Skip to main content
SUPERVISOR
Hamid Amiri,Keikhosro Karimi
حمید امیری دستنائی (استاد مشاور) کیخسرو کریمی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Sara Farmanbordar
سارا فرمان بردار

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1392

TITLE

Biobutanol production from organic fraction of municipal solid waste
The biodegradable fraction of municipal solid waste (BMSW), dominantly composed of starchy and lignocellulosic materials, has high potential to be used for liquid biofuel production. Hot water or dilute acid treatment at high temperature was utilized for the solubilization or hydrolysis of the starch fraction and pretreatment of the lignocellulosic fraction. The treatment liquor, which was rich in sugars and starch, was evaluated for acetone, butanol, and ethanol (ABE) production by Clostridium acetobutylicum , and it was found that phenolic compounds, especially tannins, critically inhibited the butanol production. To improve ABE production, the extraction of phenolic compounds prior to hot water or dilute acid treatment was evaluated. Among the evaluated extractants, i.e., acetone, ethanol, butanol, and water, ethanol showed the highest amount of tannin extraction, resulting in an 87% reduction in tannin content. Dilute acid treatment of the ethanol extracted BMSW at 140 °C for 60 min resulted in a liquor containing 23 g/L glucose and 41 g/L soluble starch, which was fermented to the highest ABE concentration of 17 g/L with productivity of 0.24 g/L/h. The fermentation of liquor obtained by dilute acid treatment of butanol, acetone, and water-extracted BMSW was accompanied by 9, 6, and 4 g/L ABE production. Even by hot water treatment, the liquor obtained from ethanol extracted BMSW was fermented to the highest ABE concentration of 8 g/L. In addition to the liquor, the pretreated lignocellulosic material was subjected to enzymatic hydrolysis and ABE fermentation, leading to production of 5-6 g/L ABE. This process resulted in the production of 95.5 g butanol, 41.8 g acetone, and 23.8 g ethanol from each Kg of BMSW. Moreover, the co-production of ethanol by ABE fermentation reduced concerns about organic extractor loss in the extraction process, which was inescapable in the tannin extraction process.
‌با توجه به نقش تعیین کننده هزینه ماده اولیه در فرآیند تولید زیستی حلال های صنعتی استن، بوتانول و اتانول، استفاده از منابع زیستی ارزان‌قیمت غیرخوراکی به عنوان منبع کربنی در چند سال اخیر مورد توجه محققان قرار گرفته است. در این پژوهش تولید زیستی حلال ها از ضایعات جامد شهری که امروزه به علت رشد روزافزون جمعیت جوامع بشری به صورت اجتناب ناپذیر و در حجم انبوه تولید می شود، بررسی شد. باکتری تولید کننده این حلال ها به علت خاصیت تولید آنزیم های هیدرولیز کننده نشاسته خارج سلولی قادر به تخمیر مستقیم نشاسته در کنار گلوکز است. درحالی‌که وجود برخی ترکیبات فنولی بخصوص تانن ها برای فعالیت آمیلولیتیک این‌گونه بسیار بازدارنده است. بنابراین، در این پژوهش فرآیندهایی باهدف حذف ترکیبات فنولی، بخصوص تانن ها، در کنار بهبود ساختار ترکیبات زیست‌تخریب‌پذیر موجود در زباله برای افزایش راندمان تولید حلال ها حین فرآیند تخمیر پیشنهاد شدند و مورد ارزیابی قرار گرفتند. در طی فرآیند تبدیل زباله به حلال ها، پیش فراوری با آب داغ و اسید رقیق به‌منظور بهبود ساختار جزء لیگنوسلولزی، انحلال و هیدرولیز اسیدی نشاسته انجام گرفت. ازآنجایی‌که مایع حاصل از پیش فراوری غنی از نشاسته و گلوکز می باشند برای تولید حلال ها طی فرآیند تخمیر مورداستفاده قرار گرفت و مشخص شد که وجود تانن ها به‌طور قابل‌ملاحظه‌ای باعث کاهش راندمان تولید حلال ها می شود. برای افزایش راندمان تولید حلال ها، استخراج ترکیبات بازدارنده به کمک حلال های مختلف مورد ارزیابی قرار گرفت. از میان حلال های موردبررسی، اتانول باعث بیشترین مقدار استخراج تانن ها شد و محتوی تانن موجود در مایع حاصل از پیش فراوری اسیدی را 87% کاهش داد. پیش فراوری اسیدی زباله استخراج‌شده با اتانول منجر به تولید مایعی حاوی 23 گرم بر لیتر گلوکز و 41 گرم بر لیتر نشاسته شد که این مایع در فرآیند تخمیر مورداستفاده قرار گرفت و منجر به تولید بالاترین غلطت از کل حلال ها (17 گرم بر لیتر) شد. علاوه بر مایع های حاصل از فراوری، فاز جامد پیش فراوری شده نیز تحت فرآیند هیدرولیز آنزیمی قرار گرفت و محلول قندی حاصل نیز در فرآیند تخمیر ناپیوسته استفاده شد و درنهایت 6-5 گرم بر لیتر از کل حلال ها تولید شد. در حالت بهینه، استخراج مواد توسط حلال اتانول، پیش فراوری اسیدی زباله عاری از مواد استخراجی، هیدرولیز آنزیمی جامد حاصل از پیش فراوری و درنهایت تخمیر ناپیوسته فاز مایع حاصل از پیش فراوری و هیدرولیزیت حاصل از مرحله هیدرولیز آنزیمی، منجر به تولید 3/141 گرم از کل حلال ها به ازای هر کیلوگرم از جزء آلی ضایعات جامد شهری شد. باهدف تلفیق دو فرآیند استخراج ترکیبات بازدارنده و پیش فراوری به‌منظور بهبود راندمان هیدرولیز آنزیمی، می توان به‌طور مؤثری از فرآیند پیش فراوری با حلال آلی اتانول استفاده کرد. در این حالت راندمان تولید کل حلال ها از یک مقدار مشخص از ضایعات جامد شهری افزایش‌یافته و بالاترین مقدار حلال ها (73/155 گرم) از هر کیلوگرم از ضایعات جامد شهری طی فرآیند پیش فراوری با اتانول 85 درصد در دمای 120 درجه سانتی‌گراد برای مدت‌زمان 30 دقیقه و هیدرولیز آنزیمی جامد باقی مانده و در نهایت تخمیر این محلول غنی از مواد نشاسته ای و قند در غیاب مواد بازدارنده، بدست آمد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی