فورفورال و ۵-هیدروکسی متیل فورفورال(HMF) به ترتیب بعنوان دیگر محصولات هیدرولیز پنتوزها و هگزوزها شناخته شده اند. پنتوزها در بازده بالا فورفورال میسازند، اما هگزوزها از طریق یک شبه فرایند هیدروکسی متیل فورفورال می دهندکه با ادامه حرارت دهی لویولینیک و فرمیک اسید نیز تولید می کنند.
فورفورال به عنوان یک بازدارنده قوی برای مخمر سایکرومایسیس[۵]۱شناخته شده است. غلظت بالای g/L[6]1 فورفورال در کاهش قابل توجه سرعت انتشارCO₂، تکثیر سلول وکل تعداد سلول ها در مرحله اول تخمیر موثر شناخته شد(پالمکویست و سایرین، ۱۹۹۹، طاهرزاده و سایرین،۱۹۹۹).
هیدروکسی متیل فورفورال از نظر شیمیایی به فورفورال مربوط می شود و بنابراین اثرات بازدارندگی مشابهی همچون فورفورال دارد، جز اینکه سرعت تبدیل آن پایین تر بوده که احتمالاًبه دلیل نفوذ پذیری پایین غشاء می باشد(لارسون و سایرین، ۱۹۹۹).
۲-۷-۳هیدرولیز اسید غلیظ
هیدرولیز لینگوسلولز با اسیدهای سولفوریک یا اسید هیدروکلریک غلیظ، فرایند نسبتا قدیمی است. براکونوت در ۱۸۱۹، ابتدا دریافت که سلولز را می توان به قند قابل تخمیر توسط اسیدهای غلیظ تبدیل کرد(شرارد وکرشمان, ۱۹۴۵). در این روش معمولا اسیدسولفوریک و اسید هیدروکلریک بکار میرود. فرآیندهای اسید غلیظ محصول قند بالاتری می دهند (٪۹۰ محصول گلوکز تئوریکی) و لذا محصول اتانول بالاتری در مقایسه با فرایند اسید رقیق تولید می نمایند بعلاوه فرایند اسید غلیظ می تواند در دمای پایین (۴۰ درجه سانتیگراد) عمل کند که مزیت آشکار آن در مقایسه با فرایند اسید رقیق حاصل می شود. با این حال غلظت اسید در این شیوه بسیار بالا است (٪۷۰-۳۰) و گرما دهی اسید غلیظ در طی هیدرولیز آنها را بسیار خورنده می سازد. بنابراین فرایند به آلیاژ گران یا ساختار غیر فلزی خاصی مانند سرامیک های ویژه نیاز دارد. بازیافت اسید، فرایند اضافه نسبت به سایرین بوده و فرایند خنثی سازی آن مقادیر زیادی سنگ گچ تولید می کند. بعلاوه، تاثیر زیست محیطی کاربرد اسیدهای هیدروکلریک را محدود می کند. سرمایه گذاری بالا و هزینه نگهداری به شدت سرمایه گذاری تجاری بالقوه برای این فرایند را می کاهد( کاتزن و سایرین ۱۹۹۵, جونز سمرا ۱۹۸۴). علی رغم معایب ذکرشده، فرایند اسید غلیظ هنوز مورد توجه است. اخیرا این شیوه توسط گروه محققان آلمان در فرآیندی به نام ” بیوسولفورال[۷]۱” به کار رفته است. در این فرایند، زیست توده با اسید سولفوریک ٪۷۰ اشباع شده و سپس با افزودن آب هیدرولیز می شود. بخشی از اسید توسط غشاء آنیونی بازیابی شده و بخشی دیگر به شکل H2S از آزمایش فاضلاب غیر هوازی به دست می آید. ادعا شده این فرایند، هزینه کل کمی برای تولید اتانول دارد سوسپانسیون به منظور جداسازی محلول قند ۵ کربنه و ۶ کربنه از مواد جامد باقیمانده ( بیشتر لیگنین و سلولز ) صاف می شود و پس از خنثی سازی مناسب محلول به واحد فرمانتور فرستاده می شود. برای تسهیل در مرحله ی بعدی هیدرولیز سلولز به پساب جامد اسید غلیظ زده می شود.
سپس با اسید سولفوریک ۳۰% مخلوط شده و برای کاهش حجم حلاّل و به دست آوردن یک اسید با غلظت۷۰% حرارت داده می شود. مرحله نهایی شامل این محلول در آب گرم به یک مخزن هیدرولیتیک جائیکه اسید غلیظ ۱۰% به دست می آید می باشد. این محلول تقریباً دو ساعت در دمای۱۰۰درجه سلسیوس حرارت داده می شود. در این مرحله هیدرولیز سلولز کامل می شود درحالیکه از هر گونه تجزیه نامطلوب شکر اجتناب می شود. بعد از آن محلول حرارت داده می شود تا هیدرولیز کاملی از سلولز به دست آید. محلول نهایی فیلتر می شود و مایع محلول نهایی محتوای ۱۰% اسید و ۱۰% گلوکز می باشد که با هیدروکسید کلسیم خنثی می شود و بعد از اینکه سنگ گچ تولید شده جدا شد، قندها به واحد تخمیر فرستاده می شوند. لیگنین جامد باقیمانده برای تولید نیرو سوزانده می شود. کل هیدرولیز سلولز در دو مرحله انجام شده است. اسید غلیظ۷۰% ساختمان کریستالی سلولز را با شکافتن پیوندهای هیدروژنی که بین زنجیره های سلولز است از هم می پاشاند، مرحله ی هیدرولیز مسئول واکنش هیدرولیتیک زنجیره های سلولز ایزوله می باشد. بازده تبدیل هیدرولیز سلولز و همی سلولز زیست توده های متفاوت توسط اسید غلیظ در جدول۲-۶ گزارش شده است. جدول۲-۷ نیز میزان بازدهی تولید بیواتانول ازساقه ذرت را نشان می دهد(دمیرباس ۲۰۰۵، بالات۲۰۰۸)
جدول۲-۶ بازده تبدیلی هیدرولیزاسیدی غلیظ(بردارسایرین،۱۹۹۰)
بازده تبدیل(%) | همی سلولزبه زایلوز | سلولزبه گلوکز |
ساقه الفافا | ۹۶ | ۸۸ |
علوفه ذرت | ۹۲ | ۹۰ |
باگاس | ۹۰ | ۸۶ |
جدول۲-۷ میزان بازده تولیدبیواتانول از ساقه ذرت(بالات۲۰۰۸)
مقدار ساقه ذرت(کیلوگرم) | ۱۰۰۰ |
میزان سلولز(کیلوگرم) | ۴۳۰ |
بازدهی تبدیل سلولز | ۷۶/۰ |
بازدهی استوکیومتری اتانول | ۵۱/۰ |
آخرین نظرات