دوماهنامه مهندسی شیمی ایران
پیاپی 50 (مهر و آبان 1389)

استفاده از هیدروژن به عنوان سوختی پاک و تجدیدپذیر، نگرانی های زیست محیطی را کاهش می دهد و راهکاری برای حل مسائل امنیت و استقلال انرژی است و باید برای تولید آن روش های اقتصادی توسعه یابند. در حال حاضر بیشترین هیدروژن تولید شده در صنعت جهانی بر اساس واکنش تبدیل متان با بخار و سپس واکنش کاتالیزی جابجایی گاز- آب است که به خاطر هزینه زیاد عملیات در دمای بالا و تصفیه نهایی گاز، در سالهای اخیر روش های جایگزین از جمله تولید زیستی مورد توجه قرار گرفته اند. روش های زیستی در کنار تولید سوخت پاک، پتانسیل کاهش پسماند را نیز به همراه دارند. در این مقاله فرایند زیستی جابجایی گاز- آب با توجه به میکروارگانیسم های شرکت کننده و انواع راکتور به طور کامل بررسی شده است.

اریترومایسین، آنتی بیوتیکی ماکرولیدی است که از طریق تخمیر چند مرحله ای باکتری ساکارو پلی اسپورا اریترا تولید می شود. عوامل زیادی بر فرایند تولید اریترومایسین اثر دارند که از جمله آنها می توان به نوع و مقدار ترکیبات محیط کشت اشاره کرد که نقش مهمی در رشد و سنتز باکتری، زمان و میزان تولید محصول و هزینه های انجام فرایند تخمیر دارد. در این پژوهش به بررسی فرایند تولید اریترومایسین توسط باکتری فوق به روش تخمیر بسته در محیط های حاوی مقادیر مختلف آرد سویا به عنوان یک منبع نیتروژنی ارزان، در دسترس و بومی ایران، پرداخته شده است. در طول فرایند تغییرات ریخت شناسی (مورفولوژی) باکتری، pH، زیست توده، اریترومایسین تولید و پارامترهای تخمیر اندازه گیری شده است. میزان اریترومایسین تولید شده به روش طیف نورسنجی (اسپکتروفتومتری) سنجیده شده است. نتایج به دست آمده نشان داد که غلظتهای مختلف آرد سویا در محیط کشت بر روی pH، زیست توده، اریترومایسین تولیدی و پارامترهای تخمیر تاثیر دارد. غلظت بهینه آرد سویا برای تولید محصول اریترومایسین 30گرم بر لیتر به دست آمده است.

هدف از این مقاله بررسی تغییر و تبدیل آلکان های خطی زنجیره بلند تحت تاثیر تعدادی کنسرسیوم بومی می باشد. در این پژوهش از 3 کشت مخلوط میکروبی که قبلا در پژوهش های دیگری به دست آمده، در محیط کشت معدنی مناسب به همراه مخلوط های مختلفی از اکتادکان، نونادکان، ایکوزان و دودکان استفاده شده و پس از یک هفته گرماگذاری و جداسازی فازهای آلی، میزان تغییر و تبدیل زیستی با استفاده از دستگاه GC-MS مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان می دهند که برخی ترکیبات اکسیدی اغلب الکل نوع اول و اسید چرب و به مقدار کمتری ترکیبات شاخه دار و گاهی ترکیبات حلقوی ظاهر شده-اند. همچنین، پودر سفید رنگی پس از تیمار زیستی تشکیل گردید که آنالیز FTIR وجود پیوندهای الکلی، اسیدی، اتری و آلدهیدی را در این ترکیب نشان داد که مبین یک ترکیب پلیمری ناشی از پلیمریزاسیون اسیدها و الکل های میانی تولید شده در اثر فعل و انفعال میکروارگانیزم ها است.

کاتالیزگرهای مستعمل هیدروفراوری توسط سازمان حفاظت محیط زیست آمریکا1 در فهرست ضایعات خطرناک طبقه بندی شده اند. مدیریت این پسماند های جامد خطرناک اغلب از طریق روش هایی مانند خاکچال کردن، (احیا/تجدید) و استفاده مجدد، استفاده در تولید سایر محصولات مفید و بازیافت فلزات از طریق روش های هیدرومتالورژی و پیرومتالورژی انجام می شود. کاتالیزگرهای مستعمل هیدروفراوری شامل مقادیر قابل ملاحظه ای از فلزات Mo، Ni، W، Co و V هستند که این فلزات ارزشمند بوده و به طور وسیع در صنایع فولاد و تولید آلیاژهای ویژه مورد استفاده قرار می گیرند. به این دلیل گزینه بازیافت فلزات بسیار مورد توجه بوده و استفاده از روش های کم هزینه و دوستدار محیط زیست در این زمینه بسیار حائز اهمیت است. یکی از فناوری های جدیدی که در این زمینه بسیار مورد توجه قرار گرفته فناوری فروشویی زیستی2 است، که بر اساس توانایی میکروارگانیسم ها برای تبدیل ترکیبات جامد به المان های قابل استخراج و محلول تعریف می شود. هدف این مقاله نگاهی بر روش های موجود برای مدیریت کاتالیزگرهای مستعمل و مروری بر تحقیقات صورت گرفته در زمینه فناوری فروشویی زیستی به منظور بازیافت فلزات از کاتالیزگر های مستعمل است.

اثر دما، pH و غلظت گلوکز بر تخمیر قارچ موکورایندیکوس تحت شرایط هوازی به منظور بهینه سازی بازدهی اتانول بررسی شد. از روش تاگوچی در سه سطح برای طراحی آزمایشات و سطح اطمینان 95 درصد برای تحلیل نتایج استفاده گردید. تحلیل نتایج نشان داد که دمای بهینه برای تخمیر این قارچ 30 درجه سلسیوس است. غلظت گلوکز (در محدوده 100- 25 گرم بر لیتر) و pH (در محدوده 5/5-5/4) در مقایسه با دما اثر کمتری داشتند. مقدار بیشینه بازدهی اتانول 43/0 گرم بر هر گرم گلوکز به دست آمد. گلیسرول مهمترین محصول جانبی تخمیر بود که با توجه به تحلیل نتایج، غلظت گلوکز برای تولید بهینه گلیسرول 100 گرم بر لیتر بود. دما و pH اثر کمی بر تولید گلیسرول داشتند. مقدار بیشینه بازدهی گلیسرول برابر با 89 میلی گرم بر هر گرم گلوکز به دست آمد.

در سال‎های اخیر تلاش های زیادی به منظور یافتن روش‎های اقتصادی پاکسازی محیط زیست از آلاینده های ساخته دست بشر صورت گرفته و در این میان فرایندهای تیمار زیست شناختی بسیار مورد توجه می‎باشند. به دلیل سمیت و اثرات موتاژن مواد منفجره نیتروآروماتیک، این آلاینده ها نیز یکی از معضلات محیط زیست محسوب می‎شوند و در این میان 2،4،6- تری‎نیتروتولوئن به دلیل استفاده گسترده‎ نظامی و صنعتی سهم بیشتری در آلودگی آب و خاک دارد. در این تحقیق، ابتدا تبدیل‎زیستی1 این آلاینده در فاز آب حاوی (mg/l)100 تری‎نیتروتولوئن (معادل انحلال پذیری آن در آب) توسط 7 سویه باکتریایی و قارچی با پتانسیل زیست سالم‎سازی ترکیبات حلقوی بررسی گردید. نتایج نشان دهنده برتری باکتری سودوموناس پتیدا2 در تبدیل‎زیستی کامل تری‎نیتروتولوئن در شرایط هوازی می باشند. سپس توانایی این سویه در زیست سالم سازی یک خاک آلوده به (mg/kg)1000 تری‎نیتروتولوئن در فاز دوغابی طی 25 روز مورد بررسی قرار گرفت و نتایج، نشان دهنده تبدیل‎زیستی بیش از 97% این آلاینده در خاک می باشند.

در سال های اخیر توانایی جلبک های پرسلول در تصفیه پساب های نساجی و رنگرزی که حاوی مواد رنگزای آلی می باشند، مورد توجه قرار گرفته است. در این مقاله تصفیه زیستی ماده رنگزای مالاکیت سبز (تری فنیل متان) به وسیله ی جلبک پرسلول کلادوفورا1 مورد بررسی قرار گرفته است. جلبک جمع آوری شده به وسیله ی میکروسکوپ نوری شناسایی شد که نمونه مورد نظر کلادوفورا متعلق به جلبک های سبز می باشد. گونه های جلبکی از دریاچه طبیعی جمع آوری شد و بلافاصله مورد استفاده قرار گرفت. تاثیر عواملی نظیردما، غلظت اولیه ماده رنگزا، وزن جلبک وpH، برکارایی فرایند تصفیه زیستی ماده رنگزا مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان دادند که با افزایش غلظت ماده رنگزا در محدوده ppm 5/17-5/2، میزان رنگردایی افزایش می یابد. همچنین، با افزایش مقدار جلبک، کارایی فرایند تصفیه زیستی ماده رنگزا زیاد می شود. مقدار مطلوب وزن جلبک 4 گرم وزن تر به دست آمد. پایداری و کارایی جلبک در مدت طولانی کارکرد و همچنین تکرارپذیری آن مورد بررسی قرار گرفت. براساس نتایج به دست آمده، تصفیه زیستی کامل محلول رنگی حاوی ppm10 مالاکیت سبز در حضور جلبک مورد نظر در شرایط مطلوب در مدت 7 ساعت انجام می گیرد.

پارانیتروفنول از نیتروآروماتیک هایی است که به دلیل تولید و استفاده از حشره کش ها، مواد پلاستیکی و دارویی به محیط زیست وارد شده و خطراتی را ایجاد می نماید و لذا حذف این ماده از اهمیت ویژه ای برخودار است. در این تحقیق، تجزیه زیستی پارانیتروفنول توسط یک گونه منتخب از میان یک مجموعه میکروبی مورد بررسی قرار گرفته است. طی یک سری آزمایش های مقایسه ای در فاز آب در میان 7 گونه مختلف میکروبی، آلکالیجنس فالکالیس1 با بالاترین سطح تحمل و بیشترین درصد حذف به عنوان باکتری برتر انتخاب گردید. سپس تجزیه پارانیتروفنول در خاک آلوده در دو غلظت 25 و (mgkg-1)50 در فاز دوغابی به مدت 21 روز در کشت های لرزان مورد بررسی قرار گرفت. پارانیتروفنول باقیمانده در فازخاک نشان می دهد که به ترتیب 72 و 57 درصد کاهش در غلظت پارانیتروفنول در فاز دوغابی حاصل می شود. نتایج، نشان دهنده توانایی بالای باکتری فوق در تجزیه-زیستی پارانیتروفنول جذب شده در خاک می باشد.

زیست تصفیه یکی از روش های زیستی با صرفه اقتصادی بالا برای تصفیه هوا از آلاینده ها در غلظت های کم به شمار می رود. در این پژوهش، حذف بخار تولوئن از هوا در شرایط هوادهی ناپیوسته در یک زیست صافی با بستر کمپوست و سنگ لاوا مورد بررسی قرار گرفت. بستر با قارچ فنروکائت کرایسوسپوریوم1 تلقیح شد. کارایی سیستم در یک دوره شصت روزه، با 10 ساعت هوادهی روزانه، در شدت جریان های حجمی (m3h-1) 096/0، 024/0 و 06/0 هوا و غلظت های آلاینده) (mgm-31/173 و 4/52 مورد ارزیابی قرار گرفت. بیشترین بازدهی حذف در روز سی و دوم به دست آمد که به 92% رسید. بیشترین میزان تجزیه زیستی تولوئن در بخش ورودی بستر روی داد. سینتیک واکنش زیستی در زیست صافی با استفاده از معادله موناد بررسی شد که ثابت های آن به مقادیر(gm-3) 495/3Km= و (gm-3h-1) 50 rm= به دست آمد. نتایج نشان دادند که یک زیست صافی با بستر حامل قارچ توانایی حذف تولوئن را از هوا در شرایط دشوار زیستی مانند بارگذاری ناپیوسته دارد.

نانوذرات به عنوان حامل های دارویی شکل جدیدی از رسانش دارو به سلول های سرطانی را از طریق ورود به روزنه های آوندهای غده سرطانی ارائه می دهند. تهیه و اصلاح این نانوذرات جهت اتصال به غشاء سلول های سرطانی و یا گیرنده های هسته ای و سیتوپلاسمی ممکن است. این اصلاحات هدفمند با احاطه بر علومی نظیر مهندسی شیمی و مهندسی مواد امکان پذیر است. نقش مهندسی شیمی، شناسایی سطح اصلاح شونده و تنظیم سازوکارهای فرایند اصلاح است. هدف این مقاله با توجه به تجارب آزمایشگاهی مولفین، تشریح پیشرفت های صورت گرفته در زمینه استفاده از نانوذرات به عنوان عوامل رسانش دارو به غده های سرطانی و چگونگی اثرگذاری آنها در از بین بردن برخی از عوامل فیزیکی و داروشناختی (فارماکولوژیکی) جهت درمان موثرتر سرطان با دارو می باشد. همچنین یک سامانه نوین دارویی مورد بحث قرار گرفته است.

در پیل سوختی زیست شناختی سوبسترا به وسیله میکروارگانیزم و یا آنزیم اکسید می شود و انرژی زیست شیمیایی موجود در موادمغذی به انرژی الکتریکی تبدیل می گردد. ساکرومایسیس سرویسیا1 به عنوان یک زیست کاتالیزگر زنده و گلوکز به عنوان سوبسترا در پیل سوختی زیست شناختی مورد استفاده قرار گرفت. از متیلن بلو باغلظت 50 میکرومول در لیتر به عنوان واسطه انتقال الکترون استفاده گردید. میزان رشد میکروارگانیزم پس از تلقیح به سیستم در فاصله زمانی2 ساعت مورد بررسی قرار گرفت. این میکروارگانیزم توانایی خوبی برای رشد در شرایط بی هوازی از خود نشان داده که توانسته ظرف مدت 36 ساعت تمامی گلوکز موجود در سیستم را مصرف کند. منحنی پلاریزاسیون سیستم بدون افزودن واسطه انتقال و بعد از افزودن متیلن بلو به عنوان واسطه انتقال مورد بررسی قرار گرفت. افزایش ماده واسطه سبب افزایش توان به میزان 5/4 میکرووات گشته است. پیل ساخته شده دارای ولتاژ مدار باز250 میلی ولت بوده است که به مدت 36 ساعت نیز کاملا پایدار بوده است.

شیمی سبز به عنوان یک رویکرد جدید در صنایع شیمیایی و علم شیمی در اوایل دهه ی 1990 میلادی مطرح گردید و در آغاز هزاره ی جدید میلادی مورد پذیرش و اقبال عمومی قرار گرفت. اصول دوازده گانه ی شیمی سبز به طور کلی مبتنی بر کمترین تولید ضایعات، کمترین تولید و یا استفاده از مواد زیان بار، استفاده از روش هایی با بیشترین بازدهی و تولید محصولات زیست تخریب پذیر و دارای کمترین اثرات زیان بار محیطی می باشد. دستیابی به اهداف شیمی سبز و پایدار با توجه به ماهیت این اهداف، مستلزم همکاری محققین و متخصصین دارای تخصص های مختلف است. در این مقاله نقش مهندسی متابولیک به عنوان یک شاخه نوظهور از زیست فناوری در دسترسی به اهداف شیمی سبز و پایدار بررسی می شود.

فلزات سنگین از مهمترین آلاینده های زیست محیطی به شمار می روند که برای سلامتی انسان و به ویژه اکوسیستم های آبی تهدیدی جدی محسوب می شوند. این آلاینده به آسانی در بافت های مختلف موجودات زنده انباشته می شود و در زنجیره غذایی به گردش در می آید. تاکنون روش های مختلف فیزیکی، شیمیایی و زیستی برای حذف فلزات سنگین مطرح شده و مورد استفاده قرار گرفته اند. دامنه گسترده ای از مواد زیست شناختی، به خصوص گیاهان، جلبک ها، قارچ ها، باکتری ها و بیشتر پروتئین ها به دلیل ساختار مناسب برای جذب فلزات سنگین، قیمت پائین و قابل دسترس بودن آن ها بیش از سایر روش ها مورد توجه قرار گرفته اند. این جاذب ها شامل گروه های عاملی فراوانی از جمله کربوکسیل، ایمیدازول، سولفیدریل، آمین، فسفات، سولفات، فنول، کربونیل و آمید هستند که گروه های بسیار فعالی برای حذف فلزات سنگین می باشند. در این مقاله، تاثیر فلزات سنگین بر محیط زیست و انواع روش های زیستی حذف آنها با تاکید بیشتر بر روش های نوین مبتنی بر فناوری DNA نوترکیب ارائه می شود. ساختار جاذب های زیست شناختی و چگونگی جذب فلزات سنگین توسط آنها نیز شرح داده می شوند. به طورکلی جذب سطحی با استفاده از انواع جاذبهای زیستی و به ویژه افزایش جذب آنها با استفاده از فنون نمایش سطحی پپتیدها، روشی نوین و کارآمد برای حذف فلزات سنگین به شمار می رود.