اصلاح جاذب بیولوژیکی saccharomycess cerevisiae به روش شکست سلولی و بررسی عملکرد آن در جذب فلز سنگین

چکیده : حدود پنجاه سال است که غلظت بالای فلزات سنگین وآلودگی ناشی از آن، سلامت محیط زیست و موجودات زنده را تهدید می کند. فلزات سنگین محدود به یک صنعت خاص نمی شود. در واقع در اکثر صنایع موجود ازکارخانه های شیمیایی گرفته تا صنایع چرم سازی، خودروسازی،چاپ، تولید مواد شوینده و آرایشی ، همگی به نوعی از تخلیه کنندگان فلز سنگین به محیط زیست می باشند. اما متاسفانه تمهیدات جدی برای مقابله با این معضل، در نظر گرفته نشده و چه بسا بسیاری از این کارخانه ها پساب های خود را بدون هیچ گونه تصفیه ای ، به محیط تخلیه می کنند. روش های فیزیکوشیمیایی برای حذف فلزات سنگین بارها مطالعه شده است، و استفاده از آنها مرسوم است. از معایبی که در رابطه با این روش ها وجود دارد می توان به پرهزینه بودن و آلودگی های ثانویه به جا مانده از مراحل تصفیه اشاره کرد. به همین خاطر بسیاری از صنایع، ترجیح می دهند که فاضلاب های خود را بدون هیچ گونه هزینه ای به محیط زیست خالی کنند تا اینکه متعهد به پرداخت هزینه های بالا جهت تصفیه فلز سنگین، بشوند. به همین منظور مطالعه بر روی روشهای سازگارتر با محیط زیست و کم هزینه تر در دست بررسی می باشد. استفاده از جاذب های بیولوژیکی یکی از این روش ها می باشند. در عین حال استفاده از نوع ماده بیولوژیکی ، هزینه تولیدآن، قابلیت جذب آن، دردسترس بودن آن و بسیاری پارامترهای دیگر از عوامل مهم در انتخاب نوع ماده بیولوژیکی می باشد. میکروارگانیسم saccharomyces cerevisiae ، از جمله مخمرهایی است که به آسانی می تواند در دسترس باشد، هزینه تولید بسیار پایین آن و بی ضرر بودن آن برای محیط زیست بارها طی مطالعات تحقیقاتی به اثبات رسیده است. طی تحقیقات اخیر نشان داده شده که استفاده از سلولهای غیر زنده میکروارگانیسم ها با محدودیت های عملیاتی کمتری مواجه بوده و در بعضی میکروارگانیسم ها مانند s.cerevisiae ، قابلیت جذب بالاتری نیز در مقایسه با سلولهای زنده خواهند داشت. از طرفی دیگر، روشهایی برای افزایش کارایی اینگونه جاذب ها مانند روش های شیمیایی و فیزیکی مختلف، بر روی جاذب ها انجام شده است که در بسیاری موارد منجر به بالا رفتن ظرفیت جذب و در موارد اندکی بنا به مورد جاذب و نوع روش فرآوری، منجر به کاهش ظرفیت جذب شدند. میکروارگانیسم s.cerevisiae به راحتی و ارزانی قابل کشت می باشد و همچنین بسیاری از صنایع دارویی و غذایی، سلولهای شکسته شده این میکروارگانیسم را (پس از استفاده مواد درون سلولی) به عنوان دورریز دفع می کنند. لذا سعی شد که با شکستن سلول های s.cerevisiae ، میکروارگانیسمی مانند این مواد دورریز شبیه سازی شده و به عنوان جاذب فلزات سنگین استفاده شود و تاثیر شکست سلولی بر روی عملکرد جذب، بررسی شود. شکست دیواره ی سلولی میکروارگانیسم با استفاده از دانه های ریز شیشه ای(glass bead) ، روشی است که در این تحقیق به عنوان روشی جدید برای اصلاح بیومس جهت افزایش ظرفیت جذب بررسی شد. ازآنجا که پارامترهای عملیاتی مانند غلظت اولیه فلز، ph محلول، دوز جاذب، دمای خشک شدن جاذب و زمان تماس، بر روی سیستم جذب تاثیر می گذارند، تاثیر این پارامترهای عملیاتی طی یک سری آزمایشات مرتب شده توسط طراحی آزمایشات به روش پاسخ سطوح ، مطالعه شد و سپس شرایط بهینه عملیاتی به دست آمد و ایزوترم های جذب و سینتیک جذب دراین نقاط بهینه، بررسی شد. مقایسه نتایج ظرفیت جذب به دست آمده از بیومس اولیه (9.10 mg/g) و بیومس اصلاح شده به روش شکست سلولی (14.73 mg/g) ، افزایش ظرفیت جذب بیومس را دراثر شکست سلولی تا 42.56% را نشان داد. شرایط بهینه پارامترها ی عملیاتی به دست آمده از تحلیل آماری برای جاذب اصلاح شده مطابق غلظت اولیه فلز برابر 100 ppm ، ph برابر5 ، دوز جاذب برابر 0.3 g/100 ml solution ، دمای خشک کردن جاذب برابر190 0c و زمان تماس یون فلزی با سطح جاذب برابر 120 دقیقه، به دست آمد. مطالعه سطح جاذب به روش های ftir ، bet و sem و بررسی مکانیسم جذب به کمک آنها انجام شد. با مطالعه سطح جاذب قبل و بعد از اصلاح(شکست سلولی) با استفاده از طیف ftir ، معلوم شد که گروههای عاملی کربوکسیل و هیدروکسیل وآمین ها همگی در برقراری پیوند با یون های مس و تشکیل کمپلکس سهیم بوده اند ولی عوامل اصلی در بهبود ظرفیت جذب، بعد از اصلاح جاذب، پدید آمدن گروه های عاملی دی سولفیدی و اتمهای کلر دارای زوج الکترون آزاد بر روی سطح سلول، در اثر شکست دیواره سلولی، می باشند. مقایسه تصاویر sem برای قبل و بعد از اصلاح بیومس (شکست سلولی) حاکی از ریز شدن سلولهای بیضی شکل اولیه و افزایش سطح و یکنواخت شدن سطح بیومس، می باشد. مقایسه sem قبل و بعد از جذب یون فلزی بر روی بیومس اصلاح شده (شکسته شده)، تغییر مورفولوژی سلولی را تحت تاثیرجذب فلز و قرار گرفتن یون های فلزی روی سلول ها، را نشان می دهد. نتایج bet هم تائید کننده افزایش مساحت سطح جاذب در اثر اصلاح بیومس (شکست سلول)، می باشد.