پیش فرآوری ترکیبات لیگنوسلولزی با استفاده از حلال های سلولزی برای افزایش بازده تولید بیولوژیکی اتانول

thesis
abstract

رشد سریع و روز افزون مصرف انرژی در جهان، محدود بودن منابع فسیلی موجود و مخاطرات زیست محیطی جدی ناشی از استفاده از آن ها مانند انتشار گاز های گلخانه ای و افزایش دمای کره زمین، ضرورت بهره برداری انرژی از منابع تجدیدپذیر را بیش از پیش برای جوامع بشری آشکار کرده است. در حال حاضر اتانول مهم ترین سوخت مایع جایگزین بنزین بوده و مواد لیگنوسلولزی که فراوان ترین توده های زیستی در جهان را تشکیل می دهند، به واسطه ارزان بودن و عدم دخالت در چرخه مواد غذایی مهم ترین ماده اولیه برای تولید اتانول محسوب می شوند. به دلیل این که فیبرهای سلولزی در ساختار لیگنوسلولزها توسط ماتریسی از همی سلولز و لیگنین محافظت می شوند، در برابر حملات شیمیایی و بیولوژیکی بسیار مقاوم بوده و بازده هیدرولیز و تخمیر آن ها به اتانول در حالت طبیعی پایین است. در فرآیند تبدیل مواد لیگنوسلولزی به اتانول، پیش فرآوری یک مرحله مهم و کلیدی برای تغییر ساختار لیگنوسلولزی به منظور تسهیل مراحل هیدرولیز و تخمیر محسوب می شود. از میان روش های مختلفی که تاکنون برای پیش فرآوری ترکیبات لیگنوسلولزی پیشنهاد شده است، استفاده از حلال های سلولزی به دلیل کارایی مطلوب در دماهای متوسط و پایین بسیار حائز اهمیت است. با توجه به این که تحقیقات انجام شده در زمینه استفاده از حلال های سلولزی اغلب محدود به کاربرد آن ها برای ترکیبات سلولزی (مانند منسوجات) است، در تحقیق حاضر از حلال های مختلفی شامل هیدروکسید سدیم، اسید فسفریک، و نیز حلال های جدید شامل nmmo و مایع یونی [emim[oac برای پیش فرآوری ضایعات کشاورزی (باگاس گیاه سورگوم شیرین) و جنگلی (ضایعات چوب صنوبر و کبوده) استفاده گردیده است. پیش فرآوری باگاس توسط محلول هیدروکسید سدیم (12%) و اسید فسفریک (85%) به ترتیب در دماهای 0 و 50 درجه سانتی گراد به مدت 3 و 5/0 ساعت صورت گرفت. هیدرولیز آنزیمی باگاس در دمای 45 درجه سانتی گراد و ph برابر 8/4 با استفاده از آنزیم های سلولاز و بتاگلوکوسیداز به مدت 72 ساعت نشان دادکه پس از عملیات پیش فرآوری توسط هیدروکسید سدیم بازده هیدرولیز از 65% تا 92% افزایش می یابد. همچنین اتانول تولیدی در فرآیند تخمیر محلول هیدرولیز باگاس فرآوری شده در دمای 32 درجه سانتی گراد و ph برابر 5/5 از حدود 50% تا بیش از 80% بهبود می یابد. آنالیز سوبسترا با استفاده از روش های مختلف بیان گر کاهش جزئی محتوای لیگنین، کاهش کریستالینیتی و باز شدن سطح سوبسترا در اثر عملیات پیش فرآوری می باشد. به دلیل این که روش های آلکالی و اسیدی مورد استفاده بیشتر برای فرآوری ضایعات کشاورزی مناسب بوده و تأثیر آن ها بر ضایعات چوبی کم تر است، برای بهبود بازده هیدرولیز چوب سخت صنوبر از پیش فرآوری توسط محلول 85% nmmo در دمای 120 درجه سانتی گراد به مدت 3 ساعت استفاده شد. نتایج نشان داد که بعد از عملیات پیش فرآوری ضمن این که محتوای کربوهیدراتی سوبسترا تقریباً حفظ می شود، کریستالینیتی آن به میزان قابل توجهی کاهش و قابلیت تورم پذیری آن افزایش می یابد. بازده تولید قند از چوب صنوبر بعد از 96 ساعت هیدرولیز آنزیمی فقط در حدود 10% است که برای سوبسترای فرآوری شده توسط nmmo بعد از 24 ساعت هیدرولیز تا 76% افزایش یافته و در نهایت پس از 96 ساعت هیدرولیز به 96% رسیده است. همچنین بعد از عملیات پیش فرآوری، بازده تولید اتانول در مدت 24 ساعت تخمیر تا بیش از 9 برابر باگاس فرآوری نشده بهبود داشته است. برای چوب های سخت تر مانند چوب کبوده روش های قبلی کارایی چندانی نداشت، لذا پیش فرآوری مایع یونی با استفاده از حلال [emim[oac در دمای 120 درجه سانتی گراد و دماهای مختلف 1، 3 و 5 ساعت بر روی ضایعات چوب کبوده که یکی از مقاوم ترین درختان جنگلی محسوب می شود، صورت گرفت. نتایج حاصل نشان می دهد که پیش فرآوری مایع یونی موجب افزایش قابل توجه بازده هیدرولیز آنزیمی ضایعات چوب از 3/5% به حدود 95% و بهبود تخمیر-پذیری آن تا بیش از 81% می گردد. آنالیز چوب بعد از فرآوری بیان گر کاهش محتوای لیگنین و کریستالینیتی سوبسترا و افزایش قابلیت تورم پذیری آن می باشد. همچنین نتایج حاصل از آزمایشات سیمون و جذب آنزیم نیز به خوبی نشان می دهد که پیش فرآوری مایع یونی حتی در زمان کوتاه (یک ساعت) موجب افزایش قابل توجه سطح تماس و اندازه منافذ سوبسترا شده و میزان دسترسی آن به آنزیم تا 74% افزایش داده است.

First 15 pages

Signup for downloading 15 first pages

Already have an account?login

similar resources

تولید اتانول از ترکیبات لیگنوسلولزی

ترکیبات لیگنوسلولزی کاه برنج و چوب مواد بسیار ارزان قیمت و فراوانی هستند که میتوانند برای تولید اتانول به روش تخمیر مورد استفاده قرار گیرند. این ترکیبات دارای سه قسمت عمده همی سلولز، سلولز و لیگنین میباشند. در میان روشهای مختلف هیدرولیز اسیدی رقیق بهترین روش برای هیدرولیز همی سلولز برای اجرا در مقیاس صنعتی شناخته شده است. نتایج این تحقیق نشان میدهد با به کار بردن روش اسیدی رقیق با 5/0 درصد اسید...

15 صفحه اول

بهبود تولید اتانول زیستی از مواد زائد لیگنوسلولزی با استفاده از پیش فرآوری هضم بی هوازی

تبدیل مقادیر زیادی از زیست توده های لیگنوسلولزی به سوخت زیستی و جایگزین کردن آن ها با سوخت های فسیلی روشی مناسب برای کاهش انتشار گازهای گلخانه ای است. اتانول سلولزی و اتانولی که از سایر منابع زیستی تولید می شود، می تواند میزان نشر گازهای گلخانه ای را تا 86 درصد کاهش دهد. نمونه هایی از مواد لیگنوسلولزی تجدید پذیر بقایای محصولات کشاورزی (کاه گندم و برنج، تفاله نیشکر، علوفه ذرت)، مواد زائد جنگلی (...

15 صفحه اول

پیش فرآوری کاه برنج با استفاده از حلال های مختلف و بهبود بازده ی تولید اتانول از این ماده

امروزه مواد لیگنوسلولزی به عنوان منابع دردسترس و ارزان برای تولید بیوسوخت های تجدیدپذیر مورد توجه محققان قرار گرفته اند. مواد لیگنوسلولزی در دیواره ی سلولی گیاهان وجود دارند و حاوی سه پلیمر عمده ی سلولز، همی سلولز و لیگنین هستند. سلولز موجود در این مواد قایل تبدیل یه گلوکز و سپس اتانول است. به دلیل ساختار پیچیده و به هم فشرده ی این مواد، ارگانیسم های تخریب کننده قادر به تخریب این مواد با بازده ...

15 صفحه اول

پیش فرآوری ترکیبات لیگنوسلولزی جهت بهبود تولید اتانول و بیوگاز و آنالیز فنی- اقتصادی

امروزه نسل دوم سوختهای زیستی از مواد لیگنوسلولزی به عنوان جایگزین مناسبی برای سوختهای فسیلی به شمار می رود. برای تولید این سوختها با راندمان بالا و در مقیاس صنعتی، به یک مرحله پیش فرآوری نیاز است. به علاوه استفاده از پیش فرآوری هایی که خود از نظر زیست محیطی آثار منفی نداشته باشند یک ویژگی تعیین کننده است. در بخش اول این پژوهش روش های نوین پیش فرآوری ترکیبات لیگنوسلولزی با حلال اِن-متیل-مورفولین-...

15 صفحه اول

بهبود تولید اتانول و بیوگاز از کاه گلرنگ با استفاده از فرآوری با سود سوزآور

مقدمه: کاه گلرنگ یکی از ضایعات کشاورزی است که استفادۀ مشخصی از آن نمی‌شود و می‌تواند به‌عنوان منبعی ارزان قیمت برای تولید سوخت‌های زیستی استفاده شود. ‏‏ مواد و روش‏‏ها: به‌منظور بهبود بازده تولید بیوگاز و اتانول، پیش‌فرآوری قلیایی با سود بر کاه گلرنگ انجام گرفت. پیش‌فرآوری با سود 8درصد در دو دمای مختلف (0 و 100 درجۀ سانتیگراد) و زمان‌های 60-10 دقیقه انجام‌گرفت. به‌منظور بررسی اثر پیش‌فرآوری بر ...

full text

بهبود تولید بیوگاز و اتانول از ساقه سورگوم شیرین با استفاده از پیش فرآوری با حلال آلی

سورگوم شیرین یک گیاه انرژی زاست و یک منبع بسیار مناسب برای تولید اتانول و بیوگاز محسوب می شود. سورگوم شیرین غالبا از مواد قندی، نشاسته، سلولز ، همی سلولز و لیگنین تشکیل شده است. پیش فرآوری مستقیم ساقه سورگوم شیرین به دلیل حضور همزمان قندهای آزاد و لیگنین معمولا پیچیده است .این پیچیدگی به این علت است که پیش فرآوری های معمول هر چند ساختار لیگنوسلولزی سورگوم را تخریب می کند و دسترسی به سلولز را اف...

My Resources

Save resource for easier access later

Save to my library Already added to my library

{@ msg_add @}


document type: thesis

وزارت علوم، تحقیقات و فناوری - دانشگاه صنعتی اصفهان - دانشکده مهندسی شیمی

Hosted on Doprax cloud platform doprax.com

copyright © 2015-2023