New Cellularand Molecular Biotechnology Journal

other ارزیابی عملکرد نیترات‌زداییِ زیستی با استفاده از نانوفتوکاتالیست پایۀ روی و تیتانیوم اکسید (ΙΙ) در بیورِاکتور Evaluation of Biodenitrification Performance Using Nanophotocatalyst based Zinc and Titanium oxide in Bioreactor سلولی و مولکولی Cellular and molecular مقاله پژوهشی Research Article سابقه و هدف: غلظت نیترات در آب‌های سطحیِ طبیعی توسط رَواناب کشاورزی همچنان یک مشکل چالش‌برانگیز در شیمیِ محیطی است. یکی از استراتژی‌های امیدوارکنندۀ نیتراتزدایی، استفاده از فوتوکاتالیست‌هایی است که حالت‌های برانگیختۀ نورمحور آن‌ها کاهش نیترات به گاز نیتروژن میسر می‌کنند. هدف از این پژوهش بهینهسازی نانوفتوکاتالیست پایۀ روی و تیتانیوم اکسید (ΙΙ) توسط روش سطح پاسخ (RSM) بهمنظور بررسی نقش آن در نیتراتزداییِ زیستی میباشد. مواد و روش ها: مشخصات ساختاری و مورفولوژیکی نانوفتوکاتالیست تهیه‌شده توسط طیف‌سنجی تبدیل فوریۀ مادون‌قرمز (FTIR)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و طیفسنجی پراش اشعۀ ایکس (XRD) مشخص شد. اثر فوتوکاتالیستی کاتالیزور تهیه‌شده با استفاده از محلول نیترات و جاذب اسید با غلظتهای مختلف موردبررسی قرار گرفت. دو پارامتر عملیاتی مهم شامل دما (C⸰) و غلظت نانوفتوکاتالیست کربن کوانتوم دات / اکسید روی / دی اکسید تیتانیوم(CQDs/ZnO/TiO2)  که بر نیتراتزداییِ زیستیِ میکروارگانیسم تیوباسیلوسدنیتریفیکانس در حضور نانوفتوکاتالیست تأثیر میگذارند، توسط روش سطح پاسخ (RSM) بهینه شدند. طیف FTIR تشکیل پیوندهای CQDs/ZnO/TiO2 را تأیید نمود. یافته ها: میانگین قطر نانوفتوکاتالیست CQDs/ZnO/TiO2 در محدودۀ 32/38-31/29 نانومتر بود. نیتراتزدایی در حضور CQDs/ZnO/TiO2 با افزایش دما C)˚5/38) و غلظت نانوفتوکاتالیست ( g/L5/0) برابر 5/62% حاصل شد. پس از تعیین شرایط بهینه، نیترات‌زداییِ زیستی در حضور نانوفتوکاتالیست در غلظت‌های مختلف نیترات در بیورِاکتور بستر متحرک مورد‌بررسی قرار گرفت. بر اساس نتایج، در شرایط ناپیوسته، کارایی نیتراتزدایی زیستی تیوباسیلوس دنیتریفیکانس در حضور نانوفتوکاتالیست CQDs/ZnO/TiO2 برابر 1/82% بود، درحالی‌که در بیورِاکتور، کارایی نیتراتزداییِ زیستی میکروارگانیسم در حضور CQDs/ZnO/TiO2 به 95% افزایش یافت. به‌ عبارت دیگر، نیتراتزداییِ زیستیِ میکروارگانیسم در بیورِاکتور بستر متحرک در حضور CQDs/ZnO/TiO2 بیشتر بود. نتیجه گیری: طبق نتایج این مطالعه، نانوفتوکاتالیست  CQDs/ZnO/TiO2در بیورِاکتور نسبت به سیستم ناپیوسته کارایی بالاتری در حذف نیترات نشان داد. براساس یافته‌‌‌‌ها، با افزودن نانوذرات فلزی+Ti4 و+ Zn2، نیترات‌‌‌‌زداییِ ‌‌‌‌زیستیِ تقویتشده و برای توسعۀ فرآیندهای حذف آلاینده مقرون‌به‌صرفه و مفید خواهد بود.   Aim and Background: The concentration of nitrate in natural surface waters from agricultural runoff is still a challenging problem in environmental chemistry. One of the promising strategies for denitrification is the use of photocatalysts whose light-centered excited states are able to reduce nitrate to nitrogen gas. The aim of this research is to optimize the nanophotocatalyst based on zinc oxide and titanium by response surface method (RSM) in order to investigate its role in biological denitrification. Material and methods: The structural and morphological characteristics of the prepared nanophotocatalyst were determined by Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), scanning electron microscope (SEM), and X-ray diffraction (XRD) . The photocatalytic effect of the prepared catalyst was investigated using nitrate solution and acid adsorbent at different concentrations. Two important operational parameters, including temperature (°C) and concentration of nanophotocatalyst carbon-quantum-date/oxygen/titanium dioxide (CQDs/ZnO/TiO2) which affect the denitrification of the bio-microorganism Thiobacillus denitrificans in the presence of nanophotocatalyst, were optimized by the response surface method (RSM). FTIR spectrum confirmed the formation of CQDs/ZnO/TiO2 bonds. Results: The average diameter of CQDs/ZnO/TiO2 nanophotocatalyst was in the range of 29.31-38.32 nm. Denitrification in the presence of CQDs/ZnO/TiO2 was achieved by increasing the temperature (38.5˚C) and the nanophotocatalyst concentration (0.5 g/L) equal to 62.5%. After determining the optimal conditions, biological denitrification in the presence of nanophotocatalyst was investigated at different nitrate concentrations in the moving bed bioreactor. Based on the results, under batch conditions, the biological denitrification efficiency of Thiobacillus denitrificans in the presence of CQDs/ZnO/TiO2 nanophotocatalyst was equal to 82.1%, while in the bioreactor, the biological denitrification efficiency of microorganisms in the presence of CQDs/ZnO/TiO2 increased to 95%. In other words, the biological denitrification of microorganisms in the moving bed bioreactor was higher in the presence of CQDs/ZnO/TiO2. Conclusion: According to the results of this study, the CQDs/ZnO/TiO2 nanophotocatalyst in the bioreactor showed higher efficiency in nitrate removal than the discontinuous system. Based on the results, the addition of Ti+4 and Zn+2 metal nanoparticles will enhance biological denitrification and be useful for the development of cost-effective pollutant removal processes.   نانوفتوکاتالیست CQDs/ZnO/TiO2, نیتراتزداییِ زیستی, تیوباسیلوس دنیتریفیکانس, بیورِاکتور. CQDs/ZnO/TiO2 nanophotocatalyst, Biodenitrification, Thiobacillus denitrificans, Bioreactor. 107 126 http://ncmbjpiau.ir/browse.php?a_code=A-10-1224-11&slc_lang=other&sid=1 mohammadreza Ahmadiani moghadam محمدرضا احمدیانی مقدم 100319475328460014942 100319475328460014942 No Fatemeh Yazdiyan فاطمه یزدیان yazdian@ut.ac.ir 100319475328460014943 100319475328460014943 Yes Department of Life Science Engineering, Faculty of New Science and Technologies, University of Tehran, Tehran, Iran گروه مهندسی علوم زیستی، دانشکده علوم و فنون نوین، دانشگاه تهران، تهران، ایران Hamid Rashedi حمید راشدی 100319475328460014944 100319475328460014944 No