Skip to main content
SUPERVISOR
Salar Dorafshan,Nasrollah Mahboobi Soofiani,Omidvar Farhadian
سالار درافشان (استاد راهنما) نصرالله محبوبی صوفیانی (استاد مشاور) امیدوار فرهادیان (استاد راهنما)
 
STUDENT
Masoud Kousha
مسعود کوشا

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده منابع طبیعی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388

TITLE

Optimization of Malachite Green Biosorption From Aqueous Solutions by Green Microalgae Scenedesmus quadricauda and Chlorella vulgaris
The present study was carried out to optimize the various conditions for biosorption of malachite green (MG) ions onto Scenedesmus quadricauda and Chlorella vulgaris biomass by applying Response Surface Method (RSM). The effects of process parameters such as initial MG concentration (2, 6 and 10 mg/L), initial solution pH (3, 4.5 and 6), algae amount (40, 80 and 120 mg/L), and contact time (10, 50 and 90 min) on the dye biosorption were analyzed using three-level Box-Behnken design. Biosorption of dye from aqueous solution was optimized in a batch mode. The analysis of variance (ANOVA) for removal efficiency of MG ions for S. quadricauda and C. vulgaris was used in order to validity a model. Then, the second-order polynomial analysis and quadratic model was employed to find out the relationship between removal efficiency of MG and four independent variables. In the quadratic models, the regression equation obtained after the ANOVA indicated the correlation coefficient (R 2 ) as 0.9918 and 0.9936 for MG removal of S. quadricauda and C. vulgaris , respectively. Values of insignificant lack-of-fit of 0.6744 and 0.7171 obtained for S. quadricauda and C. vulgaris, respectively. P-values of both models for MG removal by algae were 0.0001. Probability F less than 0.05 indicated model are significant. Also, the minimum value of standard error design 0.42 around the central point indicates that present model can be used to conduct the design space. Thus, the high R 2 value, insignificant lack-of-fit p-value, significant models P-value, and minimum value of standard error design indicating its high adequacy and validity of models in predicting the MG removal percentage by S. quadricauda and C. vulgaris . Therefore, these models were used for further analysis. The contour plots show the type of interaction between the tested variables and hence allow us to obtain the optimum conditions. On the basis, the MG removal efficiency onto these algae was increased with a decrease in initial MG concentration at 2–10 mg/L, and an increase in initial solution pH 3 to 6, biomass amount nearly 40 to 100 mg/L, and contact time of reaction at 10-90 min. In the optimum experimental conditions, the results showed that maximum dye removal efficiency of C. vulgaris biomass (91.2%) is more than S . quadricauda biomass (72.0%) for biosorption of MG ions from aqueous suspensions. In this conditions, various kinetic models of pseudo-first order, pseudo-second order and intra-particle diffusion were examined, and pseudo-second order could much better explain the sorption kinetics of dye than other models (R 2 0.99). The FT-IR spectroscopy method was used to obtain information on the nature of possible interactions between the functional groups of algal biomass and MG ions. These observations indicated that several functional groups especially carboxyl, hydroxyl and amine groups on the surface of the S. quadricauda and C. vulgaris biomass are responsible for binding of MG ions in the biosorption process. Furthermore, different removal efficiency of MG onto S. quadricauda and C. vulgaris biomass can be attributed to different interaction between dye molecule and algal biomass. These findings revealed that these algae are suitable biomaterial for MG removal from wastewaters. Keywords: Biosorption; Scenedesmus quadricauda ; Chlorella vulgaris ; Response surface methodology; Malachite green.
در مطالعه حاضر، از ریز جلبک های سبز Scenedesmus quadricauda و Chlorella vulgaris برای بهینه سازی شرایط برای جذب زیستی مالاشیت گرین بوسیله طرح آزمایش رویه های پاسخ استفاده شد. در این آزمایشات تاثیر همزمان چهار فاکتور اصلی غلظت اولیه مالاشیت گرین (2، 6 و 10 میلی گرم بر لیتر)، pH اولیه محلول حاوی مالاشیت گرین (3، 5/4 و 6)، وزن بیوماس جلبک ها (40، 80 و 120 میلی گرم بر لیتر) ومدت زمان انجام آزمایش (10، 50 و 90 دقیقه) بر روی راندمان حذف مالاشیت گرین با استفاده از روش باکس- بنکن مورد ارزیابی قرار گرفت.آنالیز واریانس داده های آزمایش طرح رویه های پاسخ برای اعتبارسنجی مدل پیشنهادی انجام گرفت. براین اساس، معادله های چندمتغیره مرتبه دوم و مدل های درجه دوم برای تعیین رابطه بین راندمان حذف مالاشیت گرین و چهار فاکتور موثر مستقل ارائه گردید. معادلات رگرسیون به دست آمده پس از آنالیز واریانس داده ها، مقادیر ضریب همبستگی بالای 9918/0 و 9936/0 را به ترتیب برای مدل های مرتبه دوم پیشنهادی برروی راندمان حذف مالاشیت گرین توسط S. quadricauda و C. vulgaris نشان دادند. مقادیر بی معنی آماره LoF به ترتیب 6744/0 و 7177/0 برای S. quadricauda و C. vulgaris (05/0 ) و مقادیر معنی دار P-value (0001/0 ) نشان دهنده اعتبار مدل است. مقدار حداقل خطای استاندارد طرح به میزان 42/0 در اطرف نقطه مرکزی آزمایش نشان داد که مدل پیشنهادی به خوبی می تواند داده های آزمایش نسبت به شیوه طرح آزمایش را تحلیل و توصیف کند. به طورکلی، ضریب همبستگی بالا (99/0 )، مقدار P-value معنی دار (0001/0 )، مقدار آماره LoF بی معنی (05/0 ) و حداقل خطای استاندارد طرح، نشاندهنده دقت بالا و اعتبار مدل پیشنهادی به منظور پیش بینی راندمان حذف مالاشیت گرین توسط S. quadricauda و C. vulgaris از محلول های آبی هستند. از اینرو، این مدل به منظور آنالیزهای بعدی مورد استفاده قرار گرفت. براین اساس برای هردو جاذب، راندمان حذف مالاشیت گرین همواره با کاهش غلظت اولیه مالاشیت گرین از 10 به 2 میلی گرم بر لیتر، افزایش pH اولیه محلول حاوی مالاشیت گرین از3 به 6، وزن بیوماس جلبک ها به صورت تقریبی از 40 تا 100 میلی گرم بر لیتر ومدت زمان انجام آزمایش از10 تا 90 دقیقه افزایش نشان داد. در شرایط آزمایشی بهینه شده، حداکثر راندمان حذف مالاشیت گرین توسط ریز جلبک های سبز S. quadricauda و C. vulgaris به ترتیب 23/76 و 32/91 درصد تعیین شدند. این نتایج به روشنی نشان دهنده توانایی بیشتر C. vulgaris نسبت S. quadricauda برای حذف مالاشیت گرین از محلول های آبی است. در شرایط بهینه، مدل های سینتیک مختلفی همچون معادله شبه درجه اول، شبه درجه دوم و داخل ذره ای به عنوان مدل های رایج جهت تعیین چگونگی انجام واکنش در سطح جلبک ها استفاده شدند، که مدل شبه درجه دوم بهترین تناسب را با داده های آزمایش نشان داد (99/0 ). روش اسپکتروسکوپی مادون قرمز برای فراهم آوردن اطلاعاتی درباره طبیعت واکنش انجام شده بین گروه های عاملی موجود درسطح دیواره سلولی گونه های جلبکی مورد آزمایش با یون های مالاشیت گرین انجام گردید. این مشاهدات نشان داد که چندین گروه عاملی خصوصا گروه های کربوکسیل، هیدروکسیل و آمین در سطح بیومس های جلبکی مسئول اتصال یونهای مالاشیت گرین به سطح جلبک ها در فرآیند جذب زیستی هستند. علاوه براین، تفاوت راندمان های حدف مالاشیت گرین توسط بیومس های جلبکی می تواند ناشی از تفاوت در برخوردهای رخداده بین مولکول های رنگی و بیومس های جلبکی باشد. نتایج این آزمایشات نشان می دهند که بیومس های جلبکی به کار رفته در این تحقیق، به عنوان مواد زیستی مناسب ودر عین حال ارزانقیمت و دردسترس برای حذف مالاشیت گرین از محلول های آبی می تواند مورد استفاده قرار گیرد. کلمات کلیدی: جذب زیستی، Scenedesmus quadricauda ، Chlorella vulgaris ، رویه های پاسخ، مالاشیت گرین

ارتقاء امنیت وب با وف بومی