Skip to main content
SUPERVISOR
Keikhosro Karimi,Akram Zamani foroshani
کیخسرو کریمی (استاد راهنما) اکرم زمانی فروشانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Behzad Nozari
بهزاد نوذری

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392

TITLE

Bio-refinery Development based on sweet sorghum plant
Improving sweet sorghum’s bioconversion to biogas and bioethanol as an energy crop by an enhanced organosolv pretreatment was investigated. The pretreatment conducted using ethanol and isopropanol as organic solvents. First, the best pretreatment condition for isopropanol was investigated. This pretreatment were conducted at 120-160 for 30, 45, and 60 minutes with and without sulfuric acid as catalyst. Afterwards, the solvent was evaporated from the liquor and the remaining solid were washed to remove the remaining solvent. The liquid was then subjected to anaerobic digestion and the solid was dried for enzymatic hydrolysis and eventually bioethanol production. The greatest methane production was achieved from the liquor that was pretreated at 140 without catalyst for 30 min, resulting in 265.7 . The best result of ethanol production, 10.78 g/l, was achieved from the solid of the pretreatment at 140 with 1% sulfuric for 30 min. After recognizing the optimum pretreatment conditions, suitable proportion of water to alcohol was recognize through the enzymatic hydrolysis. The best results were achieved by 80% alcohol and 20% water. Then, the concentration of ethanol and isopropanol were changed and the best result was 271.24 (corresponding to 88.6% of the theoretical yield) from the liquid which was pretreated with 20% isopropanol and 60% ethanol at 140 without acid for 60 min. From remained solid, 12.3 g/l ethanol production was achieved using the pretreatment with 20% isopropanol and 60% ethanol at 140 with 1% acid for 30 min. The best result for enhanced organosolv pretreatment showed 102.1% and 128.5% increase in biogas production from the sample pretreated by 50% isopropanol and 50% ethanol 50%, respectively. Ethanol production of the pretreated solid showed 260, 120, and 104% improvement, comparing to the untreated and 50% isopropanol, and 50% ethanol pretreated substrate, respectively. In addition, the adsorption and desorption of enzymes were calculated as 163.3 mg/g substrate adsorbed protein and 88.8%, respectively. The compositional and FTIR analyses showed that the organosolv pretreatment at elevated temperatures significantly reduced the lignin and xylan contents as well as the cellulose crystallinity. Keywords : Biogas, Ethanol, Sweet sorghum, Organosolv pretreatment, Enzymatic hydrolysis.
در این پژوهش با استفاده از پیش فرآوری حلال آلی، بهبود تبدیل زیستی گیاه انرژی زای سورگوم شیرین مورد مطالعه قرار گرفت. به منظور بهبود تبدیل زیستی از الکل های ایزوپروپانول و اتانول به عنوان حلال آلی استفاده شد. ابتدا بهترین شرایط عملیاتی پیش فرآوری برای ایزوپروپانول به عنوان حلال مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور پیش فرآوری ها در بازه دمایی 120 تا 160 درجه سانتی گراد به مدت 30، 45 و 60 دقیقه با و بدون کاتالیزور اسیدی(اسید سولفوریک 1%) اجرا شد. سپس حلال از مایع بعد از پیش فرآوری به وسیله عملیات تبخیر جدا شد و جامد باقی مانده شست وشو داده شد. از مایع باقی مانده بیوگاز گرفته شده و جامد نیز برای عملیات هیدرولیز آنزیمی و تولید اتانول به کار برده شد. بیشترین میزان متان تولیدی از مایع پیش فرآوری حاصل شد که در دمای 140 درجه سانتی گراد بدون کاتالیزور اسیدی به مدت نیم ساعت پیش فرآوری شده بود و مقدار نهایی7/265 میلی لیتر متان به ازای گرم جامد فرار تولید شد. هم چنین از جامد باقی مانده از پیش فرآوری که در دمای 140درجه سانتی گراد با 1% کاتالیزور اسید سولفوریک به مدت 30 دقیقه پیش فرآوری شد8/10 گرم بر لیتر اتانول تولید شد. بعد از شناسایی شرایط بهینه پیش فرآوری برای حلال آلی ایزوپراپانول 50 درصد حجمی، نسبت مناسب آب به الکل در محلول از طریق هیدرولیز آنزیمی مشخص شد. نسبت الکل به آب بین 50 تا 90%حجمی الکل در محلول انتخاب شد که بهترین نتیجه با الکل 80% حجمی حاصل شد. سپس غلظت اتانول و ایزوپروپانول به صورت متغیر قرار گرفت و درنتیجه در بهترین شرایط 2/271 میلی لیتر متان به ازای گرم جامد فرار( متناظر با 8/88% مقدار تولید تئوری) برای پیش فرآوری انجام شده در غلظت 20% ایزوپروپانول و 60% اتانول در دمای 140 درجه سانتی گراد بدون اسید به مدت 60 دقیقه بدست آمد. از جامد باقی مانده، 3/13 گرم بر لیتر (با بازده %7/89) اتانول حاصل شد که شرایط پیش فرآوری که منجر به این مقدار تولید شد شامل پیش فرآوری با، 20% ایزوپروپانول و 60% اتانول در دمای 140درجه سانتی گراد با 1% اسید سولفوریک به عنوان کاتالیزور فرآیند و به مدت 30 دقیقه زمان ماند بود. بهترین نتیجه برای پیش فرآوری با الکل ترکیبی در بیوگاز با افزایش 1/102% و 5/128% در مقایسه با به ترتیب ایزوپروپانول 50% و اتانول 50% حاصل شد. اتانول تولیدی از پیش فرآوری بهینه افزایش 280%، 130% و 118% نسبت به جامد پیش فرآوری نشده، و نمونه های شاهد پیش فرآوری شده توسط ایزوپروپانول 50% و اتانول 50% از خود نشان داد. به علاوه میزان جذب و دفع آنزیم روی سوبسترا در پیش فرآوری بهینه نسبت به نمونه های شاهد بررسی شد که نمونه پیش فرآوری شده توسط حلال آلی بهبود یافته ترکیبی مقدار جذب پروتئین 3/163 میلی گرم به ازای گرم سوبسترا از خود نشان داد و همچنین درصد میانگین دفع آنزیمی برای نمونه بهینه 8/88% بود که نشان دهنده این مهم بودند که پیش فرآوری حلال آلی ترکیبی از دو الکل تاثیر بر جذب و دفع آنزیمی نسبت به نمونه های شاهد داشته است. آنالیز FTIR نشان داد که پیش فرآوری بهبود یافته در دماهای بالاتر میزان لیگنین و زایلان بیشتری را در خود حل کرده و میزان بلورینگی سلولز را کاهش می دهد. واژگان کلیدی: بیوگاز، اتانول، سورگوم شیرین، پیش فرآوری حلال آلی، هیدرولیز آنزیمی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی