برای جستجو در بین هزاران پایان نامه در موضوعات مختلف     

      و دانلود متن کامل آنها با فرمت ورد اینجا کلیک کنید     

 
دانلود پایان نامه

دیگر عملیات مقدماتی مورد استفاده که ترکیب یک فعالیت فیزیکی و شیمیایی است. تکنیک انفجار فیبر آمونیاک۱است که بیومس با آمونیاک در یک دمای ملایم 300 درجه ی کلوین و فشار بالای(24/1مگاپاسکال) به مدت 30 دقیقه فراوری می شود(دال و سایرین1996، ولانسکو1997) و سرانجام یک دریچه باز می شود و موجب وارد شدن افت فشار بالا می شود که بیومس منفجر میگردد. آمونیاک تبخیر می شود و حدود 99% آن بازیافت می شود. و دوباره استفاده می شود. این روش به طور موثری بیومس غیر چوبی از قبیل باگاس وکاغذ روزنامه را از هم می پاشاند، اما روی بیومس چوب های نرم موثر نیست. برای بیومس های بدون چوب بازدهی در حد تئوری است(دالی و سایرین1996) ولی بیشتر از 50 درصد بازده ی تئوری برای درخت تبریزی بدست نمی آید(بلکاسمی و سایرین1998).
اخیراً تعدادی پژوهش برای بهبود این فراوری به وسیله ی جانشینی امونیاک بادی اکسیدکربن مافوق بحرانی اختصاص داده شده است.
2-8-3 پیش فرآوری شیمیایی
بسیاری از پیش عملیاتهای شیمیایی برای شکاف ورقه لیگنین وکاهش محتوی کریستالی سلول قبل ازهیدرولیز آنزیمی تست شده اند. اگر چه تاثیر چندین شیوه از این شیوه ها اثبات شده است اما این عیب بزرگ را دارندکه به دستگاههایی نیاز دارند که از موادی ساخته شده باشند که قادر به مقاومت در برابر شرایط شدید شیمیایی باشند. این عوامل شیمیایی که برای هدف لیگنین زدایی تست شده اند عبارتند از: آلکینها، اسیدها، گازها، عوامل اکسیدکننده، حلاّل سلولز و عوامل استخراج کننده و متورم کننده.
پیش عملیات آلکیلی برای افزایش قابلیت هضم مواد لیگنو سلولزی استفاده می شود .این فراوری به عنوان یک فرایند خمیر سازی برای تولید فراورده های کاغذی الیاف بلند و مقاوم توسعه یافته اند(زانوتینی و سایرین، 1998).
همچنین برای کاه و دیگر مواد غیر چوبی که هنوز هم منبع عمده فیبر را برای تولید کاغذ تشکیل می دهند آزمایش شده است. این روش برای چندین بیو مس انجام شده است و نتایج متفاوتی گرفته شده است. پیش فراوری هیدروکسیدسدیم همان چیزی است که روی کاه نسبت به چوب های جنگلی به علت میزان لیگنین کمتر موثرتر است(مک میلان و سایرین 1994). شرایطی که معمولاً در این پیش فرآوری به کار رفته غلظت 8 تا 12درصدی هیدروکسید سدیم به نسبت ماده خشک و زمان ماندگاری 30 الی60 دقیقه و دمای 80 تا120 درجه سانتیگراد می باشد. عیب این روش این است که هزینه مواد شیمیایی آن بالا است بطوریکه فرآیندهای اضافی به منظور بازیافت سود سوزآور مورد نیاز خواهد بود ( اگیر و سایرین 1999). پیش فرآوری الکالی عیب های بالقوه ای دارند. در حقیقت الکالی قوی، همی سلولز را به صورت محلول در می آورد و تا حدی هم همی سلولز را به اسیدهای ساکاریدی تجزیه می کنندکه از مرحله تخمیر میکروارگانیزم ها تاثیر ضعیفی بر روی آنها دارند. در بخش قبلی ما اسیدسولفوریک را به عنوان یک عملیات برای هیدرولیزسلولز تشریح کردیم. با وجود این به خاطر نتایج پایین هیدرولیزش، این فرآیند اخیراً به عنوان یک ابزار پیش فرآوری به کار برده شده است. همچنین نشان داده شده است که پیش عملیات به طور موثر همی سلولز را حل می کند و قابلیت هضم آنزیمی سلولز را افزایش می دهد. سرعت بالای واکنش(در مقایسه با فرایندهای آنزیمی) مصرف پایین اسید و هزینه پایین اسید سولفوریک (در مقایسه با پیش عملیاتهای بازی) بعضی از امتیازات پیش عملیات اسید سولفوریک رقیق هستند. دستگاه پیش عملیات اسید رقیق به سیستم بازیابی اسید نیازی ندارد در حالیکه به نظرمی رسد برای فرآیند اسید غلیظ نیاز اساسی باشد ( استقلالیان 1997).شرایط پیش فرآوری با اسید سولفوریک تقریباً 1% و سپس ماندگاری در دمای 140 تا160درجه سانتی گراد برای یک دوره چند دقیقه ای تا یک ساعت می باشد(داین و دیگران1999). یکی از مشکلات عمده مربوط به هیدرولیز اسید رقیق زیست توده لیگنو سلولزی قابلیت تخمیر ضعیف هیدرولیزهای تولید شده می باشد(تاکر و دیگران 2000). در هیدرولیز لیگنوسلولزی غلظت قندها همچنین غلظت محصولات فرعی به شرایط هیدرولیز بستگی دارد. شرایط سخت می توانند قندها را به فورفورال، اسید لیوالینیک و اسیدفورمیک تجزیه کند درحالیکه یک بخش جزئی لیگنین تجزیه می شود که به مواد اروماتیک منتهی می شود.
جدا از پیش فرآوری شیمیایی برای پیش عملیات بیومس بعضی محققین پیش عملیات آب داغ مایع1را مطرح کردند که صرفاً این بیوجرم را با آب از قبل از پیش فرآوری در دمای 220درجه سانتی گراد برای مدت 2دقیقه شستشو می دهند. این آب در فشار بالا نگه داشته به این منظورکه این اطمینان حاصل شود که آن در فاز مایع باقی مانده است.
2-8-4 پیش عملیات بیولوژیکی
در سالهای اخیر پیشرفت در زمینه زیست مهندسی به ایجاد میکروارگانیزم های قادر به حمله به لیگنین در بیو مس
منتهی شده است. آنزیم های لیگنولیتی می توانند به طور بالقوه در چندین بخش فرآیند جنگل داری، صنعتی، ساخت خمیر کاغذ، کنترل ضایعات و به کارگیری محصولات فرعی به خاطر ویژگی های مواد اصلی گسترده مفید باشد.
3-9تخمیر:
لیگنوسلولز اغلب توسط پیش فرآوری اسیدی هیدرولیزمی شود. هیدرولیزات بدست آمده سپس برای تخمیر بیواتانول توسط میکروارگانیزمهای همچون مخمر مورد استفاده قرار می گیرد. هیدرولیزاتهای لیگنو سلولز نه تنها شامل گلوکز بوده بلکه شامل مونوساکاریدهای مختلفی همچون زایلوز، مانوز، گالاکتوز، آرابینوز و الیگوساکاریدها می باشد. مطابق با استوکیومتری واکنشها حداکثر بازده تئوریکی0.51کیلوگرم بیواتانول و0.49کیلوگرم دی اکسید کربن در هرکیلوگرم زایلوز وگلوکز است(هامیلینگ و سایرین 2005، وسیا و سایرین2005).
(2-2) 3C₅ H₁₀O₅ ͢ 5C₂H₅OH +5CO₂
(2-3) 2C₂H₅OH +2CO₂ C₆H₁₂O₆ ͢
در تخمیر میکروارگانیزمهایی از قندهای قابل تخمیر بعنوان غذا استفاده نموده و الکل اتیل و دیگر محصولات فرعی را تولید می نماید. چنین میکروارگانیزمهایی می توانند نوعاً از قندهای شش کربنه استفاده نمایند که یکی از معمولترین آنها گلوکز می باشد. بنابراین مواد زیست توده سلولزی شامل مقدار بالاتری گلوکز یا قابل تبدیل به گلوکز راحتترین مواد برای تبدیل به بیواتانول هستند. میکروارگانیزمها بنام اتانولوژنها در حال حاضر بخشی از قندهای زیست توده را به بیواتانول تبدیل می شوند(دمیرباس 2006). تعدادی از میکروارگانیزمها وجود دارند که مقادیر بیشتر(بزرگتر از یک درصدw/v ) بیواتانول تولید می کنند(استوارت1987). میکروارگانیزمهای تخمیر کننده زایلوز در بین باکتریها، قارچهای رشته ای و مخمر یافت می شوند. امروزه باکتری تخمیرکننده زایلوز شامل هر دوی ارگانیزمهای مهندسی ژنتیک شده و بومی هستند و برخی ویژگیهای مفید برای تخمیر و ساکاریفیکاسیون همزمان را دارند((جدول2-5) جفریس و سایرین 2000). یکی از کاراترین مخمرهای تولید کننده بیواتانول ساکارومایسیس سروسیا است که چند مزیت بخاطر تولید بیواتانول بالا از هگزوزها و مقاومت بالا به بیواتانول و دیگر ترکیبات بازدارنده در هیدرولیزاتهای اسیدی توده زیستی لیگنوسلولز را دارد. با این وجود بخاطر اینکه نژادهای نوع وحشی این مخمر نمی تواند از پنتوزها همچون زایلوز و آرابینوز سلولیگوساکاریدها، بهره برداری کند تولید بیواتانول از هیدرولیزات لیگنوسلولز ناکافی است. باکتریهای اتانولوژیک که در حال حاضر برای بهره برداری صنعتی امید بخشترین باکتریها هستند عبارتند از زیموناس، کلبسیا واچرچیاکولی و زیموموناس بخاطر توانایی اش در تولید سریع و کارایی بیواتانول از خوراکهایی بر پایه گلوکز کاملاً شناخته شده است و نیز آزمایشات بهره وری مقایسه ای نشان داده است که زیموبایل می توانند 5درصد عملکرد بالاتر و بیش از 97 درصد تئوریکی و غلظتهای بیش از12درصد (w/v) در تخمیرهای گلوکز را ثابت کرده است. همچنین بطور ویژه بیواتانول را از قندهای هگزوز، گلوکز و فروکتوز تولید می کند اما از قندهای پنتوز نمی توانند بیواتانول تولید کند(داین و سایرین2003).
2-10 بازیابی جامدات و محصول:
هرچه تکنولوژی های تخمیر و هیدرولیز زیست توده به حالت تجاری نزدیک شود، پیشرفت هایی در تکنولوژیهای بازیابی جدیدترین نیاز خواهد بود. برای مواردی که در آن محصولات تخمیر فراتر از آب هستند بازیابی توسط تقطیر بهترین تکنولوژی منتخب است. یک سیستم تقطیر مناسب می توانند بیواتانول را از آب در مخلوط مایع جدامی کند(مدسون و سایرین2000). محتوی آب بیواتانول عموماً بالاتر از80%است بنابراین مقادیر زیاد انرژی برای تغلیظ اتانول تا 6/95% ( مخلوط ازوتروپ اتانول با آب) لازم می باشد. ستون تقطیر بیواتانول را از آب(و جامدات اگر باشد) جدا کرده و یک بخار با غلظت بالایی بیواتانول و یک باقی مانده در انتها غنی از آب تولیدمی کند. مرحله اول بازیابی بیواتانول در یک ستون تقطیر صورت می گیرد جایی که جامدات با مقداری آب باقی می ماند و محصول (37%بیواتانول) در یک ستون دیگر تا غلظت پایینتر از ازوتروپ(95%) تغلیظ می شود(هاملیک2005). بازیابی بیواتانول در ستونهای تقطیر در کارخانه تا 6/99% صورت می گیرد. جامدات باقی مانده در مرحله اول با استفاده از یک سانتریفیوژ جداسازی شده ودر یک خشک کن دوار خشک می شوند(کارویان و سایرین2007، مک آلن و سایرین2000).
فصل سوم
روش آزمایش
3-1- مواد و سایل مورد استفاده:
پوست سبز گردو، اسید سولفوریک، دستگاه اتو کلاو، قیف بوخنر و صافی کاغذی، لوازم آزمایشگاهی و دستگاه hplc
3-2- آزمایشات:
دسته بندی : علمی