Skip to main content
SUPERVISOR
کیخسرو کریمی (استاد راهنما) امیر عبد الملکی (استاد مشاور) مرضیه شفیعی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Soran Kahani
سوران کهانی

FACULTY - DEPARTMENT

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

TITLE

Pretreatment of Rice Straw Using Morpholinium Based Ionic Liquids
The anticipated depletion of petroleum reserves in the next few decades has led to intense interest in the use of lignocellulosic biomass as the feedstock for both biofuels and chemical products. Nowadays, the most common biofuel is ethanol derived from corn grain and sugar cane. It is expected that there will be limits to the supply of these raw materials in the near future. Therefore, lignocellulosic biomass, including agricultural residues, is considered as an attractive feedstock for the future supplies of ethanol. Lignocellulosic biomass is highly recalcitrant and various pretreatment techniques are needed to facilitate its effective enzymatic hydrolysis to produce sugars for further conversion to bio-based chemicals. Ionic liquids are of interest in pretreatment because of their potential to dissolve lignocellulosic materials. In this study, two morpholinium based ionic liquids N -Allyl- N -methylmorpholine acetate and Morpholine acetate were synthesized and then with different percentages of DMSO used for pretreatment of rice straw prior to enzymatic hydrolysis. Pretreatment was performed at 90, 100 and 120 °C for 2, 3 and 5 hours with 5% solid loading. Also, in order to compare the performance of the ionic liquids in the pretreatment, four solvents, i.e., NMO 85% , [Bmim][OAc], NaOH 8% , and H 3 PO 4 85% , were used for the pretreatment of rice straw. To evaluate the effect of pretreatment, enzymatic hydrolysis and fermentation of pretreated and untreated rice straws was performed at 45 °C and 32 °C, respectively. The results of the enzymatic hydrolysis samples pretreated with N -Allyl N -methylmorpholine acetate showed that glucan was almost completely converted to glucose and hydrolysis yield was increased from 37.3% for untreated rice straw sample to 98.6% for pretreated samples. Furthermore, the results of the fermentation indicated that ethanol yield was improved from 36.1% for untreated rice straw to more than 85% for samples pretreated with N -Allyl N -methylmorpholine acetate at 120 °C. The results of enzymatic hydrolysis and fermentation demonstrated that using Morpholine acetate is not suitable for the pretreatment of rice straw. Moreover, the use of co-solvent at high temperature could help to minimize the consumption of the ionic liquids without lowering their performance and increase the pretreatment efficiency due to the viscosity reduction effect. Key Words: Pretreatment, Ionic Liquids, Dimethyl Sulfoxide, Rice Straw, Enzymatic Hydrolysis, Bioethanol.
نگرانی در مورد کاهش و یا اتمام منابع نفتی در دهه های آینده بشر را به استفاده از منابع گیاهی به عنوان مواد خام برای تولید سوخت های زیستی و محصولات شیمیایی علاقه مند کرده است. امروزه رایج ترین سوخت زیستی اتانول است که از دانه ذرت و یا نیشکر بدست می آید. با توجه به اینکه عرضه ی مواد خوراکی ممکن است در آینده ای نزدیک با محدودیت روبرو شود، لذا استفاده از مواد لیگنوسلولزی از جمله ضایعات کشاورزی می تواند به عنوان مواد خام برای تولید اتانول جایگزین مناسبی است. ساختار مقاوم مواد لیگنوسلولزی نیازمند روش های پیش فرآوری مختلفی است که هیدرولیز این مواد را برای تولید قندها و سپس تبدیل آنها به مواد بیوشیمیایی آسان کند. مایع های یونی بدلیل توانایی که در حلالیت مواد لیگنوسلولزی دارند در پیش فرآوری این مواد بسیار مورد توجه هستند. در این تحقیق دو نوع مایع یونی مورفولینیومی مورفولین استات و N - آلیل N - متیل مورفولین استات سنتز و سپس با استفاده از درصدهای مختلف از کمک حلال دی متیل سولفواکسید برای پیش فرآوری کاه برنج استفاده شدند. عملیات پیش فرآوری در دماهای 90، 100 و 120 درجه سلسیوس با 5 درصد وزنی کاه برنج و به مدت 2، 3 و 5 ساعت صورت گرفت. همچنین به منظور مقایسه عملکرد این مایع های یونی در پیش فرآوری، از حلال های NMO ، [Bmim][OAc] ، NaOH و H 3 PO 4 جهت پیش فرآوری کاه برنج استفاده شد. برای بررسی تأثیر پیش فرآوری، هیدرولیز آنزیمی نمونه های کاه پیش فرآوری شده و کاه برنج اولیه در دمای 45 درجه سلسیوس و سپس تخمیر این نمونه ها در دمای 32 درجه سلسیوس انجام شد. نتایج حاصل از هیدرولیز نشان داد که در نمونه های پیش فرآوری شده با N - آلیل- N - hy; متیل مورفولین استات در دمای 120 درجه سلسیوس گلوکان موجود تقریباً بطور کامل به گلوکز تبدیل شده و بازده هیدرولیز از 3/37% برای کاه برنج پیش فرآوری نشده به 6/98% افزایش یافته است. همچنین نتایج تخمیر نشان داد که بازده تولید اتانول از 1/36% برای کاه برنج پیش فرآوری نشده به بیش از 85% برای نمونه های پیش فرآوری شده با N - آلیل- N - hy; متیل مورفولین استات در دمای 120 درجه سلسیوس افزایش یافته است. از طرفی نتایج هیدرولیز و تخمیر نشان داد که استفاده از مورفولین استات جهت پیش فرآوری کاه برنج مناسب نیست. همچنین استفاده از کمک حلال باعث کاهش مصرف مایع های یونی بدون کاهش عملکرد آنها و افزایش بازده پیش فرآوری به علت کاهش ویسکوزیته مایع های پیش فرآوری در دماهای بالا شد. کلمات کلیدی: پیش فرآوری، مایع های یونی، دی متیل سولفواکسید، کاه برنج، هیدرولیز آنزیمی، بیواتانول

ارتقاء امنیت وب با وف بومی