SUPERVISOR
Keikhosro Karimi,Akram Zamani foroshani,Sanaz Behnam
کیخسرو کریمی (استاد راهنما) اکرم زمانی فروشانی (استاد راهنما) ساناز بهنام (استاد مشاور)
STUDENT
Saman Samadi
سامان صمدی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391
TITLE
Heavy-metals removal lead and nickel from aqueous solutionby fungus Mucor indicus and production of bioethanol simultaneously
Progress of chemical industries in the world caused environmental pollutions, in which heavy metal plays an important role on water and soil pollution. On the other hand, the crisis of energy and lack of fossil energy propend up an opportunity for biofuels, especially bioethanol. In this study, different morphology of fungus Mucor indicus were grown in a medium contaminated by two severe heavy metals (lead or nickel), and metal biosorption as well as ethanol production were investigated. These morphologies were manipulated toward purely filamentous (under aerobic condition), mostly filamentous (under anaerobic condition) and purely yeast-like (under anaerobic condition). The presence of lead in the medium increased the weight of produced biomass in all morphologies of M. indicus while increasing nickel concentration at the medium gradually decreased the rate of fungal growth, and the growth was stopped at 150 ppm of nickel. As the results showed, the presence of high concentrations of lead in the medium changed the fungus morphology from mostly filamentous to mostly yeast-like form. On the other hand, presence of nickel at the medium changed the morphology from mostly filamentous to purely yeast-like form. M. indicus has showed a high biosorption capacity for lead and the biosorption capacity increased at high concentrations. Furthermore, M. indicus was cultivated in the presence of 300 ppm of lead in 5 stages which showed a high biosorption capacity for lead at first stage also the biosorption of lead was investigated at the concentration of 300 ppm of lead within 5 stages. However, M. indicus was not able to tolerate nickel, and the fungus growth was decreased with increasing nickel concentration. Also, high concentration of nickel in the media could stop the biosorption. The three morphology of M. indicus showed a high biosorption capacity for lead at all stages whereas the lowest biosorption capacity was %95 at purely filamentous morphology. The maximum volume of biosorption capacity of lead by mostly filamentous morphology were 124 mg g -1 and 45 mg g -1 in first and last step, respectively. As well as, all morphologies of M. indicus with the presence of lead examined within 5 stages for ethanol production. The presence of lead up to 300 mg l -1 decreased the ethanol production yield than fermentation of the medium without presence of any metal. However, at the presence of nickel at the medium, M. indicus ability to product ethanol was much less than the reference. In addition, increasing nickel concentration at the medium caused a considerable reduction in ethanol production and ethanol production stopped at 100 mg l -1 nickel concentration. The results showed that all the morphologies of M.indicus have a high ethanol yield by all morphologies of M. indicus was considerably high in presence of lead and the best yield was obtained for the mostly filamentous morphology 0.46 and 0.35 gr ethanol per gr consumption glucose at the first and last stages for mostly filamentous morphology, respectively. Key words: bioethanol, biosorption, lead, morphology, Mucor indicus, nickel
رشد سریع صنایع شیمیایی در جهان باعث آلودگی شدید محیط زیست به ویژه آب های موجود در زمین شده است. در این میان فلزهای سنگین جایگاه ویژه ای دارند. از طرفی با توجه به بحران انرژی جهان و کمبود منابع سوخت های فسیلی، سوخت های زیستی به ویژه بیواتانول به عنوان یک سوخت گیاهی و یک افزودنی مناسب در دنیا بسیار مورد توجه است. در این تحقیق قارچ موکورایندیکوس در یک محیط آلوده به فلز های سنگین سرب ونیکل رشد داده شد و میزان جذب فلزات سنگین در حین فرآیند رشد قارچ موکورایندیکوس و هم چنین میزان اتانول تولیدی آن اندازه گیری و بررسی شد. حضور فلز سرب در محیط کشت قارچ در سه مورفولوژی رشته ای هوازی، رشته ای بی هوازی و مخمری شکل بی هوازی باعث افزایش میزان توده زیستی شد و بیشترین مقدار توده زیستی مربوط به مورفولوژی رشته ای هوازی بود، هم چنین حضور سرب در غلظت های بالا باعث تغییر مورفولوژی قارچ موکورایندیکوس از حالت رشته ای غالب به حالت مخمری غالب گردید و به ازای غلظت های بالاتر تغییری مشاهده نشد. فلز نیکل در غلظت های پایین تری نسبت به فلز سرب باعث تغییر مورفولوژی قارچ موکور گردید با این تفاوت که از حالت رشته ای غالب به مخمری تغییر یافت و به ازای غلظت های بالاتر هم به این حالت باقی ماند تا اینکه به مرور رشد آن کمتر و در نهایت در 150 میلی گرم در لیتر رشد آن کاملا متوقف شد. هم چنین، قارچ موکور ایندیکوس در طی 5 مرحله در حضور فلز سرب کشت داده شد و مشاهده شد که در مرحله اول توانایی خوبی در جذب فلز سرب دارد و با افزایش میزان فلز سرب میزان جذب فلز افزایش می یابد ولی قارچ موکور در جذب فلز نیکل بسیار ضعیف بود و به مرور با توجه به افزایش غلظت نیکل رشد قارچ کمتر شده و در نهایت میزان جذب نیز به صفر رسید و رشد قارچ کاملا متوقف شد. با توجه به توانایی جذب بالای فلز سرب توسط قارچ موکور ایندیکوس ، هر سه مورفولوژی رشته ای هوازی، رشته ای بی هوازی و مخمری بی هوازی مورد استفاده قرار گرفت و طی 5 مرحله میزان نهایی فلز آن اندازه گیری شد و مشاهده شد که در هر سه مورفولوژی به مرور میزان غلظت نهایی فلز سرب در محلول به میزان اندکی افزایش می یابد و میزان جذب نهایی کاهش پیدا می کند. بهترین حالت جذب در مرحله پنجم مربوط به حالت مخمری خالص با 45 میلی گرم به ازای هر گرم توده زیستی و در مرحله اول مربوط به رشته ای بی هوازی با 124میلی گرم به ازای هر گرم توده زیستی بود. حضور فلز سرب تا 300 میلی گرم در لیتر به مقدار ناچیزی باعث کاهش میزان اتانول تولیدی نسبت به شاهد بدون فلز شد اما فلز نیکل نسبت به شاهد بدون فلز به مقدار بسیار کمتری قادر به تولید اتانول بود و افزایش غلظت نیکل، با نرخ شدیدتری باعث کاهش میزان اتانول تولیدی شد و در 100 میلی گرم در لیتر هیچ مقدار اتانول تولید نشد. مورفولوژی رشته ای بی هوازی قارچ موکور ایندیکوس در حضور 300 میلی گرم در لیتر فلز سرب در مرحله اول به ازای هر گرم قند مصرفی به میزان 46/0گرم تولید اتانول داشت که در حالت پایه به میزان 48/0بود. مورفولوژی های گوناگون قارچ موکور طی 5 مرحله برای تولید اتانول در حضور سرب مورد بررسی قرار گرفت و مشاهده شد که هر سه مورفولوژی توانایی خوبی در تولید اتانول دارند و بهترین بازده در مراحل اول و پنجم در حضور فلز سرب مربوط به مورفولوژی رشته ای بی هوازی و به ترتیب به میزان 46/0و 35/0 گرم به ازای هر گرم قند مصرفی می باشد. کلمات کلیدی : بیو جذب، بیواتانول، موکورایندیکوس، سرب، نیکل، مورفولوژی