Biosorptıon of ni2+ catıons from aqueous medıum usıng lıve and ınactıve schızosaccharomyces pombe cells

Abstract

Tez Başlığı: Ni2+ katyonunun sıvı ortamdan canlı ve inaktif Schizosaccharomyces pombe hücreleri ile biyosorpsiyonu Bu çalışmada, Schizosaccharomyces pombe maya türüne ait iki farklı ırkın (yabani ve mutant tip) canlı ve inaktif hücrelerinin biyosorpsiyon yolu ile Ni(II) giderim potansiyeli kesikli olarak incelenmiştir. Biyosorpsiyon deneyleri, kuru ve metabolik bakımdan aktif olmayan maya hücreleri kullanılarak pH, sıcaklık, başlangıç metal derişimi ve biyosorbant dozu dahil olmak üzere değiştirilen deney şartları altında gerçekleştirilmiştir. Her iki tip biyokütle üzerine Ni(II) biyosorpsiyonu için en uygun pH ve sıcaklık sırasıyla 5.0 ve 25 oC olarak belirlenmiştir. Irkların Ni(II) giderimleri, 25-50 oC aralığında artan sıcaklıkla birlikte egzotermik bir davranış sergileyerek azalmıştır. Başlangıç Ni(II) konsantrasyonunun arttırılması denge anında gerçekleşen giderim miktarlarını arttırmıştır. Fakat, çalışılan her sıcaklıkta yabani tip mayanın daha yüksek Ni(II) giderim kapasitesine sahip olduğu belirlenmiştir. Her iki tip mayanın denge durumu verileri uygulanan diğer beş izoterm denkliğinden daha çok Langmuir izoterm modeline uymuştur. Kinetik model değerlendirmeleri göstermiştir ki; yabani ve mutant tip S. pombe ile Ni(II) biyosorpsiyonu, artan sıcaklıkla hız sabitlerinin azaldığı pseudo-ikinci derecedendir. Negatif entalpi değişimi değerleri biyosorpsiyon süreçlerinde gözlenen egzotermik davranışı desteklemektedir. Her iki S. pombe ırkının canlı hücreleri ile biyosorpsiyon deneyleri, kültür ortamının başlangıç glukoz (karbon kaynağı) ve Ni(II) iyonu konsantrasyonları değiştirilerek S. pombe büyümesi için en uygun sıcaklık olan 30 oC’de gerçekleştirilmiştir. Ni(II) iyonu yokluğunda maksimum spesifik büyüme hızları deneysel olarak yabani ve mutant tip için sırasıyla 0.321 ve 0.193 h-1 olarak 30.9 g/ L ve 16.4 g/ L başlangıç glukoz konsantrasyonlarında elde edilmiştir. Besiyerindeki glukoz miktarını arttırmak ya da azaltmak spesifik büyüme hızlarında düşüşe neden olmuştur. Ni(II) iyonunun besiyerine eklendiği durumlarda en yüksek metal iyonu giderimi yabani tip için 14.2 g/ L, mutant tip için ise 5.4 g/ L başlangıç glukoz dozlarında gözlenmiştir. Mutant tip maya hücreleri belirgin ölçüde daha düşük spesifik büyüme hızına sahip oldukları halde yabani tipin maruz bırakıldığı Ni(II) miktarlarının iki katı metal dozlarında canlı kalmayı başarmışlardır.

olarak, inaktif formdaki yabani ırka ait S. pombe hücreleri Ni(II) giderimi için başarılı sayılabilecek bir biyosorbant özelliğinde iken, canlı hücreler söz konusu olduğunda mutant ırkın Ni(II) iyonuna karşı daha yüksek direnç ve giderim kapasitesine sahip olduğu belirlenmiştir. ABSTRACT Thesis Title: Biosorption of Ni2+ Cations from Aqueous Medium Using Live and Inactive Schizosaccharomyces pombe Cells In this study, the potential of live and inactive cells of wild (972 h-) and mutant types (GA1) of the yeast Schizosaccharomyces pombe to remove Ni(II) ions from aqueous media by biosorption was investigated in batch mode. Biosorption experiments with dried, metabolically inactive cells were conducted under varying experimental conditions including pH, temperature, initial metal ion concentration and biosorbent dose. Optimum pH and temperature for Ni(II) biosorption onto both type of biomasses were determined as 5.0 and 25 oC, respectively. Ni(II) uptakes decreased with increasing temperature within a range of 25–50 oC denoting an exothermic behaviour. Increasing initial Ni(II) concentration, in return, elevated equilibrium uptakes. However, wild-type strain had significantly more capacity to adsorp Ni(II) at all temperatures studied. Equilibrium data of both strains fitted better to Langmuir isotherm model than other five isotherm equations applied. Kinetic model evaluations showed that Ni(II) biosorption by wild and mutant type S. pombe followed the pseudo-second order rate while rate constants decreased with increasing temperature. Negative enthalpy change values support the observed exothermic behaviour of the biosorption processes. Biosorption experiments with live cells of both S. pombe strains were carried out in culture medium containing varying initial glucose (carbon source) and Ni(II) ion concentrations at 30 oC, the optimum temperature for S. pombe. Without the presence of Ni(II) ions, maximum specific growth rates for wild and mutant type of S. pombe were attained experimentally at 30.9 g/ L and 16.4 g/ L initial glucose concentrations as 0.321 and 0.193 h-1, respectively. Increasing or decreasing glucose concentrations beyond these points resulted in a decline in specific growth rates. When Ni(II) ions were supplied in culture medium, the highest Ni(II) uptakes were attained at 14.2 g/ L glucose and 5.4 g/ L initial glucose concentrations for wild and mutant strains, respectively. Although mutant strain has significantly lower specific growth rates, it was able to thrive in Ni(II) concentrations twice as much as wild type strain. In summary, inactive cells of wild-type S. pombe may act as a more successful biosorbent for Ni(II) removal while the viable cells of mutant strain are able to survive and take up higher amounts of metal ions.