شماره مدرك :
18732
شماره راهنما :
2100 دكتري
پديد آورنده :
اسمعيلي گنهراني، زكيه
عنوان :

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

مقطع تحصيلي :
دكتري
گرايش تحصيلي :
مهندسي شيمي
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع :
1402
صفحه شمار :
هشت، 103ص.: مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها :
انتروباكتر آئروژنز , تخمير تاريك , هيدروليز , سيليس سولفونه , كاه برنج , كربن سولفونه , نانوذرات مغناطيسي نيكل فريت
تاريخ ورود اطلاعات :
1402/06/17
كتابنامه :
كتابنامه
رشته تحصيلي :
مهندسي شيمي
دانشكده :
مهندسي شيمي
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1402/06/18
كد ايرانداك :
2958967
چكيده فارسي :
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.
چكيده انگليسي :
Abstract In this research, different catalysts such as sulfonated silica, sulfonated carbon, and sulfonated magnetic carbon were used as solid acid catalysts in the hydrolysis of cellulosic materials. All three types of catalysts were synthesized from rice straw as a cheap, abundant, and available lignocellulosic biomass. Various characteristics of the synthesized catalysts such as specific surface area, surface morphology, functional groups, structure and acidic sites were eva‎luated by BET, SEM/EDS, TEM, FTIR, XRD, CHNS and NH3-TPD analyses. Based on the results of these analyses, the sulfonated silica catalyst has an amorphous structure with a high specific surface area (467 m2/g), which has various functional groups such as hydroxyl and sulfonic on its surface. The total acid density on the surface of this catalyst is 1.31 mmol/g, of which 0.13 mmol/g belongs to sulfonic functional groups. Also, sulfonated carbon catalyst has an amorphous structure with a high surface area (754 m2/g) and has various functional groups such as hydroxyl, sulfonic, and carboxylic. The total acid density on the surface of this catalyst is 3.01 mmol/g, of which 0.20 mmol/g belongs to sulfonic functional groups. Immobilization of magnetic nickel ferrite nano particles on the surface of carbon strongly reduced its specific surface so that its value decreases to 168 m2/g. However, the presence of these particles increases the acidic sites on the surface of the catalyst (3.97 mmol/g), of which 0.24 mmol/g belongs to sulfonic functional groups. In the first and second stages of the research, the catalytic effect of sulfonated silica and magnetic sulfonated carbon in the hydrolysis of pretreated microcrystalline cellulose was investigated, and various operational parameters such as hydrolysis temperature (130-170 ℃), reaction time (1-4 h) and the ratio of catalyst to the substrate (0-1 g/g) were investigated on the production efficiency of reducing sugars and glucose. The maximum TRS yields obtained from hydrolysis of pretreated microcrystalline cellulose with sulfonated silica and sulfonated magnetic carbon were 51.9% in 3 h at 150 ℃ and 68.5% in 3 h at 130 ℃, respectively. In the third stage of the research, the catalytic performance of sulfonated carbon on the hydrolysis of different substrates such as cellobiose, starch, carboxymethyl cellulose, microcrystalline cellulose, and pretreated microcrystalline cellulose was investigated to investigate its effect on the biological hydrogen production during the dark fermentation process. In all the substrates hydrolyzed in the presence of the catalyst, the sugars, biohydrogen, and bioethanol production increased in comparison with the hydrolyzed substrates in the same operational conditions without the presence of the catalyst. This result shows the effectiveness of catalytic hydrolysis in the enhancement of the dark fermentation process efficiency. In the final stage of this research, straw samples pre-processed with different alkalis were subjected to enzymatic hydrolysis and dark fermentation and compared with non-pre-processed rice straw samples. According to the results, all alkaline pretreatment methods significantly increased the efficiency of biological hydrogen production from rice straw, so that the efficiency of hydrogen production from each of the samples pretreated with sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate, and unprocessed rice straw was 64.1, 136.3, 129.3 and 35.9 mL/g of straw, respectively.
استاد راهنما :
حميد زيلوئي , مهدي بازرگاني پور
استاد داور :
فاطمه داور , عليرضا علافچيان , محمد هادي جزيني , مهرداد فرهاديان
لينک به اين مدرک :

بازگشت