Kinetics and isotherm of nickel ions elimination from aqueous solution, by brown alga (Cystoseira indica) from Oman Sea

Authors

1 Department of Biology, Faculty of Basic Sciences, University of Mazandaran, Babolsar, Iran

2 Pharmaceutical Sciences Research Center, Faculty of Pharmacy, Mazandaran University of Medical Sciences, Sari, Iran

Abstract

One of the effective methods for the separation and recovery of heavy metals from aqueous solutions is the use of biosorbents. This study investigated the use of brown algae Cystoseira indica for removal of nickel ions from aqueous solution. In this study, adsorption isotherms and Kinetic nickel ions by algae in a batch reactor was studied. Brown algae were collected from the Coast of Oman Sea in Chabahar. This study showed that for nickel (II) uptakes, equilibrium time was about 120 minutes and the adsorption equilibrium date were well described by Langmuir equation. The maximum capacity was extrapolated to 0.29 and 0.34 mmol /g onto Cystoseira indica at pH 4 and 5 respectively. The high values of the correlation coefficient (Sargassum R2 = 0.953 at pH 4, and R2= 0.995 at pH 5) and bL the Langmuir constant equalled to 54.05, 150.15 which demonstrated equilibrium data concerning algal biomass, which fitted the Langmuir isotherms model equations well.

Keywords


گیاهان گروه بزرگ و متنوعی از ترکیبات آلی به‎ نام متابولیت‎های ثانوی را تولید می‎کنند که توسط انسان به‌‎ عنوان ترکیب دارویی مصرف می‌شوند. متابولیت‎های ثانوی منحصر به یک گونه، اغلب طی یک دوره رشد و نموی خاص در گیاه تولید می‎شوند. متابولیت‎های ثانوی دارای عملکردهای اکولوژیک مهم در گیاهان هستند. این دسته از ترکیبات، گیاهان را فقط در مقابل میکروب‌ها حفظ نمی‌کند بلکه در برابر گیاه‌خواران، رقابت گیاه با گیاه و همزیستی گیاه با میکروب نیز نقش دارند (Wink, 2010). متابولیت‎های ثانوی در زیست فناوری به عنوان دارو، علف‌کش‎های زیستی، عوامل طعم دهنده، رنگ‎های طبیعی، سمّ‎ها، مواد توهم‌زا (مانند کوکائین، هروئین، مورفین) و عطرها استفاده می‌شوند (Mazid et al., 2011).

درخت انجیر با نام علمی Ficus carica از تیره Moraceae (Rashidi and Noureddini, 2011) منشأ اصلی آن نواحی مدیترانه‌ای است، اما امروزه در اغلب نواحی دنیا می‌روید. در ایران، در اغلب جنگل‌های شمالی و سواحل دریای مازندران، آذربایجان، اصفهان، فارس، خوزستان و خراسان پراکندگی دارد (Tavakoli Saberi and Sedaghat, 2004). شواهد تاریخی نشان می دهد که مردم در دوران‌های قدیم درخت انجیر را به خوبی می‌شناختند و از آن استفاده می‌کردند، به طوری که در قدیمی‌ترین آثار، از مشخصات این درخت و فواید آن نام برده شده است. در گذشته از جوشانده برگ انجیر در بیماری دیابت و سنگ‌های کلیوی استفاده می نمودند (Rashidi and Noureddini, 2008). پژوهش‌های اخیر نشان می‌دهد جوشانده و عصاره الکلی برگ انجیر دارای اثر ضددیابت است و سطح گلوکز خون را کاهش می‌دهد (Kar et al., 2003). Browics (1978) لرگ را گونه‌ای با نیاز قابل توجه به رطوبت خاک و هوا معرفی نموده است که در خاک‌های آبرفتی (alluvial soil) یا دوره‌های پایدار غرقابی رشد می‌نمایند (Browics, 1978).

تنوع گسترده‌ای از مولکول‌های آنتی‌اکسیدانی نظیر: ترکیبات فنلی، اسیدهای فنلی، فلاونوئیدها، کوئینون‌ها و تانن‌ها، توکوفرول‌ها، کاروتنوئیدها و آسکوربیک اسید در گیاهان حضور دارند. این آنتی‌اکسیدان‌های طبیعی در بخش‌های مختلف گیاه مانند: چوب، پوست، ساقه، میوه، برگ، ریشه، گل، دانه گرده و بذر توزیع شده‌اند (Chanwitheesuk et al., 2005). ترکیبات فنلی آنتی‌اکسیدانی ممکن است به عنوان اجزای مهارکننده رادیکال‌های آزاد یا کلات‌کننده یون‌های فلزی فعال در واکنش‌های احیا که قادر به کاتالیز پراکسیداسیون لیپیدها هستند، مصرف شوند (Schroeter et al., 2002). این ترکیبات در کموتاکسونومی نیزکاربرد وسیعی دارند. فلاونوئیدها یکی از بزرگترین گروه‌های ترکیبات طبیعی جزو ترکیبات فنلی هستند (Thrugnanavel et al., 2007). فلاونوئیدها و سایر ترکیبات فنلی انتشار وسیعی در گیاهان دارند و فعالیت زیستی متنوع این ترکیبات از جمله تأثیرات آنتی‌اکسیدان و ضد میکروبی آنها در بسیاری از بررسی‌ها گزارش شده است.

با توجه به کاربردهای فراوان گیاهان و عصاره آنها در صنایع مهمی همچون: داروسازی، غذایی، آرایشی و بهداشتی و عطرسازی و موقعیت ویژه جغرافیایی کشور ایران با آب و هوای بسیار متنوع، بررسی وجود ارتباط بین عوامل محیطی و اکولوژیک با تولید و تجمع متابولیت‌های ثانویه در گیاهان می‌تواند بسیار مفید باشد.

 

مواد و روش‌ها.

برگ‌های درختان انجیر از جنگل نور در مازندران، جنگل شصت کلاته در گلستان و جنگل اسالم در گیلان و برگ‌های درختان لرگ از جنگل نور در مازندران و روستای وطنای بندرگز در گلستان و جنگل اسالم در گیلان جمع‌آوری شد، ویژگی‌های اقلیمی مناطق جمع‌آوری گیاهان در جدول 1 نشان داده شده است. برگ‌های استفاده شده در پژوهش حاضر، در تیر ماه 1391 در یک جهت شیب و با سه تکرار جمع‌آوری گردید و پس از شستشو با آب در محیط سایه در هوای آزاد خشک شدند. نمونه‌های خشک شده پس از پودر شدن در یخچال نگهداری شد و در زمان عصاره‌گیری متانول 70 درصد به آن افزوده و با روش سوکسله عصاره‌گیری شد، متانول توسط دستگاه روتاری (تبخیر کننده چرخان) حذف شد و در نهایت، عصاره‌ها توسط دستگاه فریز درایر به طور کامل خشک شد. تمام مواد شیمیایی و حلال‌های مورد استفاده در پژوهش حاضر، دارای بالاترین درصد خلوص و از شرکت مرک آلمان تهیه شده بودند.

.اندازه‌گیریمیزانکلترکیباتفنلیوفلاونوئیدی: محتوای تام فنلی با استفاده از معرف فولین-سیوکالتیو اندازه‌گیری شد. به 5/0 میلی‌لیتر از هر عصاره (10 میلی‌گرم بر میلی‌لیتر) 5/2 میلی‌لیتر واکنشگر فولین-سیوکالتیو 2/0 نرمال افزوده شد، پس از 5 دقیقه 2 میلی‌لیتر از محلول 75 گرم بر لیتر کربنات سدیم به آن اضافه شد. پس از 2 ساعت، جذب مخلوط در طول موج 760 نانومتر توسط دستگاه اسپکتوفتومتر (مدل JENWAY 6305، شرکت JENWAY، انگلستان) در مقابل بلانک خوانده شد، از گالیک اسید به عنوان استاندارد برای رسم منحنی کالیبراسیون استفاده شد. میزان تام فنولیک بر اساس میزان معادل میلی‌گرم گالیک اسید در گرم عصاره گزارش شد. آزمایش‌ها سه بار تکرار و میانگین آنها گزارش شد (Slinkard and Singleton, 1977).

محتوای تام فلاونوئید با استفاده از معرف آلومینیوم کلرید اندازه‌گیری شد. به 5/0میلی‌لیتر از هر عصاره (10 میلی‌گرم بر میلی‌لیتر)، 5/1 میلی‌لیتر متانول، 1/0میلی‌لیتر از محلول آلومینیوم کلرید 10 درصد در اتانول، 1/0 میلی‌لیتر از استات پتاسیم 1 مولار و 8/2 میلی‌لیتر آب مقطر اضافه شد. جذب مخلوط 30 دقیقه پس از نگهداری در دمای اتاق، در طول موج 415 نانومتر در مقابل بلانک خوانده شد. از کوئرستین به عنوان استاندارد برای رسم منحنی کالیبراسیون استفاده شد. میزان فلاونوئید بر اساس میزان معادل میلی‌گرم کوئرستین در گرم عصاره گزارش گردید (Chang et al., 2002). آزمایش‌ها سه بار تکرار و میانگین آنها گزارش شد.

شرایط کروماتوگرافی مایع: ابتدا آشکارساز UV به مدت ۱۰ دقیقه گرم شد و پیش از تزریق نمونه فاز متحرک به مدت ۲۰ دقیقه در شرایط آزمایش از ستون جداسازی عبور داده شد. سپس، ۲۰ میکرولیتر از نمونه‌ها به دستگاه تزریق شدند. جداسازی در دمای ۲۸ درجه سانتیگراد و در طول موج ۲۸۰ نانومتر انجام شد
(Hurst et al., 1983).

.آماده‌سازی نمونه‌ها و استاندارد برای کروماتوگرافی مایع با کارآیی بالا: جهت تهیه محلول استاندارد، ۵ میلی‌گرم کوماریک اسید، کوئرستین و گالیک اسید در ۵۰ میلی‌لیتر متانول حل شد، سپس از این محلول، غلظت‌های پایین‌تر تهیه شد. پس از آن، محلول از فیلتر 2/0 میکرولیتر عبور داده شد. مقدار ۲۵ میلی‌گرم از عصاره‌های خشک مناطق مختلف به طور جداگانه در ۲۵ میلی‌لیتر متانول حل و از فیلتر 2/0 میکرولیتر عبور داده شد. محلول‌ها جهت تزریق به دستگاه HPLC (High Performance Liquid Chromatography) (مدل AZURA، شرکت KNAUER، آلمان) آماده شد.

تجزیه خاک: نمونه‌های خاک ابتدا در شرایط آزمایشگاه پهن و خشک شد؛ پس از کوبیده شدن و الک شدن از صافی 2 میلی‌متری در ظروف درب بسته پلاستیک جهت انجام تجزیه فیزیکی و شیمیایی نگهداری شد. اسیدیته با استفاده از دستگاه pH متر با نسبت 1 به ۲۵ مخلوط خاک و آب، دانه‌بندی با روش دانسی‌متر (روش بایکاس) درصد مواد آلی با روش والکلی و بلاک، هدایت الکتریکی توسط دستگاه هدایت الکتریکی‌سنج، ازت با روش کجلدال، فسفر قابل جذب با روش اُلسن، کلسیم و منیزیم با روش تیتراسون (کمپلکسومتری) اندازه‌گیری شد Zarin Kafsh, 1983)؛ Dewis and Freitas, 1984).

تحلیل آماری: تمامی اندازه‌گیری‌ها سه بار تکرار و داده‌ها به صورت SD±Mean گزارش شد. برای ترسیم منحنی‌ها از نرم‌افزار Excel و برای تحلیل آماری از نرم‌افزار SPSS نسخه ۱۹ استفاده شد. مقایسه میانگین داده‌ها ب