Skip to main content
SUPERVISOR
Hamid Amiri,Keikhosro Karimi,Akram Zamani foroshani
حمید امیری دستنائی (استاد راهنما) کیخسرو کریمی (استاد راهنما) اکرم زمانی فروشانی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Yadollah Jafari
یدالله جعفری

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391

TITLE

Production of Acetone, Butanol and Ethanol (ABE) from Sweet sorghum as an energy crop by Clostridium acetobutylicum
In recent years, the concerns of depletion of non-renewable resources and the recognition of biological butanol as one of the main options to replace the current fossil fuels directed toward improving the fermentation process of acetone, butanol, and ethanol. However, the prerequisite of being a proper alternative fuel, it should be produced economically. With this regard, using of inexpensive non-food resources as a carbon source for acetone-butanol-ethanol ABE fermentation has been suggested for biobutanol production in the last few years. Sorghum is a promising substrate for biofuel production, which has previously evaluated for biobutanol production. The seed of sorghum is a source of starch that may be utilized for ABE production. In addition, its stalk contains both soluble (glucose, fructose and sucrose) and insoluble (cellulose and hemicellulose) carbohydrates that can be converted to acetone, butanol and ethanol. In this study, sweet sorghum was evaluated as an energy crop for acetone, butanol and ethanol production by Clostridium acetobutylicum . Different parts of sweet sorghum, i.e., seeds, juice, and stalk (a lignocellulosic material) have been utilized for ABE production. Using a single -stage extraction, sorghum juice with 35.1 (g/l) sugars was obtained, which was converted to ABE with maximum efficiency of 24.4 % of ABE. Before enzymatic hydrolysis, an organosolv treatment with organic solution containing 50% v/v acetone, and 0.1% w/w sulfuric acid used for the pretreatment of lignocellulosic residues (bagasse). Pretreatment of bagasse at 180 o C and 60 min resulted in obtaining the maximum total sugar concentration (35.3 g/l) through the enzymatic hydrolysis; however, hydrolysated bagasse pretreated at 150 o C for 90 min resulted in the highest ABE concentration (5.9 g/l). In addition, sweet sorghum seed containing more than 70% starch directly fermented to ABE with maximum yield of 37.1%. Based on the results, by separate fermentation of seed, juice and hydrolysated of bagasse, each kg of sweet sorghum produced 144.6 g of the solvents. This amount is 2.4 times greater than the amount of solvents produced by direct fermentation of entire parts of sorghum.
تخمیر استون، بوتانول و اتانول توسط باکتری های کلستریدیا در طی قرن بیستم فراز و نشیب های متعددی داشته است. این فرایند که با نام فرایند تولید حلال‌های زیستی شناخته می‌شود، در میانه قرن بیستم یکی از بزرگ ترین صنایع تخمیر در سرتاسر جهان بوده است. با این وجود با ورود صنایع پتروشیمی به عرصه تولید مواد مختلف شیمیایی از جمله بوتانول، صنعت تخمیر استون، بوتانول و اتانول از عرصه رقابت اقتصادی کنار رفت. در سال های اخیر با بروز نگرانی ها از منابع رو به اتمام تجدید ناپذیر نفتی و آثار زیان بار مصرف بیش از اندازه آن‌ها و هم چنین شناخت بوتانول زیستی به عنوان یکی از گزینه های اصلی برای جایگزینی با سوخت های فسیلی کنونی، بهبود فرایند تخمیر استون، بوتانول و اتانول موردتوجه قرار گرفته است. با این وجود پیش از آن که بتوان بوتانول زیستی را به عنوان سوخت جایگزین در لیست سوخت های مصرفی کنونی قرار دارد، باید بتوان آن را به صورت اقتصادی تولید کرد. استفاده از منابع زیستی ارزان‌قیمت غیرخوراکی به عنوان منبع کربنی جهت تولید بوتانول در چند سال اخیر مورد توجه محققان قرار گرفته است. یکی از نکات قابل توجه باکتری hy;های کلستریدیا قابلیت تخمیر مستقیم منابع نشاسته ای با بازده بالا می باشد. از این رو در این مطالعه از گیاهی با نام سورگوم شیرین استفاده شده است که مشخصات ویژه ای جهت به کارگیری در تولید حلال های استون، بوتانول و اتانول دارد. گیاه سورگوم شیرین گیاهی است که در چهار فصل سال کشت و برداشت می‌شود و با آب و هوای گرم و نسبتاً خشک سازگاری مناسبی دارد. علاوه بر دانه سورگوم که یک منبع نشاسته ای مناسب برای تخمیر است، ساقه‌ی سورگوم شیرین نیز شامل کربوهیدرات‌های قابل‌حل (گلوکز و ساکاروز) و غیرقابل‌حل (سلولز و همی سلولز) می‌باشد که پس از انجام فرآوری قابل تبدیل به استون، بوتانول و اتانول می باشد. در این مطالعه تولید زیستی حلال‌های آلی شامل استون، بوتانول و اتانول از گیاه سورگوم شیرین با استفاده از باکتری کلستریدیوم استوبوتیلیکم بررسی شده است. اجزاء گیاه سورگوم شیرین شامل دانه، شیره، مواد لیگنوسلولزی ساقه است که به صورت جداگانه جهت تولید حلال ها مورد بررسی قرار گرفت. با استفاده از روش استخراج یک مرحله‌ای شیره‌ای حاوی 12/35 گرم بر لیتر قند به دست آمد و برای تولید مخلوط حلال ها استفاده شد. بیشترین بازده تولید حلال از شیره سورگوم برابر با 4/24 درصد به دست آمد. بخش لیگنوسلولزی باقیمانده از استخراج (باگاس) که بسیار مقاوم است برای تبدیل مناسب به قند ابتدا نیاز به پیش فراوری دارد لذا باگاس سورگوم ابتدا تحت پیش فراوری آلی محلول 50 درصد استون حاوی 1/0 درصد وزنی اسید سولفوریک در دما و زمان ماندهای متفاوت و آبکافت آنزیمی قرار گرفت. مواد فراوری شده تحت آبکافت آنزیمی و سپس توسط تخمیر به استون، بوتانول و اتانول تبدیل شدند. آبکافت آنزیمی مواد ‌فراوری شده در دمای 150 درجه سانتی‌گراد و 90 دقیقه منجر به تولید 2/26 گرم بر لیتر قند شد که پس از تخمیر به 88/5 گرم بر لیتر تبدیل شد. دانه سورگوم که حاوی 70 درصد نشاسته می‌باشد نیز مستقیماً تحت تخمیر قرار گرفت. تخمیر مستقیم 20 گرم بر لیتر دانه سورگوم بازده تولید حلال برابر با 1/37 درصد، به دست آمد. بر اساس کلیه نتایج به دست آمده در بهترین حالت به ازای هر کیلوگرم گیاه سورگوم با تخمیر جداگانه قسمت‌های مختلف سورگوم، در مجموع 6/144 گرم حلال تولید شد. این میزان 4/2 برابر بیش تر از میزان حلال تولیدشده از تخمیر گیاه سورگوم خام می باشد. کلمات کلیدی: بوتانول، استون، اتانول، کلستریدیوم استوبوتیلیکم ، سورگوم شیرین، آبکافت آنزیمی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی