شماره راهنما :
1549 دكتري
پديد آورنده :
محمدي، مرضيه
عنوان :
پيش فرآوري مواد ليگنو سلولزي با استفاده از مايع يوني N-H-N- متيل مورفو لينيوم كلريد به منظور بهبود توليد بيواتانول و كوماريك اسيد
گرايش تحصيلي :
مهندسي شيمي
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
چهارده، 88ص. : مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
كيخسرو كريمي، مرضيه شفيعي
استاد مشاور :
اميرعبدالملكي
توصيفگر ها :
مايع يوني , ليگنوسلولز , پيشفرآوري , هيدروليز , تخمير , اتانول , كوماريكاسيد , [CI][HMMorph]
استاد داور :
محمدعلي اسداللهي، محمد ديناري، حميد زيلويي، محمدهادي جزيني
تاريخ ورود اطلاعات :
1398/11/26
رشته تحصيلي :
مهندسي شيمي
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1398/11/27
چكيده فارسي :
51 چكيده امروزه زيست تودههاي ليگنوسلولزي كه عمدتا از كربوهيدراتهاي سلولز و هميسلولز تشكيل شدهاند گزينههاي مناسبي براي توليد سوختهاي زيستي و ديگر محصوالت با ارزش به روشهاي زيستي ميباشند اين منابع كربني به دليل داشتن ساختاري پيچيده نيازمند پيشفرآوريهاي مؤثر قبل از تبديلهاي آنزيمي و ميكروبي ميباشند يكي از روشهاي بسيار مؤثر براي پيشفرآوري استفاده از مايعهاي يوني است تنها اشكال اين روشها قيمت باالي مايعهاي يوني ميباشد مؤثرترين مايعهاي يوني به كار رفته براي پيشفرآوري مايعهاي يوني بر پايه ايميدازوليوم است در بخش اول اين پژوهش مايعهاي يوني بر پايه كاتيون مورفولينيوم به منظور كاهش هزينههاي مايع يوني در مقايسه با مايعهاي يوني بر پايه ايميدازوليوم سنتز شدند با بررسيهاي اوليه بر روي كاه برنج مايع يوني N H N متيلمورفولينيومكلريد HMMorph Cl طي يك مرحله واكنش در فشار محيط در حمام آب و يخ سنتز شد مواد اوليه مورد استفاده اين مايع يوني هيدروكلريدريك اسيد و متيلمورفولين بودند كه هر دوي آنها در دسترس و ارزانقيمت هستند نتايج اوليه بر روي كاه برنج نشان داد اين مايع يوني كه براي اولينبار به منظور پيشفرآوري سنتز شده است براي بهبود هيدروليز آنزيمي بسيار مؤثر است در بخش دوم پژوهش شرايط پيشفرآوري كاه برنج به وسيله اين مايع يوني از جمله محتواي آب 13 14 و 15 درصد كمك حالل دي متيل سولفواكسيد 11 و 13 درصد دماي پيشفرآوري 19 511 و 121 درجه سانتيگراد زمان پيشفرآوري 2 3 و 5 ساعت نسبت كاه به حالل 5 7 6 و 11 درصد و اندازه ذرات كوچكتر از 771 1 ميلي متر 771 1 148 1 ميلي متر و 148 1 2 ميلي متر بهينهسازي شدند شرايط بهينه پيشفرآوري شامل حالل حاوي 15 درصد آب كه پتانسيل فوق العاده اين مايع يوني را در كاهش هزينههاي پيشفرآوري نشان داد دماي 121 درجهسانتيگراد به مدت 5 ساعت با نسبت كاه به حالل 5 درصد و اندازه ذرات 771 1 148 1 ميليمتر به دست آمدند در ادامه توليد بيواتانول طي مراحل هيدروليز و تخمير جداگانه از كاه برنج پيشفرآوري شده به وسيله HMMorph Cl بررسي و با نتايج مايعيوني ا اتيل 3 متيلايميدازوليوماستات EMIM Ac مقايسه شد نتايج بهبود بازده اتانول از 12 درصد براي كاه برنج پيشفرآوري نشده پس از پيشفرآوري با HMMorph Cl و EMIM Ac به ترتيب به 46 و66 درصد رسيد در بخش سوم تأثير مايع يوني سنتز شده بر روي پيشفرآوري دو نوع چوب درخت غان و سرو به ترتيب به عنوان نوعي از چوبهاي سخت و نرم در دماي 121 درجهسانتيگراد به مدت 5 و 8 ساعت و همچنين دماي 141 درجهسانتيگراد به مدت 2 3 و 5 ساعت بررسي شد شرايط بهينه پيشفرآوري براي هر دو چوب دماي141 درجهسانتيگراد به مدت 3 ساعت و بازده اتانول توليدي از چوبهاي غان و سرو به ترتيب 43 و 44 درصد به دستآمد در بخش چهارم توليد كوماريكاسيد از ليگنوسلولزها به عنوان منابعكربني با استفاده از مخمر ساكارومايسسسرويسيه دستكاري ژنتيكي شده بررسي شد مقادير توليدي كوماريك اسيد از كاه برنج و چوب غان پيشفرآورينشده به ترتيب برابر با 4 12 و 5 7 ميليگرم بر ليتر بود با پيشفرآوري به وسيله مايعهاي يوني HMMorph Cl و EMIM Ac ميزان توليد كوماريكاسيد بهبود يافت ميزان توليد كوماريكاسيد از كاه برنج و چوب غان پيشفرآوريشده با HMMorph Cl به ترتيب برابر 4 65 و 1 24 ميليگرم بر ليتر شد به طور كلي از نتايج آزمايشگاهي بهدستآمده مشخص شد كه مايع يوني سنتز شده براي پيشفرآوري كاه برنج نوعي از ضايعات كشاورزي چوب سرو نوعي از چوبهاي نرم و چوب غان نوعي از چوبهاي سخت مايع يوني ارزان قيمت و مؤثري ميباشد كلمات كليدي مايع يوني HMMorph Cl ليگنوسلولز پيشفرآوري هيدروليز تخمير اتانول كوماريكاسيد
چكيده انگليسي :
89 Pretreatment of lignocellulosic materials using N H N methylmorpholinium chloride HMMorph Cl to improve bioethanol and p coumaric acid production Marzieh Mohammadi m mohammadichiut@gmail com Department of Chemical Engineering Isfahan University of Technology Isfahan 84156 83111 IranDegree PhD Language FarsiSupervisor Keikhosro Karimi karimi@cc iut ac irAbstractToday lignocellulosic biomass mainly composed of cellulose and hemicellulose carbohydrates is anappropriate option for the production of biofuels and valuable bio based products These carbon sourcesrequire efficient pretreatment before enzymatic and microbial conversion due to their complex structures One of the most effective methods for pretreatment is using ionic liquids The only drawback of this methodis the high price of ionic liquids The most effective ionic liquids used for pretreatment are imidazolium based ionic liquids In the first part of this study cationic morpholinium based ionic liquids were synthesizedto reduce the cost of ionic liquid compared to imidazolium based ionic liquids Upon initial investigation onrice straw ionic liquid N H N methyl morpholinium chloride HMMorph Cl was synthesized during onereaction step at ambient pressure The raw materials used for this ionic liquid were hydrochloric acid andN methyl morpholine which are affordable and inexpensive Preliminary results on the rice straw showedthat this ionic liquid was highly effective for the pretreatment In the second part of the study thepretreatment conditions of rice straw were optimized The optimum pretreatment conditions consist of thesolvent containing 50 water which showed the superior potential of this ionic liquid in reducing thepretreatment costs a temperature of 120 C for 5 h with a 5 w w solid loading and a particle size of 0 177 0 841 mm were obtained Afterward bioethanol production during separated hydrolysis and fermentation SHF of the pretreated rice straw by HMMorph Cl was investigated and compared with the results ofionic liquid 1 ethyl 3 methyl imidazolium acetate EMIM Ac Ethanol yields improved from 21 foruntreated rice straw to 64 and 66 after pretreatment with HMMorph Cl and EMIM Ac respectively In the third part of the project the effect of the synthesized ionic liquid was investigated onbirch and spruce woods as representative of hard and softwood respectively Optimum pretreatmentconditions were obtained at 140 C for 3 h for both kinds of wood Under these conditions ethanol yieldsfrom birch and spruce woods were 34 and 44 respectively In the fourth section the production ofp coumaric acid from lignocelluloses as carbon sources was investigated using the genetically manipulatedyeast Saccharomyces cerevisiae The amounts of coumaric acid produced from untreated rice straw and birchwere 20 4 and 7 5 mg L respectively The amount of p coumaric acid was improved after pretreatment byionic liquids HMMorph Cl and EMIM Ac The production yield of coumaric acid from rice straw andbirch pretreated with HMMorph Cl was 56 4 and 42 mg L respectively Generally from the laboratoryresults it was found that the synthesized ionic liquid was an inexpensive and suitable ionic liquid for thepretreatment of rice straw as a representative of agricultural wastes spruce wood softwood representative and birch wood hardwood representative Keywords Ionic Liquid HMMorph Cl Lignocellulose Pretreatment Hydrolysis Fermentation Ethanol p Coumaric acid
استاد راهنما :
كيخسرو كريمي، مرضيه شفيعي
استاد مشاور :
اميرعبدالملكي
استاد داور :
محمدعلي اسداللهي، محمد ديناري، حميد زيلويي، محمدهادي جزيني
