۵/۶۳

مرحله دوم

۲۱۵

۷/۰

۳

مرحله اول

۱۹۰

۷/۰

۳

۱/۵۰

۸/۷۰

مرحله دوم

۲۱۵

۴/۰

۳

بازد ه ها به عنوان درصدی از حالت تئوری نشان داده شده اند.

تارگت و شاگردانش(تارگت و سایرین، ۲۰۰۰) گزارش دادند که هر راکتوری که به کار گرفته می شود بازده گلوکز از این فرایند معمولاً فراتر از ۶۵-۷۰% نمیرود به این معنی که فرایند از لحاظ اقتصادی غیر عملی است چندین مولف توضیح های متفاوتی بر روی علل بازدهء پایین به دست آمده با این فن آوری شرح داده اند. این کاهش می توانند بعلت تجزیه قندهای تخمیری یا شکل گیری الیگومرهای سلولز مقاوم به مخمر صورت پذیرد. تحقیقات اخیر توسط انجمن ملی تحقیق بر روی بیواتانول^[۴]۲نشان می دهد که این بازده توسط تغییر ترکیب راکتور می توانند تا ۸۵% بالا برود(ترگت و سایرین، ۲۰۰۰). هیدرولیزات حاوی ۴/۱ تا ۵ گرم بر لیتر از فورفورال و۴/۲ تا ۵/۶ گرم بر لیتر از HMF(5-هیدروکسی متیل فورفورال)می باشد. اخیرا ًپیشرفت مهمی از فن آوری هیدرولیز با اسید بطور آزمایشی اثبات شده که بازدهی بیشتر از ۹۵% از همی سلولز و ۸۵% از سلولز قابل حصول در سیستم راکتور صافی دار مضاعف که شبیه به فرایند ناهمسوست امکان دارد(ترگت و همکاران، ۱۹۹۷). در بین شیوه های هیدرولیز شیمیایی، هیدرولیز اسید رقیق، بیشترین کاربرد را دارد و می توانند به عنوان آزمایش قبل از هیدرولیز آنزیمی برای هیدرولیز لیگنو سلولز به قندها به کار گرفت.

( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

اولین فرایند هیدرولیز اسید رقیق استفاده شده احتمالاً فرایند شولر(فیث۱۹۴۵)است. که مواد چوبی را در اسید سولفوریک ۵/۰% در۱۱-۱۲بار برای ۴۵ دقیقه در فرایند ناپیوسته مورد استفاده قرار می دهد. این روزها، بیشتر فرایند هیدرولیز اسید رقیق در راکتور ناپیوسته با زمان نگهداری چند دقیقه صورت می گیرد(کریمی و دیگران، ۲۰۰۶). راکتور ناپیوسته، بیشترین راکتور مورد استفاده در مطالعات سنتیک هیدرولیز و برای آزمایشگاه و مطالعات آزمایشی تولید اتانول از لیگنو سلولز است( سامن ۱۹۴۵، میلاتی و سایرین ۲۰۰۵، براندبرگ و سایرین ۲۰۰۵). بخش عمده همی سلولز(بیش از۸۰%)، را میتوان با هیدرولیز در دمای کمتر از۲۰۰ درجه سانتیگراد هیدرولیز کرد، اما حداکثر محصول کل گلوکز در دمای هیدرولیز بالاتر از ۲۲۰ درجه سانتیگراد رخ می دهد. این امر به علت مقاومت زیاد سلولز به هیدرولیز است. نقص اصلی هیدرولیز اسید رقیق، بویژه در مرحله اول، تجزیه قندها و تشکیل چندین محصول فرعی که از تشکیل اتانول در طی تخمیر ممانعت می کند می باشد. ممانعت گران احتمالی که می توانند در طی هیدرولیز اسید رقیق تشکیل شوند و اجزاء اصلی شان در شکل۳-۲ نشان داده شده است. ممانعت گران بالقوه، فورفورال، ۵-هیدروکسی متیل فورفورال (HMF)، اسید لولینیک، اسید استیک، اسید فورمیک،اسیداورونیک، اسید۴-هیدروکسی بنزوئیک، اسیدوانیلیک، وانیلین، فنول، فورمالدئید می باشد که گر چه برخی مما نعت گران مانند، ترکیبات ترپن، اساساً در چوب هستند اما ظاهراً بیشتر ممانعت گران در طی هیدرولیز تشکیل می شوند.
در حالی که بهبود فرایند آنزیمی، یعنی بهبود سرعت فرایند و سهولت تولید آنزیم به لحاظ اقتصادی قابل پیش بینی است، توسعه و گسترش هیدرولیز اسید رقیق همچنان ادامه دارد(لی و سایرین، ۱۹۹۹). بررسی ها و تحقیقات گوناگونی در انواع مختلف راکتور از جمله راکتورهای پلاگ، راکتورهای تراوشی، راکتورهای جریان معکوس و جریان هم جهت صورت گرفته است، کلیه این تحقیقات علاوه بر پیشرفتهای اخیر در بررسی سینیتکی بود که در پی ارزیابی دامنه گسترده تری از شرایط واکنش بر حسب دما و غلظت اسید صورت گرفت. علاوه بر این، بررسی ها و تحقیقات دقیق و گسترده ای نیز جهت غلبه بر مشکلات فنی نظیر تحقیق در زمینه سم زدایی ماده سمی حاصل شده در طول هیدرولیز اسیدرقیق صورت گرفته است.
فرایند هیدرولیز اسید رقیق به جهت وجود تفاوت های بین همی سلولز و سلولز در دو مرحله صورت می گیرد (آگیولار و سایرین۲۰۰۲، لارسون و سایرین۱۹۹۹و سائمان۱۹۴۵). اولین مرحله در شرایط معتدل تری صورت گرفته که بازده بالاتری در تولید محصولات هیدرولیز همی سلولز همچون مونومرهای مانوز و زایلوز را نتیجه می دهد. مرحله دوم جهت هیدرولیز جزء مقاوم ترسلولز و به منظور تولید مونومرهای گلوکز بهینه سازی می شود. هیدرولیزاتهای مایع از هر مرحله بازیابی شده و بعد از جدا شدن از ماده جامد ولیگنین قبل کشت خنثی سازی و سم زدایی می شوند. سلولز ولیگنین باقیمانده به صورت جامد در راکتورهای هیدرولیز بجا مانده و به عنوان سوخت دیگ بخار برای تولید الکتریسیته (برق) یا بخار به کار می روند.
فرایند اسیدرقیق دو مرحله ای معمولاً به دلایل زیر بر هیدرولیز اسیدرقیق یک مرحله ای ترجیح داده می شود:
۱) مراحل جداگانه هیدرولیز همی سلولز و سلولز، به محصول قند بالاتری منجر می شود. بعلاوه در فرایند دو مرحله ای هیدرولیز محصولی با محتوی قند هگزوز بالا بدست می آید که می تواند به راحتی به اتانول تخمیر گردد. اما ترکیب پنتوز و هگزوز معمولاًبرای تخمیر مشکل ساز است زیرا پنتوز به سختی تخمیر می گردد.
۲) مصرف انرژی حداقل میگردد زیرا مایع قبل از هیدرولیز مرحله دوم حذف می شود.
۳) محلول قند حاصل شده غلیظ تر می باشد.
۴) تجزیه کمتر مواد هیدرولیز شده در مرحله اول به بازدهی بالاتر قند منتهی می شود.
۵) تعداد ممانعت گرکمتر در طی هیدرولیز دو مرحله ای تشکیل می شود.
۲-۷-۲-۱ محصولات جانبی هیدرولیز اسید رقیق
هیدرولیز اسید رقیق یک فرایند سریع و ارزان جهت دستیابی به قند از مواد لیگنوسلولزی می باشد. با وجود این تولید چندین محصول جانبی در طول فرایند از جمله معایب اصلی هیدرولیز اسیدرقیق به شمار می آید(سائمن۱۹۴۵). برخی از این محصولات برای فرایند تخمیر میکروارگانیسم ها از جمله مخمر سمی می باشند(پالمکوسیت و هان هاجردال، ۲۰۰۰). بازداری ایجاد شده توسط این ترکیبات بازده و قابلیت تولید را کاهش می دهد. همچنین رشد سلول را مختل می سازد. تحقیقات و بررسی های زیادی به جلوگیری از این مشکل بازداری اختصاص یافته اند. برای مثال، تبدیل مواد سمی به ترکیب دیگری که برای مخمر غیرسمی بوده یا سمیت کمتری داشته و همچنین افزایش مقاومت مخمر در برابر این مواد سمی از این جمله است.

شکل۲-۴محصولات جانبی در فرایند هیدرولیز رقیق
سلولز همی سلولز ولیگنین در طول فرایند هیدرولیزاسید به ترتیب به گلوکز، مانوزیا زایلوز و ترکیبات فنولیک می شکنند. به محض تشکیل مونومرها، تجزیه های بیشتری در طول این فرایند رخداده و ترکیبات پیش بینی نشده دیگری همچون هیدروکسی متیل فورفورال(HMF) از هگزوزها و فورفورال از پنتوزها را نتیجه می دهند. هیدروکسی متیل فورفورال و فورفورال نیز عمدتاً به اسیدلویولینیک و اسید فرمیک تجزیه می شوند. علاوه بر این، الیفاتیک اسیدها عمدتاً استیک اسید، از گروهای استیل موجود در همی سلولزها آزاد می شوند، در حالی که لیگنین تجزیه شده و ترکیبات فنولیک آزاد می کند(شکل۲-۲).
۲-۷-۲-۱-۱ اسید های آلی
تعداد زیادی از آلیفاتیکها اسیدها در هیدرولیزاتهای اسیدرقیق وجود داشته که ازعصاره های چوب، تجزیه لیگنین و تجزیه قند بدست می آید. اسید استیک اصلی ترین جزو اسیدی در هیدرولیزاتها بوده و عمدتاً از تجزیه گروه استیل در پلی ساکاریدها تولید می شود در حالی که اسیدلویولینیک و اسیدفرمیک محصولات تجزیه قندی می باشند. اسیدهای ناگسسته برای سلول ها مضر بوده و مانع از رشد سلولی می شوند. آنها محلول در چربی بوده و بنابراین می توانند به صورت سیتوسول در سرتاسر غشاء پلاسما پخش و منتشر شوند و ممکن است به صورت درون سلولی تفکیک شوند(طاهرزاده و سایرین،۱۹۹۷).
۲-۷-۲-۱-۲ترکیبات فنولیک
تعدادی ترکیب فنولیک وجود داشته که در هیدرولیزاتهای لیگنو سلولزی یافت می شوند، از جمله انها۳-متوکسی-۴-هیدروکسی بنزالدئید، ۴-هیدروکسی استوفنون، وانیلین، سیرینگ آلدئید، استروانیلون، فرولیک اسید، وانیلیک اسید و۴ -هیدروکسی بنزوئیک اسید را میتوان برشمرد. این ترکیبات عمدتاً از تجزیه لیگنین و همچنین عصاره های آروماتیک چوب آزاد می شوند. فنل آلدئیدها و فنل کتونها به عنوان بدترین بازدارنده ها یافت می شوند. علاوه بر این، بررسی نشان داد که ترکیبات فنولیک با وزن مولکولی پائین سمی تر می باشند (پالمکویست و هان هاگردال، ۲۰۰۰). ترکیبات فنولیک به دلیل اثر بازدارندگی شان در تخمیر هیدرولیزاتهای لینگوسلولزیک، بازدارنده های مهمی به شمار می ایند.
۲-۷-۲-۱-۳ ترکیبات فورال