Skip to main content
SUPERVISOR
Keikhosro Karimi,Hamed Zilouei
کیخسرو کریمی (استاد راهنما) حمید زیلوئی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohsen Taherdanak
محسن طاهردناک

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1391
In this study, the effects of iron and nickel zero-valent nanoparticles on hydrogen production in a biorefinery with gaseous products were investigated. Glucose, starch, cellulose, sugarcane bagasse and rice straw were used as substrate. Sulfuric acid pretreatment was applied to alter the structure of the substrate and to make it ready for fermentation. Acidic pretreatment efficiently improved the hydrogen production yield. Iron nanoparticles (Fe 0 ) significantly improved the hydrogen production from glucose by 37% (p 0.05), while nickel nanoparticles (Ni 0 ) had no significant effect on the hydrogen yield. The maximum hydrogen production from cellulose (45.7 mL/g VS) was obtained after supplementation of Fe 0 and Ni 0 of 5 and 12.5 mg/L, respectively. The maximum hydrogen production from sugarcane bagasse of 114.1 mL/g VS (32% higher than control test) was achieved after Fe 0 and Ni 0 supplementation of 5 and 12.5 mg/L, respectively. Moreover, the maximum hydrogen production from rice straw of 103.5 mL/g VS (51% higher than the control test) was obtained after Fe 0 and Ni 0 supplementation of 12.5 and 5 mg/L, respectively. Analysis of the produced soluble metabolites showed that the major effects of supplemented Fe 0 and Ni 0 (at optimum concentrations) were enhancement in butyrate (desirable byproduct) fermentation and inhibition of ethanol and lactate (undesirable byproducts) fermentation. The maximum recovered energy from cellulose, sugarcane bagasse and rice straw (in sequential hydrogen and methane production processes) were 9.61, 11.57 and 7.1 MJ/Kg, respectively. Keywords: Anaerobic digestion, dark fermentation, Fe 0 nanoparticles, Ni 0 nanoparticles, pretreatment.
در این پژوهش برای نخستین بار اثر نانوذرات فلزی آهن و نیکل (صفر ظرفیتی) بر روی راندمان تولید هیدروژن در پالایشگاه زیستی با محصولات گازی هیدروژن و متان مورد بررسی قرار گرفت. خوراک مورد بررسی در این پژوهش شامل گلوکز، نشاسته، سلولز، باگاس نیشکر و کاه برنج بود. از پیش فرآوری اسیدی (اسید سولفوریک رقیق یا غلیظ) بمنظور اصلاح ساختار زیست توده ی دارای ساختار مقاوم (سلولز، باگاس نیشکر و کاه برنج) و تبدیل آن به قندهای قابل تخمیر استفاده شد. پیش فرآوری اسیدی بطور کارامدی راندمان تولید هیدروژن از زیست توده را بهبود بخشید. نانوذرات آهن راندمان تولید هیدروژن از گلوکز را 37% بهبود بخشید (05/0p ) درحالیکه نانوذرات نیکل اثر معنی داری برراندمان تولید هیدروژن از گلوکز نداشت. اثر متقابل نانوذرات آهن و نیکل بر راندمان تولید هیدروژن از نشاسته معنی دار بود و بهینه ی راندمان تولید هیدروژن (mL/g VS 3/147) در حضور نانوذرات آهن و نیکل با غلظت های به ترتیب 5/37 و mg/L 5/37 بدست آمد. بهینه ی راندمان تولید هیدروژن از سلولز (mL/g VS 7/45) در حضور نانوذرات آهن و نیکل با غلظت های به ترتیب 5 و mg/L 5/12 بدست آمد (57% افزایش راندمان نسبت به نمونه ی کنترل). بیشترین راندمان تولید هیدروژن از باگاس نیشکر (mL/g VS 1/114) در حضور نانوذرات آهن و نیکل با غلظت های به ترتیب 5/12 و mg/L 5 بدست آمد (32% افزایش راندمان نسبت به نمونه ی کنترل). همچنین بهینه ی راندمان تولید هیدروژن از کاه برنج (mL/g VS 5/103) در حضور نانوذرات آهن و نیکل با غلظت های به ترتیب 5 و mg/L 5/12 بدست آمد (51% افزایش راندمان نسبت به نمونه ی کنترل). آنالیز متابولیت های محلول نشان داد که عمده ی اثر نانوذرات آهن و نیکل (در غلظت های بهینه) کاهش تولید اتانول و لاکتات (متابولیت های نامطلوب) و افزایش تولید بوتیرات (متابولیت مطلوب) و در نتیجه افزایش تولید هیدروژن بود. حداکثر انرژی تولید شده از سلولز، باگاس نیشکر و کاه برنج طی فرایندهای متوالی تخمیر تاریک و هضم بی هوازی به ترتیب 61/9، 57/11 و MJ/Kg 10/7 بود. کلمات کلیدی: تخمیر تاریک، هضم بی هوازی، نانوذرات آهن، نانوذرات نیکل، پیش فرآوری اسیدی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی