سنتزكاتاليست هاي جامد سولفونه بر پايه ي سيليس و كربن حاصل از كاه برنج جهت هيدروليز تركيب هاي بر پايه ي سلولز در يك پالايشگاه زيستي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي شيمي

دكتري

چكيده هدف اين پژوهش تهيه¬ي كاتاليست جامد اسيدي از تركيب¬هاي طبيعي و استفاده براي هيدروليز زيست¬توده است. كاتاليست¬هايي همچون سيليس سولفونه، كربن سولفونه و كربن مغناطيسي سولفونه كاتاليست¬هايي جامد با عامل¬هاي اسيدي از كاه برنج به عنوان يك زيست¬توده¬ي ليگنوسلولزي ارزان، فراوان و در دسترس سنتز و براي هيدروليز تركيب¬هاي سلولزي مختلف (سلولز ميكروكريستالي، نشاسته، كربوكسي متيل سلولز و سلوبيوز) مورد استفاده قرار گرفتند. مشخصات مختلف كاتاليست¬هاي سنتز شده نظير سطح ويژه، مورفولوژي سطح، گروه ¬هاي عاملي، ساختار و مكان¬هاي اسيدي توسط آناليزهاي BET، SEM/EDS، TEM، FTIR، XRD، CHNS و NH3-TPD مورد ارزيابي قرارگرفتند. بر اساس نتايج حاصل از اين آناليزها، كاتاليست سيليس سولفونه داراي ساختاري آمورف با سطح ويژه¬¬ي زياد (m2/g467) مي¬باشد كه گروه¬هاي عاملي مختلفي مانند هيدروكسيل و سولفون در سطح آن قرار گرفته¬اند. كل چگالي اسيدي در سطح اين كاتاليست 31/1 ميلي مول بر گرم مي¬باشد كه 13/0 ميلي مول بر گرم متعلق به گروه¬هاي عاملي سولفون است. همچنين كاتاليست كربن سولفونه داراي ساختاري آمورف با سطح ويژه¬ي زياد (m2/g754) است و داراي گروه¬هاي عاملي مختلفي نظير هيدروكسيل، سولفون و كربوكسيل است. كل چگالي اسيدي در سطح اين كاتاليست 01/3 ميلي مول بر گرم است كه 20/0 ميلي مول بر گرم متعلق به گروه¬هاي عاملي سولفون مي¬باشد. تثبيت ذرات مغناطيسي نيكل فريت روي سطح كربن به شدت سطح ويژه¬ي آن را كاهش داد به طوري¬كه مقدار آن به m2/g168 كاهش يافته است. با اين وجود حضور اين ذرات باعث افزايش مكان¬هاي اسيدي در سطح كاتاليست (97/3 ميلي مول بر گرم) گرديده كه 24/0 ميلي مول بر گرم متعلق به گروه¬هاي عاملي سولفون است. در مراحل اول و دوم پژوهش اثر كاتاليستي سيليس سولفونه و كربن مغناطيسي سولفونه در هيدروليز سلولز ميكروكريستالي پيش¬فرآوري شده با فسفريك اسيد مورد بررسي قرار گرفت و پارامترهاي عملياتي مختلفي همچون دماي هيدروليز(170-130 درجه¬ي سلسيوس)، زمان واكنش (4-1 ساعت) و نسبت كاتاليست به خوراك (1-0 گرم بر گرم) بر بازده توليد قندهاي احيا و گلوكز بررسي گرديد. بيش¬ترين ميزان قندهاي احياي حاصل از سلولز ميكروكريستالي پيش¬فرآوري شده با كاتاليست سيليس سولفونه و كربن مغناطيسي سولفونه به ترتيب 9/51 درصد در مدت زمان 3 ساعت تحت دماي 150 درجه¬ي سليوس و 5/68 درصد در مدت زمان 3 ساعت تحت دماي 130 درجه¬ي سليوس به-دست آمده است. در مرحله¬ي سوم پژوهش عملكرد كاتاليسستي كربن سولفونه بر هيدروليز تركيب¬هاي سلولزي مختلفي همچون سلوبيوز، نشاسته، كربوكسي متيل سلولز، سلولز ميكروكريستالي و سلولز ميكروكريستالي پيش¬فرآوري شده مورد بررسي قرار گرفت تا اثر آن بر ميزان توليد هيدروژن زيستي طي فرآيند تخمير تاريك بررسي شود. در تمامي خوراك¬هاي هيدروليز شده در حضور كاتاليست ميزان توليد قندهاي احيا، هيدروژن زيستي و اتانول زيستي در مقايسه با خورا¬ك¬هاي هيدروليز شده در شرايط مشابه عملياتي بدون حضور كاتاليست افزايش يافته و اين نتيجه اثربخشي هيدروليز كاتاليستي در افزايش راندمان فرآيند تخمير تاريك را نشان مي¬دهد. در مرحله¬ي نهايي اين پژوهش، نمونه¬هاي كاه پيش¬فرآوري شده با قلياهاي مختلف تحت هيدروليز آنزيمي و تخمير تاريك قرارگرفتند و با نمونه¬ي كاه برنج پيش¬فرآوري نشده مقايسه گرديدند. طبق نتايج حاصله، تمامي روش¬هاي پيش¬فرآوري قليايي راندمان توليد هيدروژن زيستي از كاه برنج را به¬ميزان قابل ملاحظه¬اي افزاش دادند به¬طوري¬كه راندمان توليد هيدروژن از هر يك از نمونه¬هاي پيش¬فرآوري شده با سديم هيدروكسيد، پتاسيم هيدروكسيد، سديم كربنات و كاه برنج پيش¬فرآوري نشده به ترتيب 1/64، 3/136، 3/129 و 9/35 ميلي¬ليتر بر گرم كاه به¬دست آمد.

222122

مهندسي شيمي

مهندسي شيمي

دانشگاه صنعتي اصفهان