزات به آنها باند میشوند
.(Hollan, 1994)
حضورآلژینیکاسید در دیواره جلب، برای اتصال فلز اساسی و مهم است. گروههای کربوکسیل سطح آلژینیکاسید میتواند با فلزات کاتیونی مانند نیکل و
۴۷/۴۷ Nova Biologica Reperta 1: 45-55 ( 2015)
کادمیوم واکنش نشان دهد .(Xie, 2007) با توجه به توسعه صنعت در کشور و تخلیه فاضلابهای حاوی فلزات سنگین ازجمله کادمیوم و نیکل تحقیقات در زمینه بیوتکنولوژی جذب فلز لازم است. فقدان تحقیق درباره جذب زیستی و بازیافت دو فلز مذکور بهصورت همزمان توسط جلبک قهوهای فوکوس سراتوس در داخل کشور، این مطالعه تحقیقاتی با هدف توسعه تکنولوژی زیستی جدید برای حذف و بازیافت این دو فلز توسط این جلبک قهوهای از محلولهای آبی به صورت بیومس غیرفعال و تأثیر پارامترهای مختلف بر حذف آنها به صورت مطالعات سینتیکی و ایزوترم انجام گرفته است. همانگونه که در جدول شماره ۱ نشان داده شد، نسبت میزان مانورونیکاسید و گلوکورونیکاسید در جذب فلزات بهوسیله جلبک مهم است. در فوکوس سراتوس این نسبت ۱ است.
جدول -۱ میزان نسبت مانورونیکاسید و گلوکورونیک اسید در آلژینیک اسید جلبکها.
Table 1. Ratio amount of mannuronic acid, glucuronic acid and alginic acid in algae.
نوع جلبک میزان نسبت M/G
Macrocystis pyrifera (L.) C.Agardh 1/6
Laminaria hyperborea (Gunnerus) Foslie 0/45
Laminaria digitata (Hudson) J.V.Lamouroux 1/2
Laminaria japonica J.E.Areshoug 2/2
Ascophyllum nodosum (L.) Le Jolis 1/2
Fucus serratus L. 1/0
Sargassum fluitans Borgesen 0/19
Sargassum siliquosum J.Agah 0/72
علاوهبراین میزان ترکیبات موجود در فوکوس سراتوس مکانیسم جذب میزان فلزات جذب شده در سطح
در جدول شماره ۲ نشان داده شده است . با توجه به جلبک برابر میزان فلز خارج شده از سطح جلبک است.
یافته های نوین در علوم زیستی، جلد ۴۸/۴۸ Nova Biologica Reperta 1: 45-55 (2015) 45-55 :1
جدول -۲ فهرست عناصر موجود در جلبک قهوهای فوکوس سراتوس.
Table 2. The composition of brown algae Fucus serratus.
فوکوس سراتوس
قطر ۰/۵ میلیمتر ۴۰/۰ ۲/۰ ۵/۰ ۴۱/۵ ۰/۵
مواد و روشها
آمادهسازی جلبکها و فراوری شیمیایی
جلبــک قهــوهای فوکــوس ســراتوس از ســاحل اقیــانوس اطلــس در شــهر پورنیــک فرانســه جمــعآوری شــد. ایــن جلبک دوبار با آب آشامیدنی، سپس دوبار با آب مقطـر شست شو شد و برای خشک شدن در معرض نور آفتاب قرار گرفت و درنهایت با برش دادن، قطعاتی با قطـر ۰/۵ میلیمتر انتخاب و استفاده شد.
آزمایشهای سینتیک جذب
آزمایشهای مربوط به سینتیک جذب همزمان کادمیوم و نیکل بهوسیله جلبک فوکوس سراتوس در یک راکتور یک لیتری با افزودن یک گرم جلبک انجام گرفت. در این آزمایشها از اسیدکلریدریک و هیدروکسید سدیم برای تنظیم pH استفاده شد.
پارامترهای سینتیکی جذب زیستی
به منظور تحقیق درباره سازوکارجذب بیولوژیکی و مشخص کردن مرحله کنترلکننده عمل جذب نظیر انتقال یا مرحله واکنش شیمیایی، از مدلهای سینتیکی
عناصر
C (%)
N (%)
H (%)
O (%)
S (%)
استفاده میشود. در این مطالعه از مدلهای شبهدرجه یک و شبهدرجه دو برای مدلسازی اطلاعات تجربی استفاده میشود.
معادله شبهدرجه یک لاگرانژ به این صورت است:
dqt k1 (qe q t ) (1) dt
که درآن، K1 ثابت سرعت جذب بیولوژیکی برحسب min-1 و qe و qt بهترتیب میزان جذب فلز در زمان تعادل و زمان t، برحسب میلی مول بر گرم است. با لگاریتمگیری از رابطه فوق معادله زیر را میتوان بازنویسی کرد:
(۲) Kadt log(qe qt ) logqe
۲۳۰۳
در معادله شبه درجه یک، شدت پرشدن سایتهای جاذب متناسب با تعداد سایتهای خالی در نظر گرفته میشود. پارامترهای k1 و qeq با استفاده از رسم نمودار خطی log(qeq-qt) برحسب t به دست میآیند. معادله شبه درجه دو براساس میزان ظرفیت تعادلی است و در آن شدت پر شدن سایتهای جاذب متناسب با مربع تعداد سایتهای خالی جاذب فرض میشود.
یافته های نوین در علوم زیستی، جلد ۴۵-۵۵ :۱
معادله شبه درجه دوم به این صورت است:
dqt K2 (qeq qt )2 (3)
dt
در این معادله K2 ثابت سرعت واکنش درجه دوم برحسب g/mg.min است. qe و qt همانند معادله شبهدرجه اول هستند. با انتگرالگیری از معادله ۳، این رابطه به دست میآید.
(۴) t 1 1 t
qe q 2 K q
e 2 t
پارامترهای K2 و qeq با استفاده از رسم نمودار خطی t/qt برحسب t به دست میآید (Chen, 2007; .Smaidsrot, 1996)
پارامترهای تعادلی جذب زیستی
اطلاعــات تعــادلی تحــت عنــوان ایزوتــرم جــذب بــرای طراحی سیستم ضروری است. در این تحقیـق از ایزوتـرم لانگموئیر بـرای مـدلسـازی تعـادلی جـذب کـادمیوم و نیکـل بــه صــورت هــمزمــان توســط فوکــوس ســراتوس استفاده شده است.
اگر یونهای فلزی به طور مسقل به سـایتهـای جـاذب متصل شوند و جذب یون اول تأثیری بر جذب یونهـای دیگر نداشته باشد و جذب نیز بهصورت تک لایـه انجـام شود، مـیتـوان از ایزوتـرم لانگمـوییر بـرای مـدلسـازی استفاده کرد و معادله به این صورت است:
e q m bC
(۵) q e
e 1 bC
Qe میزان جذب یون فلزی درحالت تعادل (میلیگرم بر گرم)، Ce غلظت یون فلزی درحالت تعادل (میلیگرم بر لیتر)، qm بالاترین مقدار یون فلزی بر واحد وزن جلبک برای تشکیل تکلایه کامل بر سطح جاذب در بالاترین غلظت تعادلی یون فلزی و b ثابت لانگموییر مربوط به مقدار نیروی جاذبه بین سایتهای قابل اتصال و یونهای فلزی است و نشان دهنده غلظتی است که در آن مقدار qm/2 از یون کادمیوم و نیکل با
۴۹/۴۹ Nova Biologica Reperta 1: 45-55 (2015)
جاذب پیوند برقرار کرده است و هرچه مقدار b بالاتر باشد جاذبه بین جاذب و جذب شونده بیشتر است.
Qm در نشاندادن محدودیتهای تجربی ظرفیت جذب، زمانی که سطح به طور کامل بهوسیله یون فلزی پوشیده شده و مقایسه بازده جاذب بهخصوص در مواردی که جاذب به حالت اشباع نمیرسد، کمک میکند. qm و b را میتوان با رسم نمودار خطی ۱/Qe برحسب ۱/Ce مشخص کرد. پارامتر بدون بعد تعادل R تعریف میشود که نشاندهنده مطلوببودن عمل جذب بهوسیله یک جاذب است.
در مورد ایزوترم لانگموییر این فرضیهها در نظر گرفته میشود: تعداد جایگاههای جذب ثابت است، تمامی جایگاههای جذب یکسان هستند، فقط یک ماده جذب شونده وجود دارد و درنهایت یک مولکول جذب شونده با یک جایگاه فعال واکنش میدهد. فرم خطی لانگموییر به این صورت است:
(۶) ۱ R
۱ bC0
بازیافت کادمیوم و نیکل و استفاده مجدد از بیوماس
در این مرحله، آزمایشهای بازیافت کادمیوم و نیکل و احیای بیوماس غیرفعال جلبک قهوهای فوکوس سراتوس به منظور کاربرد مجدد در سیکل جذب زیستی انجام شد. به منظور انجام عمل جذب کادمیوم و نیکل، پس از انجام سیکل جذب زیستی و گذشت زمان تعادل ۵ ساعت و صافکردن محلول، جلبک روی صافی را با آب مقطر شست شو دادیم و در۵۰ میلی لیتر اسید نیتریک ۰/۱ مولار قرار دادیم و بهمدت زمان ۱۵ دقیقه عمل مخلوط کردن با استفاده از شیکر با سرعت rpm 200 انجام گرفت. جهت عمل احیای بیوماس به منظور کاربرد مجدد آن در سیکل جذب زیستی، جلبکهای روی صافی را، که فلز آنها در مرحله قبل واجذب شده
یافته های نوین در علوم زیستی، جلد ۵۰/۵۰ Nova Biologica Reperta 1: 45-55 (2015) 45- 55 :1
بودند، در ۵۰ میلی لیتر محلول کلریدکلسیم ۰/۱ مولار قرار دادیم و به مدت ۱۵ دقیقه عمل هم زنی با استفاده از شیکر با سرعت۲۰۰ rpm انجام شد. درنهایت پس از اتمام این زمان، نمونهها با استفاده از کاغذ صافی واتمن صاف شدند و از جلبکهای احیاشده روی صافی به منظور کاربرد مجدد در سیکل جذب زیستی استفاده شد.
نتایج
سطح جلبک فوکوس سراتوس ابتدا قبل از شست شو با آب مقطــر و در مرحلــه بعــد بــا تیمــار جلبــک توســط سوسپانسیون آب مقطر مشخص شد. بررسی نشـان مـی-
دهد با تیمار جلبک به وسیله آب مقطر، قطـر کانـالهـا و سطح ویژه جلبک یعنی BET افـزایش پیـدا مـیکنـد و میزان جذب در زمانهای مختلف تفسیر مـیشـود. علـت افزایش آرام میزان جذب این است که با گذشـت زمـان منافذ باز میشوند و یونهای کادمیوم و نیکل مـیتواننـد وارد شیارها شوند. جذب اولیه مربوط به گروههای فعـال سطحی جلبک است که درمعرض مستقیم فلزات سـمی قرار میگیرند و جذب اندک در زمـانهـای طـولانی بـه اتصال این فلزات به گروههای سطحی مربوط اسـت کـه قبلاً مخفی بودهاند؛ ولی اکنون آشکار شدهانـد (جـدول
.(۳
جدول -۳ مقایسه خصوصیات ساختمانی جاذب زیستی (فوکوس سراتوس) قبل و بعد از تیمار با آب مقطر.
Table 3. The comparing the structural properties of biological adsorbent (Fucus serratus) before and after
treatment with distilled water.
فوکوس سراتوس شستهشده فوکوس سراتوس خام
۰/۰۸۱ ۰/۰۲۷ حجم کلی نفوذ
میلیلیتر بر گرم میلیلیتر بر گرم
نانومتر ۱۵۶۵۰ نانومتر ۵۹۴۲ قطر حفره سطح جلبک
۱/۷۹ ۰/۲۲ ۰/۱۹ ۰/۰۳ سطح BET
مترمکعب بر گرم مترمکعب بر گرم
خواص سطحی ویژه
آزمایشهای کینتیک
کینتیــک کــادمیوم و نیکــل بــه وســیله بیومــاس فوکــوس ســراتوس بــا اســتفاده از آب مقطــر در دمــای ۲۵ درجــه سانتیگراد، pH درحدود ۵/۵ به دست آمده، کـه زمـان تعادل آن درحدود ۳۴۰ دقیقه است. بعد از گذشـت ایـن زمان راندمان جذب ثابت میماند. این مسئله در مصارف صــنعتی مهــم اســت، زیــرا زمــان تعــادل در بــاکتریهــا درحدود چند دقیقه، در جلبکها درحدود چنـدسـاعت، در کیتــوزان بــه میــزان چنــدروز و بــرای کــربن فعــال درحدود چندهفته است. درنتیجه در مقایسه با باکتریها
این زمان طولانیتر ولی در مقایسـه بـا کیتـوزان و کـربن فعــال ایــن زمــان کمتــر اســت. همــین آزمــایش در آب معمولی انجام شد که منحنی متفاوتی بهدست آمـد. ایـن تفاوت به حضور یونهای کلسیم در آب معمولی مربوط میشود که در اتصال به گیرندههای سـطح سـلول بـا فلـز کـادمیوم و نیکـل رقابـت مـیکننـد. بـا مقایسـه کینتیــک جذب کادمیوم و نیکل در آب مقطر و آب شیر مشخص شد تفاوت این دو زیاد نیست و میتوان در امور صـنعتی
یافته های نوین در علوم زیستی، جلد ۴۵-۵۵ :۱
از پساب و فاضلاب کارخانجات استفاده کرد. همچنـین با مطالعه منحنی مـوردنظـر بـه ایـن نتیجـه مـیرسـیم کـه راندمان جذب نیکل در مقایسه بـا کـادمیوم بیشـتر اسـت (شکل .(۱
۵۱/۵۱ Nova Biologica Reperta 1: 45-55 (2015)
آزمایشهای ایزوترم
از مهمترین آزمایشها در بحث جاذبهای بیولوژیـک آزمایش ایزوترم است. منحنی ایزوترم تثبیت کـادمیوم و نیکل به صورت جدا و همچنین به صورت همزمان انجام شده است.
شکل -۱ کینتیک تثبیت یون کادمیوم
اشتراکگذاری:
- لینک دانلود فایل بلافاصله بعد از پرداخت وجه به نمایش در خواهد آمد.
- همچنین لینک دانلود به ایمیل شما ارسال خواهد شد به همین دلیل ایمیل خود را به دقت وارد نمایید.
- ممکن است ایمیل ارسالی به پوشه اسپم یا Bulk ایمیل شما ارسال شده باشد.
- در صورتی که به هر دلیلی موفق به دانلود فایل مورد نظر نشدید با ما تماس بگیرید.
