برای جستجو در بین هزاران پایان نامه در موضوعات مختلف     

      و دانلود متن کامل آنها با فرمت ورد اینجا کلیک کنید     

 
دانلود پایان نامه

2-7-2-1 محصولات جانبی هیدرولیز اسید رقیق
هیدرولیز اسید رقیق یک فرآیند سریع و ارزان جهت دستیابی به قند از مواد لیگنوسلولزی می باشد. با وجود این تولید چندین محصول جانبی در طول فرآیند از جمله معایب اصلی هیدرولیز اسیدرقیق به شمار می آید(سائمن1945). برخی از این محصولات برای فرآیند تخمیر میکروارگانیسم ها از جمله مخمر سمی می باشند(پالمکوسیت و هان هاجردال، 2000). بازداری ایجاد شده توسط این ترکیبات بازده و قابلیت تولید را کاهش می دهد. همچنین رشد سلول را مختل می سازد. تحقیقات و بررسی های زیادی به جلوگیری از این مشکل بازداری اختصاص یافته اند. برای مثال، تبدیل مواد سمی به ترکیب دیگری که برای مخمر غیرسمی بوده یا سمیت کمتری داشته و همچنین افزایش مقاومت مخمر در برابر این مواد سمی از این جمله است.
شکل2-4محصولات جانبی در فرآیند هیدرولیز رقیق
سلولز همی سلولز ولیگنین در طول فرآیند هیدرولیزاسید به ترتیب به گلوکز، مانوزیا زایلوز و ترکیبات فنولیک می شکنند. به محض تشکیل مونومرها، تجزیه های بیشتری در طول این فرآیند رخداده و ترکیبات پیش بینی نشده دیگری همچون هیدروکسی متیل فورفورال(HMF) از هگزوزها و فورفورال از پنتوزها را نتیجه می دهند. هیدروکسی متیل فورفورال و فورفورال نیز عمدتاً به اسیدلویولینیک و اسید فرمیک تجزیه می شوند. علاوه بر این، الیفاتیک اسیدها عمدتاً استیک اسید، از گروهای استیل موجود در همی سلولزها آزاد می شوند، در حالی که لیگنین تجزیه شده و ترکیبات فنولیک آزاد می کند(شکل2-2).
2-7-2-1-1 اسید های آلی
تعداد زیادی از آلیفاتیکها اسیدها در هیدرولیزاتهای اسیدرقیق وجود داشته که ازعصاره های چوب، تجزیه لیگنین و تجزیه قند بدست می آید. اسید استیک اصلی ترین جزو اسیدی در هیدرولیزاتها بوده و عمدتاً از تجزیه گروه استیل در پلی ساکاریدها تولید می شود در حالی که اسیدلویولینیک و اسیدفرمیک محصولات تجزیه قندی می باشند. اسیدهای ناگسسته برای سلول ها مضر بوده و مانع از رشد سلولی می شوند. آنها محلول در چربی بوده و بنابراین می توانند به صورت سیتوسول در سرتاسر غشاء پلاسما پخش و منتشر شوند و ممکن است به صورت درون سلولی تفکیک شوند(طاهرزاده و سایرین،1997).
2-7-2-1-2ترکیبات فنولیک
تعدادی ترکیب فنولیک وجود داشته که در هیدرولیزاتهای لیگنو سلولزی یافت می شوند، از جمله انها3-متوکسی-4-هیدروکسی بنزالدئید، 4-هیدروکسی استوفنون، وانیلین، سیرینگ آلدئید، استروانیلون، فرولیک اسید، وانیلیک اسید و4 -هیدروکسی بنزوئیک اسید را میتوان برشمرد. این ترکیبات عمدتاً از تجزیه لیگنین و همچنین عصاره های آروماتیک چوب آزاد می شوند. فنل آلدئیدها و فنل کتونها به عنوان بدترین بازدارنده ها یافت می شوند. علاوه بر این، بررسی نشان داد که ترکیبات فنولیک با وزن مولکولی پائین سمی تر می باشند (پالمکویست و هان هاگردال، 2000). ترکیبات فنولیک به دلیل اثر بازدارندگی شان در تخمیر هیدرولیزاتهای لینگوسلولزیک، بازدارنده های مهمی به شمار می ایند.
2-7-2-1-3 ترکیبات فورال
فورفورال و 5-هیدروکسی متیل فورفورال(HMF) به ترتیب بعنوان دیگر محصولات هیدرولیز پنتوزها و هگزوزها شناخته شده اند. پنتوزها در بازده بالا فورفورال میسازند، اما هگزوزها از طریق یک شبه فرآیند هیدروکسی متیل فورفورال می دهندکه با ادامه حرارت دهی لویولینیک و فرمیک اسید نیز تولید می کنند.
فورفورال به عنوان یک بازدارنده قوی برای مخمر سایکرومایسیس1شناخته شده است. غلظت بالای g/L1 فورفورال در کاهش قابل توجه سرعت انتشارCO₂، تکثیر سلول وکل تعداد سلول ها در مرحله اول تخمیر موثر شناخته شد(پالمکویست و سایرین، 1999، طاهرزاده و سایرین،1999).
هیدروکسی متیل فورفورال از نظر شیمیایی به فورفورال مربوط می شود و بنابراین اثرات بازدارندگی مشابهی همچون فورفورال دارد، جز اینکه سرعت تبدیل آن پایین تر بوده که احتمالاًبه دلیل نفوذ پذیری پایین غشاء می باشد(لارسون و سایرین، 1999).
2-7-3هیدرولیز اسید غلیظ
هیدرولیز لینگوسلولز با اسیدهای سولفوریک یا اسید هیدروکلریک غلیظ، فرآیند نسبتا قدیمی است. براکونوت در 1819، ابتدا دریافت که سلولز را می توان به قند قابل تخمیر توسط اسیدهای غلیظ تبدیل کرد(شرارد وکرشمان, 1945). در این روش معمولا اسیدسولفوریک و اسید هیدروکلریک بکار میرود. فرآیندهای اسید غلیظ محصول قند بالاتری می دهند (٪90 محصول گلوکز تئوریکی) و لذا محصول اتانول بالاتری در مقایسه با فرآیند اسید رقیق تولید می نمایند بعلاوه فرآیند اسید غلیظ می تواند در دمای پایین (40 درجه سانتیگراد) عمل کند که مزیت آشکار آن در مقایسه با فرآیند اسید رقیق حاصل می شود. با این حال غلظت اسید در این شیوه بسیار بالا است (٪70-30) و گرما دهی اسید غلیظ در طی هیدرولیز آنها را بسیار خورنده می سازد. بنابراین فرآیند به آلیاژ گران یا ساختار غیر فلزی خاصی مانند سرامیک های ویژه نیاز دارد. بازیافت اسید، فرآیند اضافه نسبت به سایرین بوده و فرآیند خنثی سازی آن مقادیر زیادی سنگ گچ تولید می کند. بعلاوه، تاثیر زیست محیطی کاربرد اسیدهای هیدروکلریک را محدود می کند. سرمایه گذاری بالا و هزینه نگهداری به شدت سرمایه گذاری تجاری بالقوه برای این فرآیند را می کاهد( کاتزن و سایرین 1995, جونز سمرا 1984). علی رغم معایب ذکرشده، فرآیند اسید غلیظ هنوز مورد توجه است. اخیرا این شیوه توسط گروه محققان آلمان در فرآیندی به نام ” بیوسولفورال1″ به کار رفته است. در این فرآیند، زیست توده ‌با اسید سولفوریک ٪70 اشباع شده و سپس با افزودن آب هیدرولیز می شود. بخشی از اسید توسط غشاء‌ آنیونی بازیابی شده و بخشی دیگر به شکل H2S از آزمایش فاضلاب غیر هوازی به دست می آید. ادعا شده این فرایند،‌ هزینه کل کمی برای تولید اتانول دارد سوسپانسیون به منظور جداسازی محلول قند 5 کربنه و 6 کربنه از مواد جامد باقیمانده ( بیشتر لیگنین و سلولز ) صاف می شود و پس از خنثی سازی مناسب محلول به واحد فرمانتور فرستاده می شود. برای تسهیل در مرحله ی بعدی هیدرولیز سلولز به پساب جامد اسید غلیظ زده می شود.
سپس با اسید سولفوریک 30% مخلوط شده و برای کاهش حجم حلاّل و به دست آوردن یک اسید با غلظت70% حرارت داده می شود. مرحله نهایی شامل این محلول در آب گرم به یک مخزن هیدرولیتیک جائیکه اسید غلیظ 10% به دست می آید می باشد. این محلول تقریباً دو ساعت در دمای100درجه سلسیوس حرارت داده می شود. در این مرحله هیدرولیز سلولز کامل می شود درحالیکه از هر گونه تجزیه نامطلوب شکر اجتناب می شود. بعد از آن محلول حرارت داده می شود تا هیدرولیز کاملی از سلولز به دست آید. محلول نهایی فیلتر می شود و مایع محلول نهایی محتوای 10% اسید و 10% گلوکز می باشد که با هیدروکسید کلسیم خنثی می شود و بعد از اینکه سنگ گچ تولید شده جدا شد، قندها به واحد تخمیر فرستاده می شوند. لیگنین جامد باقیمانده برای تولید نیرو سوزانده می شود. کل هیدرولیز سلولز در دو مرحله انجام شده است. اسید غلیظ70% ساختمان کریستالی سلولز را با شکافتن پیوندهای هیدروژنی که بین زنجیره های سلولز است از هم می پاشاند، مرحله ی هیدرولیز مسئول واکنش هیدرولیتیک زنجیره های سلولز ایزوله می باشد. بازده تبدیل هیدرولیز سلولز و همی سلولز زیست توده های متفاوت توسط اسید غلیظ در جدول2-6 گزارش شده است. جدول2-7 نیز میزان بازدهی تولید بیواتانول ازساقه ذرت را نشان می دهد(دمیرباس 2005، بالات2008)
جدول2-6 بازده تبدیلی هیدرولیزاسیدی غلیظ(بردارسایرین،1990)
بازده تبدیل(%)
همی سلولزبه زایلوز
سلولزبه گلوکز
ساقه الفافا
96
88
دسته بندی : علمی