چکیده

هدف این پژوهش تهیه­ی کاتالیست جامد اسیدی از ترکیب­های طبیعیو استفاده برای هیدرولیز زیست­توده است. کاتالیست­هایی همچون سیلیس سولفونه، کربنسولفونه و کربن مغناطیسی سولفونه کاتالیست­هایی جامد با عامل­های اسیدی از کاهبرنج به عنوان یک زیست­توده­ی لیگنوسلولزی ارزان، فراوان و در دسترس سنتز و برایهیدرولیز ترکیب­های سلولزی مختلف (سلولز میکروکریستالی، نشاسته، کربوکسی متیلسلولز و سلوبیوز)   مورد استفاده قرارگرفتند. مشخصات مختلف کاتالیست­های سنتز شده نظیر سطح ویژه، مورفولوژی سطح، گروه ­هایعاملی، ساختار و مکان­های اسیدی توسط آنالیزهای BET، SEM/EDS، TEM، FTIR، XRD، CHNS و NH₃-TPD مورد ارزیابیقرارگرفتند. بر اساس نتایج حاصل از این آنالیزها، کاتالیست سیلیس سولفونه دارایساختاری آمورف با سطح ویژه­­ی زیاد (m²/g467) می­باشد که گروه­های عاملی مختلفی مانند هیدروکسیل و سولفون درسطح آن قرار گرفته­اند. کل چگالی اسیدی در سطح این کاتالیست 31/1 میلی مول بر گرممی­باشد که 13/0 میلی مول بر گرم متعلق به گروه­های عاملی سولفون است. همچنینکاتالیست کربن سولفونه دارای ساختاری آمورف با سطح ویژه­ی زیاد (m²/g754) است و دارایگروه­های عاملی مختلفی نظیر هیدروکسیل، سولفون و کربوکسیل است. کل چگالی اسیدی درسطح این کاتالیست 01/3 میلی مول بر گرم است که 20/0 میلی مول بر گرم متعلق به گروه­هایعاملی سولفون می­باشد. تثبیت ذرات مغناطیسی نیکل فریت روی سطح کربن به شدت سطح ویژه­یآن را کاهش داد به طوری­که مقدار آن به m²/g168 کاهش یافته است. با این وجود حضور این ذراتباعث افزایش مکان­های اسیدی در سطح کاتالیست (97/3 میلی مول بر گرم) گردیده که24/0 میلی مول بر گرم متعلق به گروه­های عاملی سولفون است. در مراحل اول و دومپژوهش اثر کاتالیستی سیلیس سولفونه و کربن مغناطیسی سولفونه در هیدرولیز سلولز میکروکریستالیپیش­فرآوری شده با فسفریک اسید مورد بررسی قرار گرفت و پارامترهای عملیاتی مختلفیهمچون دمای هیدرولیز(170-130 درجه­ی سلسیوس)، زمان واکنش (4-1 ساعت) و نسبت کاتالیستبه خوراک (1-0 گرم بر گرم) بر بازده تولید قندهای احیا و گلوکز بررسی گردید. بیش­ترینمیزان قندهای احیای حاصل از سلولز میکروکریستالی پیش­فرآوری شده با کاتالیست سیلیسسولفونه و کربن مغناطیسی سولفونه به ترتیب 9/51 درصد در مدت زمان 3 ساعت تحت دمای150 درجه­ی سلیوس و 5/68 درصد در مدت زمان 3 ساعت تحت دمای 130 درجه­ی سلیوس به­دستآمده است. در مرحله­ی سوم پژوهش عملکرد کاتالیسستی کربن سولفونه بر هیدرولیز ترکیب­هایسلولزی مختلفی همچون سلوبیوز، نشاسته، کربوکسی متیل سلولز، سلولز میکروکریستالی وسلولز میکروکریستالی پیش­فرآوری شده مورد بررسی قرار گرفت تا اثر آن بر میزان تولیدهیدروژن زیستی طی فرآیند تخمیر تاریک بررسی شود. در تمامی خوراک­های هیدرولیز شدهدر حضور کاتالیست میزان تولید قندهای احیا، هیدروژن زیستی و اتانول زیستی در مقایسه با خورا­ک­هایهیدرولیز شده در شرایط مشابه عملیاتی بدون حضور کاتالیست افزایش یافته و این نتیجهاثربخشی هیدرولیز کاتالیستی در افزایش راندمان فرآیند تخمیر تاریک را نشان می­دهد.در مرحله­ی نهایی این پژوهش، نمونه­های کاه پیش­فرآوری شده با قلیاهای مختلف تحت هیدرولیزآنزیمی و تخمیر تاریک قرارگرفتند و با نمونه­ی کاه برنج پیش­فرآوری نشده مقایسهگردیدند. طبق نتایج حاصله، تمامی روش­های پیش­فرآوری قلیایی راندمان تولید هیدروژنزیستی از کاه برنج را به­میزان قابل ملاحظه­ای افزاش دادند به­طوری­که راندمان تولیدهیدروژن از هر یک از نمونه­های پیش­فرآوری شده با سدیم هیدروکسید، پتاسیم هیدروکسید،سدیم کربنات و کاه برنج پیش­فرآوری نشده به ترتیب 1/64، 3/136، 3/129 و 9/35 میلی­لیتربر گرم کاه به­دست آمد.

کلمات کلیدی: انتروباکتر آئروژنز، تخمیر تاریک، هیدرولیز، سیلیسسولفونه، کاه برنج، کربن سولفونه، نانوذرات مغناطیسی نیکل فریت.