بهبود راندمان تولید هیدروژن در پالایشگاه زیستی با بکارگیری نانوذرات فلزی

تعداد 131صفحه فایل word قابل ویرایش

رساله دکتری مهندسی شیمی

Site: www.filenaab.ir

چکیده

در این پژوهش برای نخستین بار اثر نانوذرات فلزی آهن و نیکل (صفر ظرفیتی) بر روی راندمان تولید هیدروژن در پالایشگاه زیستی با محصولات گازی هیدروژن و متان مورد بررسی قرار گرفت. خوراک مورد بررسی در این پژوهش شامل گلوکز، نشاسته، سلولز، باگاس نیشکر و کاه برنج بود. از پیش­فرآوری اسیدی  (اسید سولفوریک رقیق یا غلیظ) بمنظور اصلاح ساختار زیست­توده­ی دارای ساختار مقاوم (سلولز، باگاس نیشکر و کاه برنج) و تبدیل آن به قندهای قابل تخمیر استفاده شد. پیش­فرآوری اسیدی بطور کارامدی راندمان تولید هیدروژن از زیست­توده­ را بهبود بخشید. نانوذرات آهن راندمان تولید هیدروژن از گلوکز را 37% بهبود بخشید (05/0p<) درحالیکه نانوذرات نیکل اثر معنی­داری برراندمان تولید هیدروژن از گلوکز نداشت. اثر متقابل نانوذرات آهن و نیکل بر راندمان تولید هیدروژن از نشاسته معنی­دار بود و بهینه­ی راندمان تولید هیدروژن (mL/g VS 3/147) در حضور نانوذرات آهن و نیکل با غلظت­های به ترتیب 5/37 و mg/L 5/37 بدست آمد. بهینه­ی راندمان تولید هیدروژن از سلولز (mL/g VS 7/45) در حضور نانوذرات آهن و نیکل با غلظت­های به ترتیب 5 و mg/L 5/12 بدست آمد (57% افزایش راندمان نسبت به نمونه­ی کنترل). بیشترین راندمان تولید هیدروژن از باگاس نیشکر (mL/g VS 1/114) در حضور نانوذرات آهن و نیکل با غلظت­های به ترتیب 5/12 و mg/L 5 بدست آمد (32% افزایش راندمان نسبت به نمونه­ی کنترل). همچنین بهینه­ی راندمان تولید هیدروژن از کاه برنج (mL/g VS 5/103) در حضور نانوذرات آهن و نیکل با غلظت­های به ترتیب 5 و mg/L 5/12 بدست آمد (51% افزایش راندمان نسبت به نمونه­ی کنترل). آنالیز متابولیت­های محلول نشان داد که عمده­ی اثر نانوذرات آهن و نیکل (در غلظت­های بهینه) کاهش تولید اتانول و لاکتات (متابولیت­های نامطلوب) و افزایش تولید بوتیرات (متابولیت مطلوب) و در نتیجه افزایش تولید هیدروژن بود. حداکثر انرژی تولید شده از سلولز، باگاس نیشکر و کاه برنج طی فرایندهای متوالی تخمیر تاریک و هضم­ بی­هوازی به ترتیب 61/9، 57/11 و MJ/Kg 10/7 بود.

کلمات کلیدی: تخمیر تاریک، هضم بی­هوازی، نانوذرات آهن، نانوذرات نیکل، پیش­فرآوری اسیدی.

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                                                                             صفحه

فهرست مطالب……………………………………………………………………………………………………………………………………………. هشت

چکیده. ۱

پیشگفتار. ۲

فصل اول: مقدمه

۱-۱ مقدمه و اهمیت پژوهش…. ۴

۱-۱-۱ ضرورت دستیابی به انرژی­های تجدیدپذیر. ۴

۱-۱-۲ نقش زیست­توده در تامین انرژی­های تجدیدپذیر. ۵

۱-۱-۳ تکنولوژی فرایندهای زیستی تولید هیدروژن و متان.. ۶

۱-۲ فرایند هضم بی­هوازی.. ۸

۱-۲-۱ میکروبیولوژی فرایند هضم بی­هوازی.. ۱۰

۱-۳ فرایند تخمیر تاریک….. ۱۳

۱-۳-۱ پارامترهای موثر بر فرایند تخمیر تاریک….. ۱۶

۱-۴ پیش­فرآوری ترکیب لیگنوسلولزی.. ۲۱

۱-۴-۱ ترکیب لیگنوسلولزی.. ۲۱

۱-۴-۲ روش­های پیش­فرآوری ترکیبات لیگنوسلولزی.. ۲۴

۱-۵ مرور بر تحقیقات انجام شده. ۲۶

۱-۶ نوآوری پژوهش…. ۳۱

فصل دوم: مواد و روش­ها

۲-۱ مواد شیمیایی و تجهیزات موردنیاز. ۳۲

۲-۱-۱ مواد استفاده شده در آزمایشات… ۳۲

۲-۱-۲ تجهیزات استفاده شده. ۳۴

۲-۲ مخلوط میکروبی.. ۳۴

۲-۲-۱ پیش­فرآوری مخلوط میکروبی.. ۳۵

۲-۳ خوراک     ۳۶

۲-۳-۱ پیش­فرآوری خوراک…. ۳۶

۲-۴ آماده­سازی راکتورها جهت فرایند تخمیر تاریک و هضم بی­هوازی.. ۳۷

۲-۵ روش­های اندازه­گیری و آنالیز. ۳۹

۲-۵-۱ اندازه­گیری مقدار جامدات کل و جامدات فرار. ۳۹

۲-۵-۲ اندازه­گیری ترکیب­درصد لیگین و مواد سلولزیک در ماده­ی لیگنوسلولزی.. ۴۰

۲-۵-۳ اندازه­گیری میزان بلورینگی کل و شاخص بلورینگی سلولز در نمونه­ها ۴۱

۲-۵-۴ تعیین کیفی اثر پیش­فرآوری بر ساختار سطحی نمونه­ها ۴۱

۲-۵-۵ اندازه­گیری حجم و ترکیب­درصد بیوگاز تولید شده. ۴۱

۲-۵-۶ آنالیز واریانس و آنالیز مولفه­ی اساسی.. ۴۳

۲-۵-۷ بررسی تغییرات در پارامترهای سینتیکی تولید هیدروژن.. ۴۴

فصل سوم: نتایج و بحث

۳-۱ پیش­فرآوری مخلوط میکروبی.. ۴۶

۳-۱-۱ هدف      ۴۶

۳-۱-۲ اثر شرایط پیش­فرآوری بر راندمان فرایند تخمیر تاریک….. ۴۶

۳-۱-۳ اثر پیش­فرآوری بر پارامترهای سینتیکی فرایند تخمیر تاریک….. ۴۷

۳-۱-۴ نتیجه­گیری.. ۴۸

۳-۲ اثر نانوذرات آهن و نیکل بر فرایند تخمیر تاریک تولید هیدروژن از گلوکز. ۴۹

۳-۲-۱ هدف      ۴۹

۳-۲-۲ اثر نانوذرات آهن بر راندمان تولید هیدروژن از گلوکز. ۴۹

۳-۲-۳ اثر نانوذرات نیکل بر راندمان تولید هیدروژن از گلوکز. ۵۲

۳-۲-۴ اثر نمک آهن بر راندمان تولید هیدروژن از گلوکز. ۵۲

۳-۲-۵ اثر نمک نیکل بر راندمان تولید هیدروژن از گلوکز. ۵۳

۳-۲-۶ مقایسه­ی اثر نانوذرات و نمک­ها بر پارامترهای سینتیکی فرایند تخمیر تاریک هیدروژن از گلوکز. ۵۳

۳-۲-۷ آنالیز مولفه­ی اساسی.. ۵۵

۳-۲-۸ نتیجه­گیری.. ۵۶

۳-۳ اثر نانوذرات آهن و نیکل بر فرایند تخمیر تاریک تولید هیدروژن از نشاسته. ۵۷

۳-۳-۱ هدف      ۵۷

۳-۳-۲ طراحی آزمایش…. ۵۷

۳-۳-۳ تخمین مدل.. ۵۸

۳-۳-۴ اثر نانوذرات آهن و نیکل بر راندمان فرایند تخمیر تاریک تولید هیدروژن از نشاسته. ۶۲

۳-۳-۵ بهینه­سازی راندمان تولید هیدروژن.. ۶۲

۳-۳-۶ بررسی پارامترهای سینتیکی فرایند تخمیر تاریک تولید هیدروژن از نشاسته. ۶۳

۳-۳-۷ متابولیت­های محلول تولید شده در فرایند تخمیر تاریک تولید هیدروژن از نشاسته. ۶۴

۳-۳-۸ تایید نتایج حاصل از بهینه­سازی راندمان هیدروژن.. ۶۶

۳-۳-۹ نتیجه­گیری.. ۶۶

۳-۴ اثر پیش­فرآوری اسیدی غلیظ و رقیق بر راندمان تولید هیدروژن از سلولز. ۶۷

۳-۴-۱ هدف      ۶۷

۳-۴-۲ تولید هیدروژن از سلولز پیش­فرآوری شده. ۶۷

۳-۴-۳ نتیجه­گیری.. ۷۰

۳-۵ اثر نانوذرات آهن و نیکل بر فرایند تخمیر تاریک تولید هیدروژن از سلولز. ۷۰

۳-۵-۱ هدف      ۷۰

۳-۵-۲ اثر پیش­فرآوری اسیدی دو مرحله­ای بر ساختار سلولز. ۷۰

۳-۵-۳ اثر نانوذرات آهن و نیکل بر راندمان فرایند تخمیر تاریک تولید هیدروژن از سلولز. ۷۲

۳-۵-۴ اثر نانوذرات آهن و نیکل بر پارامترهای سینتیکی فرایند تخمیر تاریک تولید هیدروژن از سلولز. ۷۶

۳-۵-۵ آنالیز مولفه­ی اساسی.. ۷۷

۳-۵-۶ تولید متان از پسماند فرایند تخمیر تاریک تولید هیدروژن از سلولز. ۷۸

۳-۵-۷ انرژی کل بازیافت شده از سلولز. ۷۹

۳-۵-۸ نتیجه­گیری.. ۸۰

۳-۶ اثر پیش­فرآوری اسیدی رقیق بر راندمان تولید هیدروژن از باگاس نیشکر. ۸۱

۳-۶-۱ هدف      ۸۱

۳-۶-۲ اثر پیش­فرآوری بر میزان جامدات کل و جامدات فرار موجود در باگاس نیشکر. ۸۱

۳-۶-۳ تولید هیدروژن از باگاس نیشکر پیش­فرآوری شده. ۸۲

۳-۶-۴ اثر پیش­فرآوری اسیدی رقیق بر پارامترهای سینتیکی فرایند تخمیر تاریک تولید هیدروژن از باگاس نیشکر… ۸۳

۳-۶-۵ نتیجه­گیری.. ۸۴

۳-۷ اثر نانوذرات آهن و نیکل بر فرایند تخمیر تاریک تولید هیدروژن از باگاس نیشکر. ۸۴

۳-۷-۱ هدف      ۸۴

۳-۷-۲ اثر پیش­فرآوری اسیدی رقیق بر ساختار باگاس نیشکر. ۸۵

۳-۷-۳ اثر نانوذرات آهن و نیکل بر راندمان فرایند تخمیر تاریک تولید هیدروژن از باگاس نیشکر. ۸۷

۳-۷-۴ اثر نانوذرات آهن و نیکل بر پارامترهای سینتیکی فرایند تخمیر تاریک تولید هیدروژن از باگاس نیشکر……… ۹۰

۳-۷-۵ آنالیز مولفه­ی اساسی.. ۹۱

۳-۷-۶ تولید متان از پسماند فرایند تخمیر تاریک تولید هیدروژن از باگاس نیشکر. ۹۲

۳-۷-۷ انرژی کل بازیافت شده از باگاس نیشکر. ۹۳

۳-۷-۸ نتیجه­گیری.. ۹۵

۳-۸ اثر پیش­فرآوری اسیدی رقیق بر راندمان تولید هیدروژن از کاه برنج.. ۹۵

۳-۸-۱ هدف      ۹۵

۳-۸-۲ تولید هیدروژن از کاه برنج پیش­فرآوری شده. ۹۶

۳-۸-۳ اثر پیش­فرآوری اسیدی رقیق بر پارامترهای سینتیکی فرایند تخمیر تاریک تولید هیدروژن از کاه برنج.. ۹۷

۳-۸-۴ نتیجه­گیری.. ۹۸

۳-۹ اثر نانوذرات آهن و نیکل بر فرایند تخمیر تاریک تولید هیدروژن از کاه برنج.. ۹۸

۳-۹-۱ هدف      ۹۸

۳-۹-۲ اثر پیش­فرآوری اسیدی رقیق بر ساختار کاه برنج.. ۹۹

۳-۹-۳ اثر نانوذرات آهن و نیکل بر راندمان فرایند تخمیر تاریک تولید هیدروژن از کاه برنج.. ۱۰۰

۳-۹-۴ اثر نانوذرات آهن و نیکل بر پارامترهای سینتیکی فرایند تخمیر تاریک تولید هیدروژن از کاه برنج.. ۱۰۴

۳-۹-۵ آنالیز مولفه­ی اساسی.. ۱۰۵

۳-۹-۶ تولید متان از پسماند فرایند تخمیر تاریک تولید هیدروژن از کاه برنج.. ۱۰۶

۳-۹-۷ انرژی کل بازیافت شده از کاه برنج.. ۱۰۷

۳-۹-۸ نتیجه­گیری.. ۱۰۹

فصل چهارم: نتیجه­گیری

۴-۱ نتیجه­گیری کلی.. ۱۱۰

۴-۲ ارائه­ی پیشنهادات جهت ادامه­ی پژوهش…. ۱۱۲

مراجع: ۱۱۳

 

 

 

نقد و بررسی‌ها

هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.

اولین کسی باشید که دیدگاهی می نویسد “بهبود راندمان تولید هیدروژن در پالایشگاه زیستی با بکارگیری نانوذرات فلزی”
قبلا حساب کاربری ایجاد کرده اید؟
گذرواژه خود را فراموش کرده اید؟
Loading...