Fitoremediasyon işleminde kullanılan su sümbülü bitkisinin biyobutanol üretiminde değerlendirilmesi

Abstract

Bu tez çalışmasında su sümbülü bitkisinin biyobütanol üretiminde değerlendirilmesi için uygun asit ön arıtımı koşulları belirlenmiş, kesikli sistemde serbest Clostridium acetobutylicum DSMZ 1732 bakterisi ile gerçekleştirilen ABE (Aseton-Bütanol-Etanol) fermantasyonu ürün verimleri kıyaslanmıştır. Clostridium acetobutylicum DSMZ 1732 hücrelerinin glikoz ve ksiloz kullanım kinetiği belirlenmiş ve bakterinin glikozu öncelikli olarak kullandığı görülmüştür. Lignin giderimi ve enzimatik hidroliz performansını artırmak için farklı konsantrasyonlarda asit hidrolizi gerçekleştirilmiş ve asit konsantrasyonu arttıkça hidrolizata geçen şeker konsantrasyonunun arttığı görülmüştür. Enzimatik hidroliz ve fermantasyon çalışmalarında %1 sülfürik asit konsantrasyonunda hidrolizi gerçekleştirilen biyokütleler şeker kaynağı olarak kullanılmıştır. Çalışmanın ikinci aşamasında laboratuvar ortamında güneş ışığı floresan lambaları ile fitoremediasyon çalışmaları gerçekleştirilmiş ve su sümbülünün krom ve kurşun akümülasyonunun kök kısmında daha fazla olduğu ve biyokonsantrasyon faktörünün sırasıyla krom (Cr+6) ve kurşun (Pb+2) için 66 ve 2187,5 olduğu bulunmuştur. Fitoremediasyon sonucunda elde edilen biyokütlelerle gerçekleştirilen fermantasyon ile üretilen bütanol ve ABE konsantrasyonlarının kurşun içeren su sümbülü gövdesi için sırasıyla 158,86 mg bütanol/L ve 219,45 mg ABE/L, krom içeren su sümbülü gövdesi için ise sırasıyla 205,3 mg bütanol/L ve 285 mg ABE/L olduğu gözlemlenmiştir. Kurşun ve krom fitoremediasyonda kullanılan bitki biyokütleleri ile yapılan biyobütanol fermentasyonu sonucunda, ağır metal içermeyen biyokütlelere kıyasla ön işlem ve bütanol üretim verimliliği daha düşük bulunmuştur. Clostridium acetobutylicum bakterisinin fermantasyon ara ve ana ürünlerinin asetik asit, bütirik asit, laktik asit, aseton, bütanol ve etanol olduğu görülmüş ve üretilen organik asitler arasında süksinik asit üretimi gerçekleşmediği anlaşılmıştır.In this study, suitable acid pre-treatment conditions were determined for the conversion of water hyacinth plant to biobutanol production, and the fermentation efficiencies of free Clostridium acetobutylicum DSMZ 1732 bacterial cells in batch system with different substrates were compared. The glucose and xylose usage kinetics of Clostridium acetobutylicum DSMZ 1732 cells were determined and it was observed that the bacteria primarily used glucose. Acid hydrolysis was performed in different sulphuric acid concentrations to increase lignin removal and enzymatic hydrolysis performance, enzymatic hydrolysis and fermentation studies were carried out with biomass hydrolyzed at 1% acid concentration due to the increase in the sugar concentration in the hydrolysis liquid as the concentration increased. In the second stage of the study, phytoremediation studies were carried out in the laboratory conditions and it was found that chromium and lead accumulation of water hyacinth was higher in the root part and the bioconcentration factor was 66 and 2187.5 for chromium and lead, respectively. As a result of fermentation performed with biomasses obtained from phytoremediation, the butanol and ABE concentrations were found to be 158.86 mg/L and 219.45 mg/L for lead-containing water hyacinth stem, 205.3 mg butanol/L and 285 mg ABE/L for chromium-containing water hyacinth stem, respectively. As a result of biobutanol fermentation made with plant biomasses used in lead and chromium phytoremediation, lower pre-treatment and butanol production efficiency was achieved compared to biomasses that do not contain heavy metals. It was observed that the fermentation intermediates and main products of Clostridium acetobutylicum bacteria were acetic acid, butyric acid, lactic acid, acetone, butanol and ethanol, and it was understood that no succinic acid production occurred among the organic acids produced.