ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΚΟ ΠΑΝΔΠΗΣΖΜΗΟ ΚΤΠΡΟΤ ΥΟΛΖ ΓΔΧΣΔΥΝΗΚΧΝ ΔΠΗΣΖΜΧΝ ΚΑΗ ΓΗΑΥΔΗΡΗΖ ΠΔΡΗΒΑΛΛΟΝΣΟ Μεηαπηςσιακή διαηπιβή ΔΚΣΗΜΖΖ ΔΠΗΠΣΧΔΧΝ ΣΖ ΟΞΔΗΑ ΚΑΗ ΥΡΟΝΗΑ ΣΟΞΗΚΟΣΖΣΑ ΗΟΝΣΗΚΧΝ ΤΓΡΧΝ ΜΔ ΣΖ ΥΡΖΖ ΒΗΟΓΟΚΗΜΧΝ Δπζπκία Νηθνιάνπ Λεκεζφο 2016
ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΚΟ ΠΑΝΔΠΗΣΖΜΗΟ ΚΤΠΡΟΤ ΥΟΛΖ ΓΔΧΣΔΥΝΗΚΧΝ ΔΠΗΣΖΜΧΝ ΚΑΗ ΓΗΑΥΔΗΡΗΖ ΠΔΡΗΒΑΛΛΟΝΣΟ ΣΜΖΜΑ ΔΠΗΣΖΜΖ ΚΑΗ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΠΔΡΗΒΑΛΛΟΝΣΟ ΔΚΣΗΜΖΖ ΔΠΗΠΣΧΔΧΝ ΣΖ ΟΞΔΗΑ ΚΑΗ ΥΡΟΝΗΑ ΣΟΞΗΚΟΣΖΣΑ ΗΟΝΣΗΚΧΝ ΤΓΡΧΝ ΜΔ ΣΖ ΥΡΖΖ ΒΗΟΓΟΚΗΜΧΝ ηεο Δπζπκίαο Νηθνιάνπ Λεκεζφο 2016 ii
ΔΝΣΤΠΟ ΔΓΚΡΗΖ Μεηαπηπρηαθή δηαηξηβή ΔΚΣΗΜΖΖ ΔΠΗΠΣΧΔΧΝ ΣΖ ΟΞΔΗΑ ΚΑΗ ΥΡΟΝΗΑ ΣΟΞΗΚΟΣΖΣΑ ΗΟΝΣΗΚΧΝ ΤΓΡΧΝ ΜΔ ΣΖ ΥΡΖΖ ΒΗΟΓΟΚΗΜΧΝ Παξνπζηάζηεθε απφ Νηθνιάνπ Δπζπκία Δπηβιέπσλ θαζεγεηήο Γξ. Μηράιεο Κνπηίλαο Μέινο επηηξνπήο Γξ. Μάξιελ Βάζθεο Μέινο επηηξνπήο Γξ. Ησάλλεο Βπξίδεο Σερλνινγηθφ Παλεπηζηήκην Κχπξνπ Μάτνο, 2016 iii
Πνεςμαηικά δικαιώμαηα Copyright Δπζπκία Νηθνιάνπ, 2016 Με επηθχιαμε παληφο δηθαηψκαηνο. All rights reserved. Ζ έγθξηζε ηεο κεηαπηπρηαθήο δηαηξηβήο απφ ην Σκήκα Δπηζηήκεο θαη Σερλνινγίαο Πεξηβάιινληνο ηνπ Σερλνινγηθνχ Παλεπηζηεκίνπ Κχπξνπ δελ ππνδειψλεη απαξαηηήησο θαη απνδνρή ησλ απφςεσλ ηνπ ζπγγξαθέα εθ κέξνπο ηνπ Σκήκαηνο. iv
Καηαξρήλ, ζα ήζεια λα επραξηζηήζσ φινπο φζνπο ζπλέιαβαλ γηα ηελ επηηπρή εθπφλεζε απηήο ηεο κεηαπηπρηαθήο δηαηξηβήο. Θα ήζεια λα εθθξάζσ ηηο εηιηθξηλείο θαη ζεξκέο επραξηζηίεο κνπ ζηνπο επηβιέπνληεο θαζεγεηέο κνπ Γξ. Κνπηίλαο θαη Γξ. Βάζθεο. Σνπο επραξηζηψ πνιχ γηα ηε ζπλερή θαζνδήγεζε θη ππνζηήξημή ηνπο γηαηί ρσξίο ηε βνήζεηα ηνπο ε νινθιήξσζε ηεο δηαηξηβήο κνπ ζα ήηαλ αδχλαηε. Μέζα απφ ηηο γλψζεηο θαη ηηο ζπλερείο ηνπο ζπκβνπιέο πξαγκαηνπνηήζεθε επηηπρψο ε ζπγγξαθή ηεο κεηαπηπρηαθήο κνπ δηαηξηβήο. Αθφκε, ζα ήζεια λα επραξηζηήζσ ηε Υξηζηίλα Μνδέζηνπ γηα ηε βνήζεηα ηεο, θαζφιε ηε δηάξθεηα ησλ πεηξακάησλ. Δπηπιένλ, επραξηζηψ πνιχ ηηο παηδηθέο κνπ θίιεο πνπ πάληα είλαη ζην πιεπξφ κνπ αιιά θαη ηηο θίιεο κνπ απφ ην παλεπηζηήκην γηα ηελ ππνκνλή θαη ηηο ζπκβνπιέο πνπ κνπ πξφζθεξαλ απηφ ην δηάζηεκα. Σέινο, ζα ήζεια λα επραξηζηήζσ ηνπο αλζξψπνπο πνπ ήηαλ θαη ζα είλαη πάληα ζην πιεπξφ κνπ, ηνπο γνλείο κνπ, γηα ηε ζπλερή ζπκπαξάζηαζε θαη ππνκνλή πνπ έδεημαλ απηφ ην ρξνληθφ δηάζηεκα. Σνπο επραξηζηψ επίζεο γηα φια φζα έρνπλ ζπζηάζεη γηα λα θηάζσ κέρξη εδψ. v
ΠΔΡΗΛΖΦΖ Οη ρεκηθέο νπζίεο δηαθφξσλ θχζεσλ απνηεινχλ ηα βαζηθά αβηνηηθά ζηνηρεία ηνπ πεξηβάιινληνο πνπ κπνξεί λα είλαη επλντθά, θαζψο θαη θαηαζηξεπηηθά αλάινγα κε ηηο επηπηψζεηο πνπ πξνθαινχλ θαηά ηελ απειεπζέξσζή ηνπο. Σηο ηειεπηαίεο δεθαεηίεο ζηε ρεκηθή βηνκεραλία παξαηεξείηαη αλεμέιεγθηε αχμεζε ησλ ρεκηθψλ νπζηψλ πνπ είλαη γλσζηέο σο πηεηηθέο νξγαληθέο ελψζεηο (VOCs) κε απνηέιεζκα λα πξνθαινχλ φιν θαη πην απμεκέλν πξνβιεκαηηζκφ ζηε ρεκηθή βηνκεραλία. Χο εθ ηνχηνπ, ε κείσζε ηεο ρξήζεο απηψλ ησλ επηθίλδπλσλ δηαιπηψλ είλαη έλα ζέκα πξσηαξρηθήο ζεκαζίαο γηα ηε δηαηήξεζε ελφο πγηνχο νηθνζπζηήκαηνο ηνπ πεξηβάιινληνο. Σα επηβιαβή απνηειέζκαηα πνπ πξνθχπηνπλ απ απηνχο ηνπο δηαιχηεο πξνθαινχλ ζνβαξά πεξηβαιινληηθά δεηήκαηα, φπσο νη αηκνζθαηξηθέο εθπνκπέο θη ε ξχπαλζε ησλ πδάηηλσλ απνβιήησλ θάλνληαο ηε ρξήζε ηνπο απαγνξεπηηθή. Έηζη, ηα ηειεπηαία ρξφληα έθαλε ηελ εκθάληζή ηεο κηα λέα θαηεγνξία δηαιπηψλ γλσζηά σο ηνληηθά πγξά. Ζ παξνχζα κεηαπηπρηαθή δηαηξηβή είρε σο θχξην ζηφρν λα αληρλεχζεη ηελ ηνμηθή επίδξαζε ησλ ηνληηθψλ πγξψλ κέζσ δηαθφξσλ πδξφβησλ νξγαληζκψλ. Σα ηνληηθά πγξά ηα νπνία έρνπλ κειεηεζεί είλαη ην tetrabutylammonium iodide, ην 1-(4-pyridyl) pyridinium chloride hydrochloride, ην pyridinium trifluoromethanesulfonate, ην 1-butyl-3- methylimidazolium methanesulfonate θαη ην 1-butyl-3-methylimidazolium bromide. Λφγσ ηνπ κεγάινπ αξηζκνχ απηψλ ησλ νπζηψλ επηιέγεθαλ απηά ηα πέληε ηνληηθά πγξά, απφ ηξεηο δηαθνξεηηθέο θαηεγνξίεο. Οη βηνδνθηκέο νη νπνίεο πξαγκαηνπνηήζεθαλ ήηαλ κε ην Vibrio fischeri γηα νμεία ηνμηθφηεηα θαη ην Pseudokirchneriella subcapitata γηα ρξφληα ηνμηθφηεηα. Ο ρξφλνο έθζεζεο ηνπ Vibrio fischeri ζηα ηνληηθά πγξά ήηαλ 5 θαη 15 ιεπηά ελψ ηνπ Pseudokirchneriella subcapitata ήηαλ 72 θαη 96 ψξεο. Μέζα απφ κηα ζεηξά βηνδνθηκψλ έγηλε ν πξνζδηνξηζκφο ηνπ EC 50 γηα ηα ζπγθεθξηκέλα ηνληηθά πγξά. Δπηπιένλ, έγηλε κέηξεζε ηνμηθφηεηαο ησλ ζπγθεθξηκέλσλ ηνληηθψλ πγξψλ κεηά ηε βηναπνηθνδφκεζε. Ο κηθξννξγαληζκφο ν νπνίνο έρεη ηελ ηθαλφηεηα λα δηαζπά ηα ζπγθεθξηκέλα ηνληηθά πγξά είλαη ν Sphingomonas sp. VITPTHJ. Ζ κεηαπηπρηαθή δηαηξηβή απνηειείηαη απφ ηέζζεξα θεθάιαηα. ην πξψην θεθάιαην παξνπζηάδεηαη ην ζεσξεηηθφ κέξνο. Πξαγκαηνπνηείηαη βηβιηνγξαθηθή αλαζθφπεζε ζρεηηθά κε ηα ηνληηθά πγξά θαη ζηε ζπλέρεηα, γίλεηαη αλαθνξά γηα ηελ ηνμηθφηεηα ζρεηηθά κε ηα ηνληηθά πγξά απφ δηάθνξεο βηνδνθηκέο. ην δεχηεξν θεθάιαην πεξηγξάθνληαη νη δηαδηθαζίεο vi
νη νπνίεο έρνπλ δηεμαρζεί ζε θάζε βηνδνθηκή. ην ηξίην θεθάιαην παξνπζηάδνληαη ηα απνηειέζκαηα θαη γίλεηαη αλάιπζε θαη ζπδήηεζε. Καη ηέινο, ζην ηέηαξην θεθάιαην γίλεηαη πξνζδηνξηζκφο ησλ ζπκπεξαζκάησλ ζρεηηθά κε ηα απνηειέζκαηα πνπ έρνπλ πξνθχςεη απφ ηα πεηξάκαηα. Λέξειρ κλειδιά: ηνληηθά πγξά, ηνμηθφηεηα, βηνδνθηκέο vii
ABSTRACT Chemicals of various natures constitute the essential abiotic elements of the environment which can be conducive as well as detrimental depending upon their effects that they cause, during their release. In the past decades, in the chemical industry, it is observed uncontrollable increase the chemicals, that are known as VOCs, as a result to cause a continually increased concern, in the chemical industry. Hence, the decreased use of these dangerous solvents, is a subject of primary importance for the maintenance of a healthy ecosystem of the environment. The harmful results that are derived from the solvents, cause serious environmental issues such as atmospheric emissions and the pollution of wastewater, making their use prohibitive. As a result, in the past years, a new category of solvents has appeared, known as ionic liquids. The present dissertation has as the main purpose to detect the toxic effect of ionic liquids through different aquatic organisms. The ionic liquids, which have been studied, are tetrabutylammonium iodide, ην 1-(4-pyridyl) pyridinium chloride hydrochloride, ην pyridinium trifluoromethanesulfonate, ην 1-butyl-3-methylimidazolium methanesulfonate θαη ην 1-butyl-3-methylimidazolium bromide. Due to the big number of those elements, only these 5 ionic liquids, have been chosen out of 3 different categories. The bioassays that have been conducted were with the Vibrio fischeri for acute toxicity and the Pseudokirchneriella subcapitata for chronic toxicity. The exposure time of Vibrio fischeri in the ionic liquids was 5 and 15 minutes, while of Pseudokirchneriella subcapitata was 72 and 96 hours. Through a series of bioassays, the determination of EC 50 was made, for the specifically ionic liquids after the biodegradation. The microorganism that has the ability to cleave the specifically ionic liquids is Sphingomonas sp. VITPTHJ. The dissertation is consisted of 4 chapters. In the first chapter, the theoretical part is presented. A literature review is carried out, regarding the ionic liquids and then for the toxicity concerning the ionic liquids from different bioassays. In the second chapter, the procedures that have been conducted in each bioassay are described. In the third chapter, the results are presented and there is analysis and discussion. Finally, in the forth chapter there is determination of the conclusions regarding the results from the experiments. Keywords: ionic liquids, toxicity, bioassays viii