ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG VIỆC KHỬ KIM LOẠI TRONG DẦU MỎ

ng dng cụng ngh sinh hc cụng ngh lc du TRệễỉNG I HC BCH KHOA H NI NGNH : HểA DU - - NG DNG CA CễNG NGH SINH HC TRONG VIC KH KIM LOI TRONG DU M NGI HNG DN : TS BIấN CNG SINH VIấN THC HIN : HUNH C K Loi b kim loi du m - SVTH: Hunh c K - Lp Húa du Page ng dng cụng ngh sinh hc cụng ngh lc du MC LC NG DNG CA CễNG NGH SINH HC TRONG VIC KH KIM LOI TRONG DU M I Kim loi cú du m Kim loi du m 2 nh hng ca kim loi cỏc quỏ trỡnh lc du II ng dng cụng ngh sinh hc kh kim loi du m Porphirin 2.Biodemetallization III Phng phỏp loi b kim loi nhiờn liu húa thch Túm tt phng phỏp Mụ t chi tit phng phỏp IV Tho lun 14 Loi b kim loi du m - SVTH: Hunh c K - Lp Húa du Page ng dng cụng ngh sinh hc cụng ngh lc du NG DNG CA CễNG NGH SINH HC TRONG VIC KH KIM LOI TRONG DU M I Kim loi cú du m Kim loi du m Kim loi du m khụng nhiu, thng t vi phn triu n vi phn Chỳng cú du m di dng phc vi cỏc hp cht hu c (c-kim), thụng thng l dng phc porphirin Nhng kim loi nm phc porphirin thng l Vanadium(V) v Nickel (Ni), nhng loi du nhiu S cha nhiu porphirin di dng phc vi V, ngc li cỏc loi du ớt S v c bit l nhiu N thỡ cha nhiu porphirin di dng phc vi Ni Cỏc phc núi trờn ngoi ca V v Ni cũn cú th l phc ca cỏc kim loi khỏc nh Fe, Cu, Zn, Ti, Ca, Mn nh hng ca kim loi cỏc quỏ trỡnh lc du Tuy kim loi tn ti du m vi hm lng rt nh (c ppm) nhng nú phn ỏnh mc nh hng ca chỳng s dng cỏc phõn on lm nguyờn liu hay nhiờn liu cho cỏc quỏ trỡnh ch bin xỳc tỏc Vớ d : Nu nhiờn liu t lũ (FO) cha nhiu V, Ni cỏc kim loi ny s gõy thng lũ to thnh cỏc hp kim vi st cú nhit núng chy thp; cũn phn ng reforming xỳc tỏc, Pb, As s lm xỳc tỏc mt hot tớnh nhanh chúng; Nhiờn liu cha nhiu kim loi nng chỏy s to cn gõy ụ nhim mụi trng v lm mi mũn ụng c Cỏc loi du cha nhiu kim loi nng ũi hi mt cụng ngh ch bin phc v chi phớ sn xut cao, hn na nng sut li khụng cao Do ú nu cú th loi b hoc gim ti mc cú th (thụng thng khụng c quỏ 5-10 ppm) lng kim loi ny trc a vo ch bin thỡ cú th gim chi phớ sn xut m hiu xut cng tng lờn vỡ gim kh nng ng c xỳc tỏc kim loi gõy Loi b kim loi du m - SVTH: Hunh c K - Lp Húa du Page ng dng cụng ngh sinh hc cụng ngh lc du II ng dng cụng ngh sinh hc kh kim loi du m Porphirin Porphirin l cỏc phõn t hu c cú cu trỳc rt ging vi cu trỳc ca dip lc thc vt v hemoglobin mỏu ng vt Tin thõn ca porphyrin l porphine, cỏc porphine bin i c gi l porphyrin Chỳng c phõn loi nh cỏc hp cht tetrapyrrole v thng cha cỏc kim loi nh Ni v V Porphirin cú th d dng b phỏ hy mụi trng oxi húa hoc mụi trng nhit Porphirin l mt nhng lun im chng minh ngun gc sinh hc ca du m Mt s cu trỳc porphyrin thng gp Hỡnh Cu trỳc ca heme (mt cỏc loi porphyrin ph bin nht) bao gm tiu n v pyrrole kt ni vi nguyờn t carbon ca chỳng thong qua cỏc cu methane (=CH-) 2.Biodemetallization Biodemetallization nghnh cụng nghip lc du v c bn l vic loi b Nickel (Ni) v Vanadium (V) cỏc loi du Hiờn nay, rt ớt bỏo cỏo cụng b v ny, nguyờn nhõn ch yu l hu ht cỏc vi sinh vt hoc enzyme ó c tim thy v nguyờn cu khụng phi lỳc no cng cn kim loi cho s sinh trng v phỏt trin ca mỡnh, nhiu trng hp chỳng cú th d dng s dng cỏc ngun sinh hc khỏc thay th Loi b kim loi du m - SVTH: Hunh c K - Lp Húa du Page ng dng cụng ngh sinh hc cụng ngh lc du Mt dự vy, mt s enzyme ch yu t lp haloperoxidase nh enzyme chloroperoxidase ó c chng minh l cú kh nng phn ng oxi húa dn n s oxi húa tng phn ca phn t porphyrin gi kim loi ú cú th gii phúng c kim loi phc hp ny, phng phỏp ny cú th loi b c 93% Ni v 53% V Hỡnh : Cu trỳc ca chloroperoxidase Tuy nhiờn, bt li ca loi enzyme ny l cú n nh khụng cao, hn na cỏc phn ng ch c chng minh hn hp dung mụi hu c ch khụng phi l trờn cỏc loi dõu m,thờm vo ú phng phỏp ny ũi hi mt lng clorua v sn phm c kh trựng bng clo ln nờn gõy nhng tỏc ng khụng mong mun ti mụi trng t vic t chỏy nhiờn liu quỏ trỡnh demetallization to Do vy, vic nghiờn cu gii quyt cỏc liờn quan n kh nng hot ng ca h thng enzyme thc hin phn ng demetallization du thụ hoc mt thnh phn cú ngun gc du thụ l cõn thit Mt s bỏo cỏo cho thy rng peroxidase khụng ũi hi phi cú ion halogen, chng hn nh vic s dng cytochrome C Cytochrome C l mt heme protein , l mt protein hũa tan cao, khụng ging nh cỏc cytochrome khỏc vi tan vo khong 100g/L v l mt thnh phn quan trng chui chuyn in t Nú cú kh Loi b kim loi du m - SVTH: Hunh c K - Lp Húa du Page ng dng cụng ngh sinh hc cụng ngh lc du nng tham gia phn ng oxi húa v phn ng kh, nhng khụng liờn kt vi oxi, nú chuyn i cỏc electron gia phc III v phc IV Hỡnh : Cu trỳc ba chiu ca cytochrome c vi mt phõn t heme phi hp vi mt trung tõm nguyờn t st III Phng phỏp loi b kim loi nhiờn liu húa thch Mt dự vi sinh vt ó c chng minh l cú th lm phõn hy cỏc metaltoporphyrin, nhng cú rt ớt bng chng chng minh rng cụng ngh sinh hc cú th tip cn c tỏch kim loi du thụ Gn õy, Fedorak et al (Fedorak, PM et al, Enzyme microb Technol 15:429-437 (1993)) ó chng minh rng mt enzyme ngoi bo, chloroperoxidase cú th bin i cỏc petroporphyrin v asphaltenes.Phng phỏp ó loi b c 93% Nickel octaethylporphyrin v 53% vanadyl octaethyporphyrin t phn asphalten Tuy nhiờn h thng yờu cu clorua v cỏc sn phm kh trựng bng clorua Sn phm kh trựng bng clo to nhng khụng mong mun v mụi trng Túm tt phng phỏp L mt phng phỏp loi b kim loi nhiờn liu húa thch vi mt xỳc tỏc sinh hc cha oxygenase, chớnh nú s lm gim cỏc phõn t porphyrin cú nhng iu kin thớch hp cho vic loi b kim loi v s tỏch kim loi t nhiờn liu húa thch Cỏc phn ng c thc hin tt nht khụng cú mt clo hoc clorua Ngc li vi peoxidase, chng hn nh chloroperoxidase, oxygenase cú th lm gim Loi b kim loi du m - SVTH: Hunh c K - Lp Húa du Page ng dng cụng ngh sinh hc cụng ngh lc du cỏc phõn t porphyrin m khụng ph thuc vo mch hydrocarbon bng clo v peroxidase Nhng in hỡnh ca cỏc xỳc tỏc sinh hc ny gm cú cỏc heme oxygenase v cytochrome c reductase, chng hn nh cytochrome C reductase t Bacillus megaterium, Catharanthus roseuse, Escherichia coli, cỏc t bo ng vt, t bo thc vt nm men Mụ t chi tit phng phỏp Phng phỏp da trờn vic khỏm phỏ rng cỏc enzyme cú th phõn hy cỏc phõn t porphyrin, c bit l metalloporphyrin v cú th loi b cỏc kim loi nhiờn liu húa thch Cỏc kim loi cú th c loi tr bng sỏng ch thng nm cỏc hp cht organometallic nh etioporphyrin Cỏc kim loi cú th c loi b l nikel (Ni), Vanadium (Va), Coban (Co), ng (Cu), St (Fe), Magie (Mg), v km (Zn) Nhiờn liu húa thch cú cha kim loi bao gm du m v mt s sn phm t cỏc phõn on chng ct du khớ, cht lng t ỏ phin cú ngun gc t than, du, bitum, gilsonite, hc ớn v cỏc sn phm tng hp t chỳng õy c bit chỳ trng n du thụ v mt s sn phm t cỏc phõn on chng ct du khớ Cỏc cht xỳc tỏc c s dng bao gm mt s loi enzyme cú kh nng phn ng demetallization hoc cỏc mnh v bt k cú kh nng ú ca enzyme Cỏc xỳc tỏc sinh hc c s dng phng phỏp cú th gii phúng mt cỏch tt nht kim loi cỏc phõn t porphyrin Vớ d : Xỳc tỏc sinh hc heme oxygenase (EC 1.14.99.3) v cytochrome C reductase chng hn nh cytochrome C reductase (EC 1.6.99.3) t Bacillus megaterium, Catharanthus roseuse, Escherichia coli, t bo ng vt (chng hn cỏc t bo gan, thn), t bo thc vt (chng hn nh t bo u xanh hoc cõy Araibidopsis thaliana), hoc t bo nm men (chng hn nh Candida tropoculis) Núi chung enzyme l cht xỳc tỏc protein ca t bo sng Enzyme thỳc y, nh hng to iu kin thun li cho s xut hin mt phn ng c th no ú hoc mt lot cỏc phn ng (chui phn ng) m khụng tham gia vo thnh phn sn phm Cỏc xỳc tỏc sinh hc hu ớch phỏt minh bao gm cỏc loi vi sinh vt phõn gión, trớch xut, phõn hy Loi b kim loi du m - SVTH: Hunh c K - Lp Húa du Page ng dng cụng ngh sinh hc cụng ngh lc du Cỏc cht dinh dng v cỏc cht ph gia cú th c b sung thờm vo bao gm coenzyme, cofactor, hoc cỏc coreactant ca cỏc t bo hoc cỏc enzyme Vớ d : NADPH l giỳp ớch thờm cho quỏ trỡnh s dng cytochrome c reductase t Bacillus megaterium hoc Catharanthus roseuse Mt nhng kh nng ca cht xỳc tỏc sinh hc c nh l to thun li cho vic phc hi cỏc xỳc tỏc sinh hc Vớ d, mt vi sinh vt khụng hu hiu cú th úng vai trũ nh mt ngi chuyn (carrier) cho cỏc xỳc tỏc sinh hc Mt s loi carrier cú th c s dng gm loi mng, b lc, nha cao phõn t vt liu diatomaceous, ht thy tinh, cỏc ht gm hoc cỏc cht h tr khỏc Cỏc xỳc tỏc sinh tt nht l tn ti pha lng trc c cho tip xỳc vi hn hp nhiờn liu húa thch Pha lng cú th ch l nc hoc cú th kt hp vi mt s dung mụi ph hp khỏc bao gm c hn hp ca nc vi mt hp cht hu c no khỏc Núi chung vic la chn dung mụi thớch hp l vic ũi hi phi cú k nng cao cụng vic Hn hp nhiờn liu húa thch v xỳc tỏc sinh hc ny cú th c pha trn to thnh mt nh tng (n nh hoc khụng n nh) hay microemulsion microemulsion n gin l s pha trn cỏc thnh phn m khụng ũi hi nhng iu kin cao thng c dung hỡnh thnh cỏc nh tng bỡnh thng, chỳng cú n nh v nhit ng lc hc, l mt hn hp ng hng ca nc, du v cht hot ng b mt,ba loi c bn ca microemulsion l loi trc tip (du phõn tỏn nc o/w), o ngc (nc phõn tỏn du w/o), v bicontinuous - cú hoc khụng cú ph gia (chng hn nh cht hot ng b mt hoc cht phõn tỏn) Nh tng hoc microemulsion c to theo cỏc phng phỏp k thut ó c bit ti, ú pha liờn tc cú th l nc hoc hp cht hu c, nhng tt nht l hp cht hu c vỡ cú th gim thiu lng nc a vo phn ng Mụi trng phn ng, cú th nh tng hoc microemulsion, c trỡ theo nhng iu kin quỏ trỡnh loi b cỏc kim loi cỏc hp cht organometallic xy Loi b kim loi du m - SVTH: Hunh c K - Lp Húa du Page ng dng cụng ngh sinh hc cụng ngh lc du Vớ d : Mụi trng phn ng cú th c nhng iu kin thun li mt thi gian to mt sn phm hu c, kim loi t v tr li nguyờn ven xỳc tỏc sinh hc ó dựng, tt nht nhit t - 40oC, pH tt nht t Phn ng ny c thc hin cho n mt phn ln organometallic c chuyn i Cỏc kim loi cú th c thu hi t dung dch nc i bng cỏc phng phỏp nh trớch ly, chng ct, hoc sc kớ trao i ion Quỏ trỡnh ny cú th c tin hnh mt m theo ch liờn tc, bỏn liờn tc hoc giỏn on kt hp vi mt hoc nhiu quỏ trỡnh biorefining b sung (chng hn nh quỏ trỡnh biodesulfurization) Hn na, phn ng cú th xy mt h thng khộp kớn hoc m s cú mt hoc khụng cú mt ỏnh sỏng Gii thớch v húa cht phng phỏp : + Húa cht : Flavin mononucleotide (FMN), flavin adenine dinucleotide (FAD), 3-(3-cholamidopropyl) dimethyammonio)-1-propanesulfonate (CHAPS), cytochrome c, pyridine, v cỏc porpyhyrin kim loi bao gm octaethyl porphyrin coban (II), octaethyl porphyrin ng (II), octaethyl porphyrin st (III), octaethyl porphyrin magie (II), octaethyl porphyrin nickel (II), octaethyl porphyrin vanadium (IV), octaethyl porphyrin km (II) v chlorophyll Dithiothrietol (DTT), Hemin, nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADPH), cytochrome C v phenylmethyl sulfonyl fluoride DE52 nha trao i anion, 2', 5'-adenosine diphosphate-Sepharose 4B, (2'5'ADP) and Sepharose 4B Cu trỳc phõn t ca octaethyl porphyrin vanadium (IV) Loi b kim loi du m - SVTH: Hunh c K - Lp Húa du Page ng dng cụng ngh sinh hc cụng ngh lc du + Ngun gc cytochrome C reductase : Bacillus megaterium, ATCC 14581 c s dng nh cytochrome c reductase (Miura, Y and Fulco, A J J Biol Chem 249:1880-1888 (1974)) Plasmid pSK-R9 cú cha mt on mó húa 2.3 kb cDNA cho mt phn NADPH- cytochrome c reductase phu thuc t Catharanthus roseus (Meijer, A H et al., Pl J 4:47-60 (1993)) Plasmid c electroporated v mantained E coli DR 10 theo Sambrook et al (Sambrook, J et al., Molecular Cloning: a Laboratory Manual, 2nd Ed., Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, N.Y (1989)) Sỏng ch s c mụ t c th hn qua cỏc bc sau : + Bc : Chun b thụ cytochrome C reductase Cỏc Bacillus megaterium c phỏt trin mụi trng ti thiu cú cha 0,4% axit casamino 30oC v liờn tc c khuy trn E coli cha PSK-R9 c nuụi cy LB nc (Sambrook, J et al., Molecular Cloning: a Laboratory Manual, 2nd Ed., Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, N.Y (1989)) n mt OD 0,2 IPTG sau ú thờm vo mụi trng nuụi cy (trung tõm cui cựng mM) v c 37oC lc thờm gi nh mụ t ca Meijer et al, PI J 4:47-60 (1993) T bo vi khun (vi khun Bacillus hoc E coli) c thu bng phng phỏp ly tõm ti 4000 xg phỳt v dng viờn resuspened chim 1/10 th tớch ban u l 50 mM dung dch m (pH = 7,8) cú cha 1mM EDTA, mM DTT vad 20% (v/v) glycerol Cỏc t bo vi khun b h hi c loi b bng phng phỏp ly tõm 38.000 xg 40 phỳt v c lu tr 800C Nng protein c xỏc nh theo phng phỏp ca Lowry et al, J Biol Chem 193:265-275 (1951) bng cỏch s dng albumin huyt bũ nh mt tiờu chun Nng cytochrome C reductase c c lng da trờn hm lng flavin + Bc : Thanh lc cytochrome C reductase Bacillus megaterium ATCC 14581 c cy vo mt lớt mụi trng cy ti thiu (3 bỡnh lớt, v s dung 2% cht cy) v c 300C v khuy trn 12 gi Cỏc t bo c thu hi bng phng phỏp ly tõm tc 5.000 rpm mi phỳt 40C v c qua mt ln bng sucrose 0,25M Cytochrome C reductase tinh khit nh s dng phng phỏp lc ba bc, c th l cỏc bc nh sc kớ Loi b kim loi du m - SVTH: Hunh c K - Lp Húa du Page 10 ng dng cụng ngh sinh hc cụng ngh lc du gel sepharose 4B, sc kớ trao i ion DE52 v sc kớ 25ADP sepharose nh ó mụ t (Sambrook, J et al., Molecular Cloning: a Laboratory Manual, 2nd Ed., Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, N.Y (1989)) Nụng protein c theo dừi ti bc súng 280 nm vi mt detector Bio Rad Econo UV Mi phn nh c thu thp v em i kho nghim kh nng hot ng + Bc : Kho nghim cytochrome C reductase Kho nghim hn hp cú cha 100 ml enzyme thụ sonicate trớch xut v 40 mM cytochrome C, 100 mM NADPH mt th tớch nht nh cú cha ml dung dch m Na3PO4 0,3M (pH = 7,4) Hn hp ny c 37oC 30 phỳt khuy trn búng ti S thoỏi phõn bi cytochrome C c theo dừi bc súng 550 nm v tớnh bng cỏch s dng h s extinction ca 21 cm mM-1-1 +Bc : Heme bi thoỏi phõn bi cytochrome C reductase Hot ng thoỏi phõn cỏc heme ca cytochrome C reductase c mụ t c th nh mụ t ca Yoshinaga et al (Yoshinaga, T et al., J Biol Chem 257:7794-7802 (1982)) Hn hp phn ng cú cha 40 nM hemin, 800 nm ca NADPH v cytochrome C reductase dung dch m K3PO4 0,1M pH= 7,5 370C 60 phỳt, khuy trn búng ti Phn ng c dng li bng vic thờm vo 200 àl pyridine v 50 àl KOH 8M to thnh mt pyridine hemochromogen (Paul, K G et al ActaChem Scand 7:1284-1287 (1953)).S lng heme b xung cp c xỏc nh bng s khỏc bit ca hp th c o cỏc bc súng 540 v 557 nm ca pyridine hemochromogen v c tớnh toỏn thụng qua h s extinction ca 20,7 mM-1 cm-1 Cytochrome C reductase cú ngun gc t cỏc cht trớch xut t du thụ, cỏc cht trớch xut ny c th nghim cho heme suy thoỏi Cytochrome C reductase cú kh nng lm gim ớt nht 15 nm ca hemin mt gi theo cỏc iu kin c mụ t trờn + Bc : c im cỏc ch phm enzyme ca cytochrome C reductase m bo hot tớnh ca cytochrome C reductase v ỏnh giỏ c tinh khit ca nc gii hp cú cha cytochrome C reductase, mt phn cytochrome C reductase tinh khit t phng phỏp lc gel sepharose 4B hoc sc kớ trao i ion sepharose 4B v DE52 ó c s dng kho nghim tớnh kh ca cytochrome C Loi b kim loi du m - SVTH: Hunh c K - Lp Húa du Page 11 ng dng cụng ngh sinh hc cụng ngh lc du Tớnh kh ca cytochrome C cỏc t bo trớch xut c to trờn b mt sau cho li tõm 30.000 xg 20 phỳt Mt phn hot tớnh s c phc hi t cỏc mnh protein sau lc gel, DE52 trao i ion v 25-ADP ỏi lc sc ký Cỏc on t ca cytochrome C suy thoỏi cho thy hot tớnh cao hn hn, ú cỏc on khỏc kho nghin khụng phỏt hin hot tớnh Cỏc on tng ng khỏc ca cytochrome C reduction c in di trờn 10% gel SDS polyacrylamide v gel Coomassie mu Ba di mu cú cng cao (khong 80 100 kDa) c biu hin mt s on, thit lp hot tớnh cao hn Cỏc protein cú cng 80 kDa nhiu kh nng cú cha cytochrome C reductase + Bc : S suy thoỏi ca cỏc metal porphyrin bng cytochrome C reductase Ba hn hp khỏc ó c th nghim xỏc nh cỏc iu kin ti u cho vic nghiờn cu demetalization Hai hn hp, cha nc v h ba cu t c mụ t bi Fedorak et al (Fedorak, P M et al Enzyme Microb Technol 15:429-437 (1993)) v cha KCl (9mM) v b m phosphate (3mM, pH 3) H ba cu t th ba cú cha b m phosphate 100 mM, pH 7,1 v khụng cha KCl Cỏc metal porphyrin c hũa tan methylene chloride, sau ú cho 10 ml vo cỏc ng nghim Sau methylene chloride bc hi, hn hp phn ng c thờm vo cỏc ng, tng th tớch ca hn hp phn ng l 2ml cú cha metal porphyrin (nng cui l 17 mM), cytochrome C reductase v NADPH (nng cui l 400 nM) hn hp c 370C 60 phỳt khuy trn búng ti Metal porphyrin suy thoỏi c xỏc nh qua phộp o quang ph bng s bin mt ti cao im Soret hoc bng s khỏc bit ca ph hp th c o bc súng gia 540 v 557 nm ca hemochromogen pyridin + Bc : S suy thoỏi ca Nickel porphyrin bi cytochrome C reductase Nickel porphyrin c chn lm mụ hỡnh ca metalloporphyrin cho phn ng demetalization Cỏc hn hp phn ng khỏc c th nghim xỏc nh iu kin ti u cho phn ng Hai hn hp, cha nc v h ba cu t c mụ t bi Fedorak et al (Fedorak, P M et al Enzyme Microb Technol 15:429-437 (1993)) v cha KCl (9mM) v b m phosphate (3mM, pH 3) H ba cu t th ba cú cha b m phosphate 100 mM, pH 7,1 v khụng cha KCl.Nickel porphyrin c hũa tan methylene chloride v cho 10 ml vo ng nghim Sau methylene chloride Loi b kim loi du m - SVTH: Hunh c K - Lp Húa du Page 12 ng dng cụng ngh sinh hc cụng ngh lc du bc hi hn hp phn ng c thờm vo cỏc ng Tng th tớch hn hp phn ng l 2ml cú cha Nickel porphyrin (nng cui l 17 mM) cytochrome C reductase v NADPH (nng cui l 400 nM) hn hp c 370C 60 phỳt, khuy trn búng ti S suy thoỏi ca Nickel porphyrin trong hai dng h thỡ khụng ỏng k nng ca dung dch m v pH quỏ thp X lý Nickel porphyrin mt dung mụi khỏc cú cha 11% toluene, 46% isopropanol, v 43% b m phosphate kt qu l gim c 50%, cao im Soret ti 392nm Hai cao im khỏc l ti 517 nm () v 552 nm () tng ng Vic s dng mt phn cytochrome C reductase tinh khit (through sepharose B gel filteration) t hiu qu cao hn vic gim lng Nickel porphyrin (70%) Hot tớnh riờng ca enzyme thoỏi phõn Nickel porphyrin l gn 0,4 àM mi phỳt mi àg protein cytochrome C reductase on thu c t lc 4B sepharose c s dng kho nghim Lng Nickel porphyrin bi thoỏi phõn cng c xỏc nh bng s khỏc bit hp th khong bc súng t 557 n 540 nm Nickel porphyrin cng ging nh protoheme Hemes, protoheme v mesoheme, cú th c o bng chiu cao ca nh trờn ch lm, nm gia nh v , ph ca pyridin hemochrome Pyridin protohemochrome cú nh v ỏy ti 557 v 540 nm, ú pyridin mesohemochrome cú nh v ỏy ti 547 v 530 nm Trong vic s lý cựng mt lng Nickel porphyrin thoỏi phõn c phỏt hin bng cỏch o s gim (bin mt) ca kim loi tng t thu c bng cỏch s dng pyridin hemochrome kho nghim Gim 59% protoporphyrin(protoheme) l cú ngun gc da vo s khỏc bit ca quang ph khong 557 v 540 nm, ú gim 50% ca kim loi ny c phỏt hiờn da trờn gim nh Soret + Bc : Demetalization ca porphyrin kim loi Sỏu porphyrin kim loi khỏc : octaethyl porphyrin cobalt (II), octaethyl porphyrin ng (II), octaethyl porphyrin st (III), octaethyl porphyrin magiờ (II), octaethyl porphyrin vadadi (IV) v octaethyl porphrin km (II), v mooyj cht dip lc (a) cng c x lý vi cỏc cytochrome C reductase v NADPH h ba cu t thay i Kt qu ca s thoỏi phõn metalloporphyrin bi cytochrome C reductase c túm tt Bng Mt lng ỏng k metalloporrphyrin b thoỏi phõn thi Loi b kim loi du m - SVTH: Hunh c K - Lp Húa du Page 13 ng dng cụng ngh sinh hc cụng ngh lc du gian gi Cỏc nh Soret t c vi cỏc porphyrin kim loi khỏc gim c khong t 37,2% Mt lng ỏng k cỏc nh nh (vớ d, v ) cng b thoỏi phõn Vớ d octaethyl porphyrin cobalt (II) biu th ba nh, mt nh Soret ti 392 nm v hai nh nh hn ( 552 v 117 nm) Octaethyl porphyrin cobalt (II) c x lý vi cytochrome C reductase dn n vic gim nh Soret 29,3% v nh , nh thỡ hon ton bin mt Bng TABLE Metal porphyrins degradation by the cytochromme c reductase % metal porphyrin degraded with Metal porphyrin cytochrome c reductase obtained from: Bacillus megaterium ATCC Catharanthus 14581 roseus Etioporphyrin Cobalt 29.3 31.3 Copper 13.3 22.9 Iron 36.3 N/Aa Magnesium 6.5 5.0 Nickel 45.0 55.0 Vanadium 3.0 12.1 Zinc 28.1 39.5 Deoxophylloerythroetioporphyrin Chlorophyll a 19.7 16.7 a N/A = not available + Bc : Phn ng demetalization du thụ bng cytochrome C reductase Cytochrome C reductase thụ c ch t Bacillus megaterium, ATCC 14581 c chun b nh mụ t trờn (bc 1) Hot tớnh c xỏc minh v nng protein c xỏc nh l mg/ml NADPH v b m phosphate (100 mM, pH 7,5) ó c thờm vo enzyme Maya du thụ (AMOCO Research Center, Naperville, Ill.) c pha loóng n 50% lng vi hexadecane Tng th tớch hn hp phn ng l 10ml cú cha du thụ ó dc pha loóng (2,5ml), m phosphate (7,5ml), 160 àg chit xut protein v NADPH (400 nM) Hn hp c 370C 16 gi, khuy trn búng ti Nng kim loi khỏc c o bng XRF phõn tớch Nng ca cỏc hp cht hu c cú cha lu hunh cng c theo dừi v xem nh l mt tiờu chun bờn Kt qu ca vic thc hin phn ng demetalization bng vic s dng cytochrome C reductase ó gim mt lng ỏng k Ni v Va du Tuy nhiờn mt lng lu hunh ỏng k khụng b thay i Loi b kim loi du m - SVTH: Hunh c K - Lp Húa du Page 14 ng dng cụng ngh sinh hc cụng ngh lc du IV Tho lun Nhng kim loi du m gõy nh nờu trờn dn n vic loi b kim loi du m l cn thit Cú nhiu phng phỏp húa hc cú th loi b c kim loi du m v ó c s dng ph bin vỡ hiu qu thc tin m nú mang li chng hn nh loi b kim loi vi dung mụi (Savastano,1991), hoc quỏ trỡnh hidrodemetalizing (Adarme et al., 1990; Bartholdy and Hannerup, 1990) Chỳng u l nhng phng phỏp mang li hiu qu cao nhng gi thnh li quỏ t hn na chỳng thng gõy nhng ụ nhim th cp cho mụi trng (Hernandez et al., 1998) Bi nhng quan ngi ny nờn vic nghiờn cu cỏc ng dng ca cụng ngh sinh hc vo vic loi b kim loi du m cú c hi phỏt trin mnh, thc t cụng ngh sinh hc v nhng ng dng ca nú ang l lnh vc c chỳ trng nghiờn cu phỏt trin nht khụng ch nghnh du khớ m cũn nhiu nghnh khỏc na Phng phỏp nờu trờn cú th c túm lc li nh sau : + Cỏch ly v kim tra vi sinh vt : Phõn tớch v phõn lp vi sinh vt cú mu + Chun b nhng iu kin cn thit nuụi cy : iu kin v nhit , thi gian, mụi trng + Tỏch chit, phõn lp, cỏc th cn thit cho quỏ trỡnh (chng hn nh enzyme) + Cho tỏc nhõn tip xỳc vi du m (sn phm cỏc phõn on) v to iu kin thun li cho quỏ trỡnh demetalization xy + Thu hi tỏc nhõn v kim loi t quỏ trỡnh demetalization Loi b kim loi du m - SVTH: Hunh c K - Lp Húa du Page 15 ng dng cụng ngh sinh hc cụng ngh lc du Ti liu tham kho Húa hc du m v khớ GS inh Th Ng Nh xut bn khoa hc v k thut (2010) http://www.patentstorm.us/patents/5726056/description.html Microbial demetallization of crude oil using Aspergillus sp.: vanadium oxide octaethyl porphyrin (VOOEP) as a model of metallic petroporphyrins (IRANIAN JOURNAL of BIOTECHNOLOGY, Vol 5, No 4, October 2007) https://sites.google.com/site/mehdidastgheib/biodemetallization2 http://books.google.com.vn/books?id=znDfRvx9pPMC&pg=PA183&lpg=P A183&dq=enzymes+are+essentially+from+the+haloperoxidase+class.&source= bl&ots=gh5V8jBwW&sig=PjvFpn_alaPmv_lh3d0GpEv_lkQ&hl=en&ei=wB6cTrT5BYaphAe mwdiKBA&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=1&sqi=2&ved=0CB8Q 6AEwAA#v=onepage&q&f=false http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ef100986m Loi b kim loi du m - SVTH: Hunh c K - Lp Húa du Page 16 [...]... demetalization bằng việc sử dụng cytochrome C reductase đã giảm một lượng đáng kể Ni và Va trong dầu Tuy nhiên một lượng lưu huỳnh đáng kể không bị thay đổi Loại bỏ kim loại trong dầu mỏ - SVTH: Huỳnh Đức Kỳ - Lớp Hóa dầu Page 14 Ứng dụng công nghệ sinh học trong công nghệ lọc dầu IV Thảo luận Những vấn đề do kim loại trong dầu mỏ gây ra như nêu ở trên dẫn đến việc loại bỏ kim loại ra khỏi dầu mỏ là cần thiết... ngại này nên việc nghiên cứu các ứng dụng của công nghệ sinh học vào việc loại bỏ kim loại trong dầu mỏ có cơ hội phát triển mạnh, trong thực tế công nghệ sinh học và những ứng dụng của nó đang là lĩnh vực được chú trọng nghiên cứu phát triển nhất không chỉ ở nghành dầu khí mà còn trong nhiều nghành khác nữa Phương pháp nêu trên có thể được tóm lược lại như sau : + Cách ly và kiểm tra vi sinh vật : Phân... reductase và NADPH trong hệ ba cấu tử thay đổi Kết quả của sự thoái phân metalloporphyrin bởi cytochrome C reductase được tóm tắt ở Bảng 1 Một lượng đáng kể metalloporrphyrin bị thoái phân trong thời Loại bỏ kim loại trong dầu mỏ - SVTH: Huỳnh Đức Kỳ - Lớp Hóa dầu Page 13 Ứng dụng công nghệ sinh học trong công nghệ lọc dầu gian ủ 1 giờ Các đỉnh Soret đạt được với các porphyrin kim loại khác nhau giảm... 100 mM, pH 7,1 và không chứa KCl.Nickel porphyrin được hòa tan trong methylene chloride và cho 10 ml vào ống nghiệm Sau khi methylene chloride Loại bỏ kim loại trong dầu mỏ - SVTH: Huỳnh Đức Kỳ - Lớp Hóa dầu Page 12 Ứng dụng công nghệ sinh học trong công nghệ lọc dầu bốc hơi hỗn hợp phản ứng được thêm vào các ống Tổng thể tích hỗn hợp phản ứng là 2ml có chứa Nickel porphyrin (nồng độ cuối là 17 mM) cytochrome... trình demetalization xảy ra + Thu hồi tác nhân và kim loại từ quá trình demetalization Loại bỏ kim loại trong dầu mỏ - SVTH: Huỳnh Đức Kỳ - Lớp Hóa dầu Page 15 Ứng dụng công nghệ sinh học trong công nghệ lọc dầu Tài liệu tham khảo Hóa học dầu mỏ và khí – GS Đinh Thị Ngọ – Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật (2010) http://www.patentstorm.us/patents/5726056/description.html Microbial demetallization of... Hóa dầu Page 11 Ứng dụng công nghệ sinh học trong công nghệ lọc dầu Tính khử của cytochrome C trong các tế bào trích xuất được tạo ra trên bề mặt sau khi cho li tâm ở 30.000 xg trong 20 phút Một phần hoạt tính sẽ được phục hồi từ các mảnh protein sau khi lọc gel, DE52 trao đổi ion và 2’5’-ADP ái lực sắc ký Các đoạn từ 5 – 9 của cytochrome C suy thoái cho thấy hoạt tính cao hơn hẳn, trong khi đó các... enzyme của cytochrome C reductase Để đảm bảo hoạt tính của cytochrome C reductase và đánh giá được độ tinh khiết của nước giải hấp có chứa cytochrome C reductase, một phần cytochrome C reductase tinh khiết từ phương pháp lọc gel sepharose 4B hoặc sắc kí trao đổi ion sepharose 4B và DE52 đã được sử dụng để khảo nghiệm tính khử của cytochrome C Loại bỏ kim loại trong dầu mỏ - SVTH: Huỳnh Đức Kỳ - Lớp Hóa dầu. .. hỗn hợp phản ứng là 10ml có chứa dầu thô đã dược pha loãng (2,5ml), đệm phosphate (7,5ml), 160 µg chiết xuất protein và NADPH (400 nM) Hỗn hợp được ủ ở 370C trong 16 giờ, khuấy trộn trong bóng tối Nồng độ kim loại khác nhau được đo bằng XRF phân tích Nồng độ của các hợp chất hữu cơ có chứa lưu huỳnh cũng được theo dõi và xem như là một tiêu chuẩn bên trong Kết quả của việc thực hiện phản ứng demetalization... dụng pyridin hemochrome khảo nghiệm Giảm 59% protoporphyrin(protoheme) là có nguồn gốc dựa vào sự khác biệt của quang phổ trong khoảng 557 và 540 nm, trong khi đó giảm 50% của kim loại này được phát hiên dựa trên giảm đỉnh Soret + Bước 8 : Demetalization của porphyrin kim loại Sáu porphyrin kim loại khác : octaethyl porphyrin cobalt (II), octaethyl porphyrin đồng (II), octaethyl porphyrin sắt (III),.. .Ứng dụng công nghệ sinh học trong công nghệ lọc dầu gel sepharose 4B, sắc kí trao đổi ion DE52 và sắc kí 2’5’ADP sepharose như đã mô tả ở (Sambrook, J et al., Molecular Cloning: a Laboratory Manual, 2nd Ed., Cold Spring Harbor .. .Ứng dụng công nghệ sinh học công nghệ lọc dầu MỤC LỤC ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG VIỆC KHỬ KIM LOẠI TRONG DẦU MỎ I Kim loại có dầu mỏ Kim loại dầu mỏ ... 14 Loại bỏ kim loại dầu mỏ - SVTH: Huỳnh Đức Kỳ - Lớp Hóa dầu Page Ứng dụng công nghệ sinh học công nghệ lọc dầu ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG VIỆC KHỬ KIM LOẠI TRONG DẦU MỎ I Kim loại. .. độc xúc tác kim loại gây Loại bỏ kim loại dầu mỏ - SVTH: Huỳnh Đức Kỳ - Lớp Hóa dầu Page Ứng dụng công nghệ sinh học công nghệ lọc dầu II Ứng dụng công nghệ sinh học khử kim loại dầu mỏ Porphirin