Skip to main content
SUPERVISOR
Keikhosro Karimi,S.Hassan Ghaziaskar
کیخسرو کریمی (استاد راهنما) سیدحسن قاضی عسگر (استاد مشاور)
 
STUDENT
SEYED MORTEZA KARIMIFARD
سیدمرتضی کریمی فرد

FACULTY - DEPARTMENT

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

TITLE

Separation of Valuable Chemicals from Citrus Waste and Conversion of the Produced Wastes to Biogas
The global rapid population growth and increase in energy consumption has caused the reduction of fossil fuels and non-renewable energy resources. Furthermore, the environmental problems caused by the fossile fuels consumptions make the production and use of clean and renewable energy more necessary. On the other hand, a large amount of waste is produced by agricultural industries, making severe environmental problems. Citrus wastes containing different soluble and insoluble carbohydrate polymers, is a suitable substrate for production of valuable materials such as limonene oil, pectin, and biofuels. Separation of valuable substances from orange peel is examined in the present study. In order to separate and reduce the amount of limonene in orange peel and prevent environmental pollution, simple distillation system was applied. In this approach, pretreatment with sulfuric acid, sodium hydroxide, and water pretreatment (auto hydrolysis) was used to improve the extraction efficiency. After pretreatment and limonene oil extraction, the pectin of orange peel was extracted from the liquid sample produced by pretreatment. The results show that acidic pretreatment was the most effective method for pectin extraction and biogas production. In this type of pretreatment,distillation of the wastes supplemented with 0, 0.5, 1 and 2% acid was used for 30, 60 and 90 min. Limonene was extracted with the amount of 30 ml oil/1 kg of fresh substrate with a purity of 83%. Among pretreated samples, the maximum amount of pectin extraction was 23.5% of dried solid with 69.3% purity. According to the achieved purity, 124 gr pure pectin per each kilogram of dried substrate can be extracted. Afterwards, citrus waste residue was used for biogas production in order to produce energy. The results of biogas production samples showed that pretreatment increased the amount of biogas production. The highest methane production was achieved by the acidic treatment (liquid sample produced by pretreatment) with the 1% sulfuricacid for 60 minutes, resulted in the methane yield of 349 ml /g. VS. According to the results of different experiments, it was observed that there is an increasing trend in the extraction of pectin and biogas production with increaseing time and acid concentrations. Destruction of carbohydrates in high concentration of acid and long exposure time caused a decreasing trend in the extraction of products. In order to evaluate the effect of treatment, SEM and FTIR analyses were performed on the optimum samples. SEM images of the samples showed increased levels of available surfaces and also the increased porosity and roughness due to the pretreatment. Moreover, FTIR results showed the similarity of produced pectin and commercial pectin. . Keywords : citrus waste, pectin extraction , acidic pretreatment, biogas
رشد سریع جمعیت و افزایش روزافزون مصرف انرژی در جهان و کاهش ذخایر سوخت های فسیلی و تجدیدناپذیر و همچنین ایجاد مشکلات زیست‌محیطی ناشی از آن‌ها، تولید و استفاده از انرژی های تجدیدپذیر و پاک را بیش‌ازپیش ضروری کرده است. زائدات به مقدار زیادی از صنایع چوب، محصولات کشاورزی و زباله های شهری تولید می شود. پیشرفت صنعت کشاورزی، زائدات آن را افزایش داده که خود عاملی برای ایجاد مشکلات زیست‌محیطی شده است. زائدات مرکبات ازجمله موادی هستند که متشکل از کربوهیدرات های محلول و غیر محلول بوده و برای استخراج مواد با ارزشی همچون روغن لیمونن، پکتین و تولید سوخت های بیولوژیکی مانند بیوگاز مناسب می‌باشد. در پژوهش حاضر به جداسازی مواد با ارزش از پوست پرتقال پرداخته شد. سیستم تقطیر ساده به‌منظور جداسازی و نیز کاهش مقدار لیمونن موجود در پوست پرتقال و جلوگیری از آلودگی محیط‌زیستی مورد استفاده قرار گرفت. در این روش برای بهبود راندمان تولید محصولات با ارزش، از پیش فرآوری‌های شیمیایی توسط محلول‌های سولفوریک اسید، سدیم هیدروکسید و همچنین پیش فرآوری با آب (هیدرولیز خود به خودی) استفاده شد. بعد از انجام پیش فرآوری و استخراج روغن لیمونن، پکتین موجود در پوست پرتقال، از نمونه ی مایع حاصل از پیش فرآوری جداسازی شد. نتایج نشان داد پیش فرآوری اسیدی مؤثرترین روش برای جداسازی پکتین و افزایش تولید بیوگاز می باشد. در این نوع پیش فرآوری، از غلظت‌های 0، 5/0، 1 و 2 درصد اسید و زمان های 30، 60 و 90 دقیقه در سیستم تقطیر در فشار اتمسفر استفاده شد. لیمونن، به میزان 30 میلی لیتر روغن بر 1 کیلوگرم سوبسترای تازه و خشک نشده پوست پرتقال با خلوص 83 درصد، به دست آمد. در بین نمونه های پیش فرآوری شده، بیشترین مقدار استخراج پکتین در شرایط اسید 1 درصد در مدت‌زمان 60 دقیقه به میزان 5/23 درصد از جامد خشک با خلوص 3/69 درصد به دست آمد. با توجه به درصد خلوص به‌دست‌آمده، از هر یک کیلوگرم سوبسترای خشک، حدود 124 گرم پکتین خالص به‌دست می‌آید. در ادامه به‌منظور تولید انرژی از زائدات مرکبات، باقی مانده ی مواد برای تولید بیوگاز مورداستفاده قرار گرفت. نتایج حاصل از تولید بیوگاز نشان داد که پیش فرآوری میزان تولید بیوگاز را افزایش داد. بیشترین میزان بیوگاز تولیدی 349 میلی لیتر به ازای هر گرم جامد فرار مربوط به نمونه‌های پیش فرآوری شده اسیدی (نمونه ی مایع به‌دست آمده از پیش فرآوری) به مدت 60 دقیقه با محلول سولفوریک اسید 1 درصد بود. با توجه به نتایج به دست آمده از آزمایش های مختلف، مشاهده شد که با افزایش زمان و غلظت اسید، یک روند افزایشی در استخراج پکتین و تولید بیوگاز وجود دارد. تخریب کربوهیدرات ها در غلظت بالا و زمان طولانی، موجب ایجاد روند کاهشی در استخراج محصولات شد. آنالیزهای SEM و FTIR به‌ منظور بررسی تأثیر پیش فرآوری بر روی نمونه های بهینه انجام گرفت. تصاویر SEM از نمونه ها، بیانگر افزایش سطح قابل‌دسترس و همچنین افزایش تخلخل و ناهمواری بعد از انجام پیش فرآوری بود. نتایج FTIR نزدیکی ساختار پکتین به‌دست‌ آمده و نمونه پکتین تجاری را نشان داد. واژگان کلیدی: زائدات مرکبات، استخراج پکتین، پیش فرآوری اسیدی، بیوگاز

ارتقاء امنیت وب با وف بومی