Skip to main content
SUPERVISOR
مرضیه شفیعی (استاد مشاور) کیخسرو کریمی (استاد راهنما) اکرم زمانی فروشانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
ALI SAFARI
علی صفری

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391
Recently, with increasing of fuel consumption and due to the limitation of fossil fuels and their environmental problems, demand for renewable clean fuels such as biogas and ethanol is increased. Due to the availability and abundance of lignocellulosic materials and their low price, use of these materials can solve the problems of biogas and ethanol production. Furthermore, using the renewable fuels contribute to reducing environmental pollutions. In this study, pinewood as a lignocellulosic material was used for the production of ethanol and biogas. To improve the biofuel efficiency, alkali and acid pretreatment using sodium hydroxide and sulfuric acid were evaluated. After the pretreatment, solid part was used for ethanol production via a separate hydrolysis and fermentation. Moreover the sugar solution obtained from the pretreatment was subjected to biogas production via a anaerobic digestion. The pretreatments were performed with 0, 1, and 2% w/v NaOH solution as well as 0, 0.25, and 0.5% w/w H 2 SO 4 solution at 100, 140, and 180 °C. Alkali pretreatment was conducted for 1, 2, and 5 h while acid pretreatment was performed for 5, 10, and 30 min. The pretreatments were carried out in a high pressure reactor. The sugar solution obtained from the pretreatment was detoxified and neutralized, and then used in anaerobic digestion for biogas production. The pretreated and untreated pine were hydrolysed to glucose using cellulase and ?-glucosidase at 45°C for 72 h. The best pretreated samples in terms of biogas production and sugar production in hydrolysis was used for ethanol production by separate hydrolysis and fermentation using Saccharomyces cerevisiae at 32°C. The highest suger production yield was obtained by pretreatment with 2% NaOH at 180°C resulted in a yield of 78%, while for untreated pine, it was only 7.9%. The best results from the fermentation was 17.g/L with ethanol yield of 86.5%. The best yield of methane production was achieved by the treatment with 0.5% H 2 SO 4 at 140°C for 5 min, resulted in a methane yield of 275 ml /gr.VS. The compositional analysis showed complete removal of hemicellulose has occurred by the pretreatment, while lignin was not significantly separated from the samples. Keywords Biogas, ethanol, pinewood, alkali pretreatment, acid pretreatment.
امروزه با افزایش مصرف سوخت و با توجه به محدود بودن سوخت‌های فسیلی و تجدید ناپذیر و ایجاد مشکلات زیست‌محیطی ناشی از آن‌ها، تقاضا برای سوخت‌های تجدید پذیر و پاک مانند بیوگاز و اتانول افزایش‌یافته است. با توجه به در دسترس بودن و فراوانی مواد خام لیگنوسلولزی و قیمت پایین آن‌ها، استفاده از این مواد می‌تواند مشکلات تولید بیوگاز و اتانول را تا حدودی برطرف و آن را اقتصادی کند و همچنین به کاهش آلودگی‌های محیط‌زیست کمک نماید. در این پژوهش از چوب درخت کاج به‌عنوان یک ماده لیگنوسلولزی برای تولید اتانول و بیوگاز استفاده شد. برای بهبود راندمان، پیش‌فرآوری قلیایی و اسیدی توسط هیدروکسید سدیم و اسیدسولفوریک به کار گرفته شد. بعد از پیش‌فرآوری، قسمت جامد آن برای تولید اتانول، تحت هیدرولیز آنزیمی و تخمیر جداگانه قرار گرفت. همچنین محلول قندی به‌دست‌آمده از پیش‌فرآوری ها برای تولید بیوگاز استفاده شد. پیش فرآوری ها در دماهای 140،100 و 180 درجه سانتی‌گراد و با غلظت های صفر، 1 و 2 درصد وزنی-حجمی هیدروکسید سدیم و همچنین صفر، 25/0، 5/0 درصد وزنی-وزنی اسید سولفوریک انجام شد. زمان پیش‌فرآوری قلیایی 1، 2 و 5 ساعت و مدت‌زمان پیش‌فرآوری اسیدی 5، 10 و 30 دقیقه بود. پیش‌فرآوری ها در رآکتور تحت‌فشار انجام گرفت. محلول قندی حاصل از پیش‌فرآوری بعد از سم‌زدایی و خنثی‌سازی برای تجزیه بی‌هوازی و تولید بیوگاز مورداستفاده قرار گرفت. نمونه‌های پیش‌فرآوری شده و نشده جامد به‌منظور تعیین میزان گلوکز تولیدی به مدت 72 ساعت در دمای 45 درجه سانتی‌گراد توسط آنزیم‌های سلولاز و بتا گلوکسیداز هیدرولیز شدند. بهترین نمونه ها ازنظر میزان تولید قند و تولید بیوگاز در آزمایش‌های جداگانه‌ای مورد هیدرولیز آنزیمی و تخمیر جداگانه توسط مخمر ساکارومایسیس سرویسیه در دمای 32 درجه سانتی‌گراد به‌منظور تولید اتانول قرار گرفتند. بهترین نمونه در تولید قند نمونه ی پیش فرآوری شده توسط هیدروکسید سدیم با غلظت 2 درصد در دمای 180 درجه سانتی‌گراد بود. بیشترین میزان بازده هیدرولیز آنزیمی برای این حالت 78 درصد به دست آمد، درحالی‌که برای چوب پیش‌فرآوری نشده این مقدار برابر با 9/7 درصد بود. بهترین نتایج حاصل از تخمیر مربوط به همین پیش فرآوری بود که تولید اتانول حدود 17 گرم در لیتر و بازده آن 5/86 درصد به دست آمد. بیشترین میزان بیوگاز تولیدی 275 میلی‌لیتر به ازای هر گرم جامد فرار مربوط به پیش فرآوری شده توسط اسیدسولفوریک با غلظت 5/0 درصد در دمای 140 درجه سانتی‌گراد و به مدت‌زمان 5 دقیقه بود. با انجام آنالیز کربوهیدرات‌ها و لیگنین به روش NREL و تعیین اجزای تشکیل‌دهنده مواد لیگنوسلولزی، مشخص شد که در هردوی پیش فرآوری‌ها، حذف 100 درصدی همی سلولز به وقوع پیوسته، درحالی‌که لیگنین قابل‌توجهی از نمونه‌ها جدا نشده است. واژگان کلیدی بیوگاز، اتانول، چوب کاج، پیش‌فرآوری قلیایی، پیش‌فرآوری اسیدی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی

100%