شماره راهنما :
1664 دكتري
پديد آورنده :
تندرو صف سري، حديثه
عنوان :
توليد بيوهيدروژن از مايع هيدروليز شده تركيبات سلولزي توسط نانوكاتاليست گرافن اكسيد سولفونه
گرايش تحصيلي :
مهندسي شيمي
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
چهارده، 137ص. : مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
حميد زيلويي، كيومرث زرگوش
استاد مشاور :
مهدي بازرگاني پور
توصيفگر ها :
گرافن اكسيد سولفونه , هيدروليز , سلولز , باگاس نيشكر , كاه برنج , بيوهيدروژن , تخمير تاريك
استاد داور :
مهران غياثي، كيخسرو كريمي، احمد عطايي، عليرضا علافچيان
تاريخ ورود اطلاعات :
1399/10/01
رشته تحصيلي :
مهندسي شيمي
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1399/10/06
چكيده فارسي :
چكيده در اين پژوهش گرافن اكسيد سولفونه به عنوان كاتاليزور اسيدي جامد در هيدروليز سلولز مورد استفاده قرار گرفت و از آن براي توليد هيدروژن طي فرآيند تخمير تاريك استفاده شد ابتدا فعاليت كاتاليزوري گرافن اكسيد سولفونه براي هيدروليز سوبستراهاي مختلف از جمله سلولز ميكروكريستالي كربوكسي متيل سلولز نشاسته و سلوبيوز مورد بررسي قرار گرفت و سپس مايع هيدروليز حاصله براي توليد هيدروژن تخميري با استفاده از باكتري انتروباكترائروجنس بكار گرفته شدند بطوريكه تمام مايعات حاصله از هيدروليز كاتاليزوري داراي راندمان هيدروژن باالتري از نمونه هاي هيدروليز بدون حضور كاتاليست بودند هيدروليز سلولز ميكروكريستالي با استفاده از گرافن اكسيد سولفونه در شرايط مختلف دمايي 90 180 C زماني 1 5 h و بارگذاري گرافن اكسيد سولفونه 62 5 500mg در 25 mL حجم واكنش مورد بررسي قرار گرفت و يك مدل رياضي با استفاده از تجزيه و تحليل آماري نتايج براي پيش بيني بازده قندهاي قابل تخمير از نمونه هاي مايع هيدروليز تخمين زده شد بهينه سازي شرايط هيدروليز اسيدي با استفاده از روش سطح پاسخ و طراحي مركب مركزي انجام پذيرفت بازده گلوكز بازده كل قندهاي احياكننده وگزينش پذيري آن در بارگذاري 250 mg گرافن اكسيد سولفونه در دماي 150 C و مدت زمان mg g 1 454 4 mg g 1 3 h 6 286 و 5 59 به ترتيب حاصل شدند حداكثر مقدار راندمان بيوهيدروژن توليدي در شرايط بهينه 1 150 0 mL g به دست آمده كه 2 2 برابر بيشتر از سلولز ميكروكريستالي پيش فرآوري شده در غياب گرافن اكسيد سولفونه 1 67 3 mLg به عنوان نمونه شاهد بود عالوه بر اين برگ گياه گزنه به عنوان يك پيش ماده ي تجديد پذير براي تهيه نانوكاتاليست سبز گرافن اكسيد سولفونه از طريق سنتز كاتاليستي گرافيت بر پايه نمك آهن در دماي 1000 C و به دنبال آن اليه برداري شيميايي به روش هامرز بهبود يافته پيشنهاد گرديد خصوصيات مورفولوژيكي فيزيكي و شيميايي كربن گرافيتي متخلخل حاصله از گزنه گرافن اكسيد و گرافن اكسيد سولفونه از طريق چندين روش شناسايي مورد بررسي قرار گرفت ساختار اليه اليه همراه با سطح ويژه باال 1 354 9 m2 g حجم مزوپور 1 0 13 m3g و تراكم باالي گروه هاي عاملي آبدوست مانند هيدروكسيل اپوكسي كربونيل كربوكسيل و سولفونيك همراه با چگالي اسيدي كل1 5 47 mmol g بر سطح گرافن اكسيد سولفونه مشاهده شدند با استفاده از گرافن اكسيد سولفونه مورد تهيه از گياه گزنه به عنوان كاتاليست شرايط مطلوب براي فرآيند هيدروليز سلولز ميكروكريستالي بدون هيچ گونه پيش فرآوري و در محيط آبي به عنوان يك حالل سبز در دماي 3 h 160 C و نسبت گرافن اكسيد سولفونه به سلولز ميكروكريستالي 1 1 g g فراهم گرديد كه در آن حداكثر بازده و گزينش پذيري گلوكز 1 262 9 mg g و 8 27 به دست آمد در مرحله نهايي توليد بيوهيدروژن به همراه استون بوتانول اتانول از نمونه هاي مايع حاصله از هيدروليز باگاس نيشكر و كاه برنج پيش فرآوري شده به روش قليايي طي فرآيند تخمير تاريك توسط كشت همزمان و خالص باكتريايي انتروباكتر ائروجنس و كلوستريديوم استوبوتيليكوم مورد تحليل و بررسي قرار گرفتند حداك ثر ميزان بازده هيدروژن و كل توليد استون بوتانول اتانول براي كاه برنج پيش فرآوري شده به روش قليايي در دماي 100 C و مدت زمان 1 h به دست آمد كه غلظت كل قندهاي احياكننده حاصله از آن پس از هيدروليز آنزيمي 1 40 7 g L ارزيابي شد مايعات حاصله از هيدروليز آنزيمي نمونه هاي پيش فرآوري شده به روش قليايي در دماي 100 C به طور موثر توسط كشت همزمان انتروباكترائروجنس و كلوستريديوم استوبوتيليكوم به هيدروژن تبديل شدند حداكثر بازده هيدروژن توليدي به ترتيب براي باگاس نيشكر و كاه برنج 136 3 mL g 1VS و 149 9 mL g 1VS به دست آمد اين نتايج بيانگر افزايش 4 3 و 5 1 برابري بازده هيدروژن توليدي براي هر دو سوبسترا توسط كشت همزمان نسبت به كشت خالص انتروباكترائروجنس و كلوستريديوم استوبوتيليكوم به ترتيب بودند موازنه جرم و تجزيه و تحليل انرژي توليدي نشان داد كه بيشترين بازده توليد حالل استون بوتانول اتانول و كل انرژي توليدي براي باگاس نيشكر gABE g 1 raw SCB 21 0 و 5 5 kJ g 1 raw SCB و براي كاه برنج 0 08 gABE g 1 raw RS و 6 6 kJg 1 raw RS به دست آمد كلمات كليدي گرافن اكسيد سولفونه هيدروليز سلولز باگاس نيشكر كاه برنج بيوهيدروژن تخمير تاريك
چكيده انگليسي :
Production of Biohydrogen from Cellulosic Compounds Hydrolysate using Sulfonated Graphene oxide Nanocatalysts Hadiseh Tondro Safsari h tondro@ce iut ac ir October 2020 Department of Chemical Engineering Isfahan University of Technology Isfahan 8415683111 IranDegree PhD Language PersianSupervisor Hamid Zilouei hzilouei@cc iut ac ir Kiomars Zargoosh kiomarszargoosh@iut ac irAbstract The main aim of this work was to investigate the potential of sulfonated graphene oxide sGO for hydrolysisof cellulosic substrates and dark fermentative hydrogen production from obtained hydrolysates using E aerogenes Sulfonation of graphene oxide was performed using chlorosulfonic acid which showed a high acid density of 4 63mmol g 1 The influence of the reaction time 1 5 h temperature 90 180 C and sGO dosage 62 5 500 mg in25 mL reaction volume on the hydrolysis of pretreated microcrystalline cellulose MCC was evaluated It revealedthat the yield of glucose and total reducing sugars and selectivity can reach 454 4 mg g 1 682 6 mg g 1 and 95 5 respectively at 150 C for 3 h using 250 mg sGO The maximum hydrogen efficiency of 150 0 mL g 1MCC wasachieved under optimized conditions which was 2 2 fold higher than that from the pretreated MCC substrate ascontrol in the absence of sGO 67 3 mL g 1MCC A green preparation of porous graphitic carbon through iron basedcatalytic graphitization of nettle Urtica dioica L as precursor for the synthesis of sulfonated graphene oxide tobe used as catalyst was developed The morphological and physicochemical properties of nettle derived porousgraphitic carbon GI Ntt graphene oxide GO Ntt and sulfonated graphene oxide sGO Ntt were assessed withseveral characterization techniques Layered soft structure with surface area of 354 9 m2 g 1 mesopore volume of0 13 m3 g 1 and presence of high densities of functional groups such as hydroxyl epoxy carbonyl carboxyl andsulfonic acid group with the total acid sites density of 5 47 mmol g 1 on the surface of the sGO Ntt were observed Moreover it is revealed that GO Ntt and sGO Ntt both possess extremely thin nanosheet like structures with anirregular edges and transparent lamella appearance unlike the GI Ntt Using the sGO Ntt as catalyst hydrolysis ofMCC without pretreatment in water as an environmentally benign solvent resulted in the maximum glucose yieldand selectivity of 262 9 mg g 1 and 72 8 respectively The optimum experimental conditions were sGO Nttconcentration ratio of 1 g g 1 of untreated MCC at 160 C for 3 h Production of hydrogen and acetone butanol ethanol ABE from hydrolysates of sugarcane bagasse SCB and rice straw RS was then carried out via darkfermentation using co culture of Enterobacter aerogenes and Clostridium acetobutylicum The best improvementin the yield of hydrogen and total ABE production were observed for alkaline pretreated RS at 100 C for 60 minobtained from the highest total reducing sugars concentration of 40 7 g L 1 after the enzymatic hydrolysis Thehydrolysates of alkaline pretreated samples at 100 C were efficiently converted to H 2 by co culture of E aerogenesand C acetobutylicum with the highest hydrogen yield of 136 3 and 149 9 mL H2 g 1 VS of SCB and RS representing3 4 and 1 5 fold enhancement in the hydrogen production yield over that obtained from the pure cultures ofE aerogenes and C acetobutylicum respectively Mass balance and energy generation analysis indicate that thehighest specific ABE and total energy production yields per gram untreated feedstock reached 0 12 g ABE and 5 5kJ for SCB and 0 08 g ABE and 6 6 kJ for RS Keywords Sulfonated graphene oxide Hydrolysis Cellulose Sugarcane bagasse Ricestraw Biohydrogen Dark fermentation
استاد راهنما :
حميد زيلويي، كيومرث زرگوش
استاد مشاور :
مهدي بازرگاني پور
استاد داور :
مهران غياثي، كيخسرو كريمي، احمد عطايي، عليرضا علافچيان
