Effect of quaternary ammonium ionic liquids on fermentation of cellulose by bacteria
Bakterilerin selüloz fermantasyonuna dördüncül amonyum iyonik sıvılarının etkisi
- Tez No: 397155
- Danışmanlar: Assist. Prof. Dr. ULAŞ TEZEL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Çevre Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Çevre Teknolojileri Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 127
Özet
Yakıt ve kimyasallara karşı yükselen talep nedeniyle lignoselülozik biyokütleden biyoyakıt ve kimyasal üretimi ciddi bir önem kazandı. Lignoselülozik biyokütle içindeki polisakkaritler, enzimatik hidroliz yoluyla monosakkaritlere dönüştürülür. Monosakkaritler fermantasyon yoluyla biyoetanol ve biyo-bazlı kimyasallara dönüştürülür. Fakat lignoselülozik biyokütlenin hidrolizinin idaresinin güç olaması, bu iş için bir ön-işlem süreci gerektirir. Mevcut ön-işlem süreçleri ya yüksek enerji gerektirmekte ya da çevreye zararlı atık akımları üretmektedir. Son zamanlarda iyonik sıvılar, yani sıvı haldeki tuzlar, selüloz dissolüsyonunda yeşil çözücü maddeler olarak kullanılmaya başlamıştır. Ancak son çalışmalar iyonik sıvıların geçmişte düşünüldüğü kadar“yeşil”olmadığını göstermektedir. İyonik sıvılar yalnızca ön-işlemi takip eden biyolojik süreçlere olumsuz yönde etki etmekle kalmayıp, çevreye salındıklarında ekotoksiteye ve bakteriler arasında antibiyotik direncinin artmasına neden olmaktadırlar. Bu çalışmanın ana amacı, selülozdan değerli alkol ve organik asit fermantasyonunu hidroliz ve ön-işlemle birlikte tek bir fazda yürütmektir: bunu yaparken benzalkonyum klorürlerden yararlanılacaktır (BAK); ki bunlar dördüncül amonyum iyonik sıvısı olarak yaygın bir şekilde reaksiyon ortamı olarak kullanılmaktadır, ayrıca topraktan geliştirilen selüloz parçalayan mikrobiyal topluluk ve bunun yanında BAK dirençli/BAK parçalayan Pseudomonas türü BIOMIG1 katalist olarak kullanılacaktır. Bu çalışma kapsamında, selüloz parçalama özelliğine sahip bir mikrobiyal topluluk geliştirilmiştir ve selüloz parçalanması BAK varlığında ve yokluğunda test edilmiştir. Topraktan geliştirilen mikrobiyal topluluk 1000 mg/L selülozu aerobik olarak 6 gün içinde kullanmıştır. Mikrobiyal topluluğun selüloz kullanımı 50 mg BAK/L ve üzerinde inhibe olmuştur. Öte yandan, Pseudomonas türü BIOMIG1 topluluğa eklendiğinde BAK'lar 500 mg BAK/L'ye kadar kullanılmıştır. Buna ek olarak, BAK dirençli Pseudomonas türü BIOMIG1 ve Serratia marcescens BIOMIG4 ko-kültürü glikozu ağırlıklı olarak 2,3 bütandiol, etanol ve çeşitli asitlere dönüştürmüştür. Sonuç olarak bu çalışmada, dördüncül amonyum iyonik sıvısı varlığında, selülozu değerli organik kimyasallara dönüştüren biyolojik bir sistem geliştirilmiş ve kuaterner amonyum iyonik sıvısının çevresel etkisi giderilmiştir.
Özet (Çeviri)
Biofuel and chemical production from lignocellulosic biomass gained significant attention due to high demand of fuels and chemicals. The polysaccharides in lignocellulosic biomass are converted to monosaccharides through enzymatic hydrolysis. The monosaccharides are converted to bioethanol and bio-based chemicals via fermentation. However, the recalcitrance of lignocellulosic biomass to hydrolysis demands a pretreatment process. Current pretreatment methods either have high energy demand or produce wastestreams that are harmful to the environment. Recently, ionic liquids (ILs), which are salts in liquid state, are introduced and utilized as green solvents for cellulose dissolution. However, recent studies showed that ILs are not as“green”as they thought to be in the past. ILs are not only inhibitory to biological processes following the pretreatment, but also they cause ecotoxicity and proliferate antimicrobial resistance among bacteria when released into the environment. The main objective of this research is to couple pretreatment, hydrolysis and fermentation for production of value-added alcohols and organic acids from cellulose in a single phase; utilizing benzalkonium chlorides (BACs), an extensively used quaternary ammonium IL as the reaction medium, cellulose degrading microbial community developed from soil and BACs resistant/degrading Pseudomonas sp. BIOMIG1 as biocatalysts. A microbial community capable of cellulose degradation was developed and the cellulose degradation was tested both in absence and presence of BACs. The soil microbial community utilized 1000 mg/L cellulose aerobically within 6 days. Cellulose utilization by the microbial community was inhibited at and above 50 mg BAC/L. On the other hand, when Pseudomonas sp. BIOMIG1 was supplemented to the community, BACs was utilized at up to 500 mg BAC/L. In addition, the co-culture of BACs resistant Pseudomonas sp. BIOMIG1 and Serratia marcescens BIOMIG4 converted glucose mainly to 2,3 butanediol, ethanol and various acids. In conclusion, a biological system that can convert cellulose to value added organic chemicals in the presence of a quaternary ammonium IL and alleviate the environmental consequences of IL was developed in this study.
Benzer Tezler
- Çeşitli katyonik yüzey aktif maddelerin klinoptilolit (doğal zeolit) üzerine adsorpsiyon mekanizmalarının incelenmesi ve modifiye klinoptilolit ile sıvılardaki non-iyonik organik kirleticilerin tutulması
Investigating of the adsorption mechanisms of various cationic surface active agents onto clinoptilolite (natural zeolite) and capture of the non-ionic organic contaminants in liqueds by modified clinoptilolite
BAHRİ ERSOY
Doktora
Türkçe
2000
Maden Mühendisliği ve Madencilikİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF. DR. MEHMET SABRİ ÇELİK
- Kuaterner amonyum tuzlarıyla NSAID'ların (Non Stereoidal Anti Inflamatory Drug) iyonik formülasyonlarının hazırlanması
Design and synthesis of ionic liquid formulation of NSAID (Non Stereoidal Anti̇ Inflamatory Drugs ) as a quaternary ammonium salts
MURAT EVCİL
- Pamuk liflerinin iyonik modifikasyon yardımıyla boyanabilirlik ve kolay bakım özelliklerinin incelenmesi
An investigation of the dyeability and smooth- dry performance properties of cotton by cationic modification
MELİHA OKTAV
Doktora
Türkçe
2001
Tekstil ve Tekstil Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HABİB DAYIOĞLU
- Hidroksi kumarin kuaterner amonyum tuzlarının sentezi ve karakterizasyonu
Snythesis and characterization of hydroxy coumarin quaternary ammonium salts
MERT OLGUN KARATAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
KimyaBalıkesir ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BÜLENT ALICI
PROF. DR. ÜMİT ÇAKIR
- Potansiyel kolinesteraz enzim inhibitörü bir grup piridinyum bileşiklerinin sentez ve biyoaktivite çalışması
Synthesis and bioactivity study of potential cholinesterase enzyme inhibitor a group of pyridinium compounds
HAYATİ OKUR
Doktora
Türkçe
2022
Eczacılık ve FarmakolojiEge ÜniversitesiFarmasötik Kimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. VİLDAN ALPTÜZÜN