ها28
3-1 مواد مورد استفاده……………………………………………………………………………………………………………………………….. 28
3-1-1 پارچه پنبه-پلی استر و پنبه خالص……………………………………………………………….. 28
3-1-2 کربنات سدیم………………………………………………………………………………………………………………………………… 29
3-1-3 آنزیمهای مورد استفاده در هیدرولیز آنزیمی…………………………………………………………………………………………. 29
3-1-4 مخمر استفاده شده در تخمیر…………………………………………………………………………………………………………….. 29
3-1-5 کیت گلوکز…………………………………………………………………………………………………………………………………… 29
3-1-6 سایر مواد مورد نیاز…………………………………………………………………………………………………………………………. 29
3-2 مخلوط میکروبی…………………………………………………………………………………………………………………………………. 29
3-3 تجهیزات به کار رفته…………………………………………………………………………………………………………………………….. 30
3-3-1 حمام روغن…………………………………………………………………………………………………………………………………… 30
3-3-2 حمام آب……………………………………………………………………………………………………………………………………… 30
3-3-3 اتوکلاو………………………………………………………………………………………………………………………………………… 30
3-3-4 کوره……………………………………………………………………………………………………………………………………………. 30
3-3-5 آون…………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 30
3-3-6 راکتور…………………………………………………………………………………………………………………………………………. 30
3-3-7 شیکر انکوباتور………………………………………………………………………………………………………………………………. 30
3-3-8 سانتریفوژ………………………………………………………………………………………………………………………………………. 31
3-3-9 اسپکتروفوتومتر………………………………………………………………………………………………………………………………. 31
3-3-10 دستگاه کروماتوگرافی گازی…………………………………………………………………………………………………………… 31
3-3-11……… دستگاه کروماتوگرافی مایع با بازده بالا 31
3-3-12……… سایر تجهیزات مورد نیاز……………………………………………………………………… 32
3-4 روش انجام آزمایش ها…………………………………………………………………………………………………………………………. 32
3-4-1 تعیین مقدار جامدات کل و جامدات فرار……………………………………………….. 32
3-4-2 آنالیز ترکیب ها……………………………………………………………………………………………………….. 33
3-4-3 ……… عملیات پیش فرآوری……………………………………………………………………………………… 33
3-4-4 آزمایش تولید بیوگاز در سیستم ناپیوسته…………………………………………….. 34
3-4-5 اندازه گیری و آنالیز بیوگاز تولید شده…………………………………………….. 35
3-4-6 هیدرولیز آنزیمی…………………………………………………………………………………………………….. 36
3-4-7 ……… تعیین میزان قند آزاد شده از هیدرولیز آنزیمی 36
3-4-8 تخمیر…………………………………………………………………………………………………………………………………………… 37
3-4-9 ظرفیت جذب آب…………………………………………………………………………………………………………………………… 37
3-4-10 ……. بررسی ساختار ترکیب ها…………………………………………………………………………… 37

فصل چهارم: ارائه و تحلیل نتایجError! Bookmark not defined.
4-1 مشخصات مخلوط میکروبی…………………………………………………………………………………………………………………… 38
4-2 پیش فرآوری………………………………………………………………………………………………………………………………………… 39
4-2-1 ……… مقدار جامدات کل و جامدات فرار پنبه و پارچه 39
4-2-2 ……… بررسی تغییرات سطح پنبه در اثر پیش فرآوری با استفاده از تصاویر میکروسکوپ الکترونی رویشی…………………………………………………………………………………………….. 40
4-2-3 نتایج حاصل از FTIR و بررسی بلورینگی و ساختار سلولز………………………………………………………………………. 42

4-2-4 ……… نتایج میزان جذب آب نمونه ها………………………………………………………… 44
4-3 ترکیب درصد فاز جامد و مایع بدست آمده از پیش فرآوری…………………………………………………………………………. 46
4-3-1 موازنه جرم کلی فرآیند……………………………………………………………………………………….. 46
4-3-2 ……… ترکیبات محلول حاصل از پیش فرآوری……………………………………………… 46
4-3-3 ترکیبات جامد باقی مانده از پیش فرآوری……………………………………………….. 46
4-3-4 ……… بررسی ساختار پلی استر…………………………………………………………………………… 47
4-4 تولید بیوگاز……………………………………………………………………………………………………………………………………….. 48
4-4-1 ……… مقادیر متان حاصل از هضم بی هوازی……………………………………………… 48
4-4-2 کیفیت بیوگاز تولیدی………………………………………………………………………………………….. 52
4-5 نتایج تولید اتانول…………………………………………………………………………………………………………………………………. 53
4-5-1 ……… نتایج حاصل از هیدرولیز آنزیمی…………………………………………………… 53
4-5-2 ……… نتایج حاصل از تخمیر……………………………………………………………………………… 55

فصل پنجم:نتیجه گیری و ارائه پیشنهادات
5-1 مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 57
5-2 نتایج کلی حاصل از تحقیق……………………………………………………………………………………………………………………. 57
5-3 پیشنهاد ها…………………………………………………………………………………………………………………………………………… 59
مراجع…………………………………………. 60

فهرست شکل ها


عنوان………………………………………….صفحه

شکل ‏1‑1-مراحل انجام این پروژه 4
شکل ‏2‑1-مراحل کلی تولید بیوگاز 9
شکل ‏2‑2-روند کلی مدیریت ضایعات نساجی 13
شکل ‏2‑3- نمودار طبقه بندی الیاف 14
شکل ‏2‑4- ساختمان شیمیایی پلی استرهای مورد استفاده در تهیه لیف 16
شکل ‏2‑5-مکانیزم هیدرولیز قلیایی پلی استر 17
شکل ‏2‑6- گیاه پنبه 18
شکل ‏2‑7- تصویر سطح مقطع طولی و عرضی الیاف پنبه 19
شکل ‏2‑8- ساختار لیف پنبه 19
شکل ‏2‑9- شمایی از پیوند هیدروژنی و اتصالات (1→4) بتا گلوکوسایدی 21
شکل ‏2‑10-ساختار سلولز 22
شکل ‏2‑11- واحد تکرارشونده تشکیل دهنده سلولز 22
شکل ‏3‑1- تصویر پارچه و پنبه مورد استفاده در پیش فرآوری قلیایی 28
شکل ‏3‑2- طراحی آزمایش به شکل فاکتوریل کامل برای پیش فرآوری قلیایی 34
شکل ‏3‑3-منحنی برازش خطی استاندارد متان و CO₂35
شکل ‏4‑1-تصویر SEM از نمونه پنبه خام با بزرگنمایی 500 و 1000 40
شکل ‏4‑2-تصویر SEM از نمونه پنبه پیش فرآوری شده 41
شکل ‏4‑3-تصویر SEM از نمونه الیاف پنبه موجود در پارچه پنبه-پلی استر 42
شکل ‏4‑4- تصویر SEM از نمونه الیاف پنبه باقیمانده از پارچه پنبه-پلی استر پیش فرآوری شده 41
شکل ‏4‑5- نمودار جذب بر حسب عدد طول موج حاصل از آنالیز FTIR نمونه های پنبه 42
شکل ‏4‑6- نمودار جذب حاصل از آنالیز FTIR نمونه های پلی استر 47
شکل ‏4‑7-نمودار میله ای تجمعی میزان تولید متان از نمونه پارچه 49
شکل ‏4‑8-نمودار میله ای تجمعی میزان تولید متان از نمونه پنبه 50
شکل ‏4‑9-نمودار میله ای تجمعی تولید متان نمونه های پارچه، پنبه و نمونه ویسکوز 50
شکل ‏4‑10-نمودار میزان تجمعی متان تولیدی از نمونه پارچه 51
شکل ‏4‑11-نمودار میزان تجمعی متان تولیدی از نمونه پنبه 51
شکل ‏4‑12- بازده هیدرولیز آنزیمی نمونه های پیش فرآوری شده پارچه 63
شکل ‏4‑13- بازده هیدرولیز آنزیمی نمونه های پنبه 63
شکل ‏4‑14- بازده اتانول حاصل از تخمیر نمونه های پارچه و پنبه 56

فهرست جداول

عنوان………………………………………….صفحه

جدول ‏2‑1- جدول گروه بندی حلال های سلولز[52] 23
جدول ‎4‑1-غلظت و درصد جامدات کل و فرار مخلوط میکروبی.. 39
جدول ‎4‑2-درصد جامدات کل و جامدات فرار مربوط به پنبه و پارچه پیش فرآوری شده و خام. 39
جدول ‎4‑3- میزان جذب بدست آمده از نمودار FTIR مربوط به گروه های عاملی مختلف…. 43
جدول ‎4‑4 شاخص بلورینگی نمونه های پیش فرآوری شده و پیش فرآوری نشده -. 44
جدول ‎4‑5- ظرفیت جذب آب مربوط به پنبه پیش فرآوری شده و خام. 45
جدول ‎4‑6- ظرفیت جذب آب مربوط به پارچه پیش فرآوری شده و خام. 45
جدول ‎4‑7- نتایج حاصل از آنالیز FTIR نمونه های پلی استر. 47
جدول ‎4‑8- نسبت های جذبی نمونه ِ های پلی استر. 48
جدول ‎4‑9- کیفیت بیوگاز تولیدی از پارچه، پنبه و نمونه ویسکوز. 52
جدول ‎4‑10- غلظت اتانول تولیدی پس از 24 ساعت تخمیر پارچه و پنبه پیش فرآوری شده و نشده. 55

1 فصل اول

فصل اول: مقدمه

1-1 اهمیت پروژه

بشر از هزاران سال پیش از میلاد مسیح با اهداف گوناگونی از الیاف نساجی استفاده می کند. گرچه تاریخچه مستندی از تکامل صنعت نساجی در دست نیست اما در ابتدا الیاف نساجی برای حمل مواد غذایی و در تهیه حصیر به عنوان سرپناه به کار می رفتند. در مراحل بعدی تکامل، الیاف نساجی به عنوان البسه مورد استفاده قرار گرفتند و امروزه در زمینه های گوناگونی چون پوشاک، وسایل خانه و صنایع کاربرد دارند[1].
به دلیل افزایش جمعیت و ارتقاء سطح استانداردهای زندگی مصرف الیاف[1] در چند دهه اخیر به شدت افزایش یافته است. به طوری که در سال 2012 حجم تولیدات نساجی با 9/1 % افزایش به 5/88 میلیون تن رسید.گرچه ممکن است این الیاف پس از پایان طول عمر به نحوی دوباره در غالب محصولی دیگر مورد استفاده قرار گیرند، اما در نهایت دیر یا زود به عنوان زباله دور ریخته می شوند و الیاف جدید جایگزین الیاف فرسوده و کهنه می شوند]2و3[.
تولید بیشتر به معنی مواد پسماند بیشتر، و همچنین اثرات زیست محیطی مخرب تر است. امروزه مواد پسماند نساجی[2] عمدتا توسط: استفاده مجدد(کالاهای نساجی دست دوم)[3]، استفاده مجدد در تولیدات(به عنوان ماده پرکنندهو استفاده در سایر بخش های صنعت نساجی)[4]، بازیافت[5](پلی استر)، تهیه کود کمپوست، دفن و یا سوزاندن [6]مدیریت می شوند. برخی از کارشناسان روش سوزاندن را برای تبدیل مواد پسماند به انرژی پیشنهاد می کنند، اما این روش با آزادسازی مواد سمی چون دیوکسین ها[7]، فلزات سنگین، اسید، گاز و ذرات گرد و غبار همراه است که همگی برای سلامت انسان و محیط زیست مضر هستند. همچنین سوزاندن مواد پسماند نیاز به تجهیزات پیشرفته دارد و حذف کامل مواد خطرناک نیز غیر ممکن است. دفن مواد پسماند به سبب ایجاد گازهای سمی آلوده کننده محیط زیست و هزینه بالایی که دربر دارد، آخرین و ناکارآمدترین راهکار جهت دفع مواد پسماند نساجی است[2]. بیش از 90% الیاف نساجی قابل بازیافت اند که یکی از راهکارهای دوستدار محیط زیست جهت دفع مواد پسماند نساجی است. اما فقدان روش مقرون به صرفه بازیافت در مقیاس وسیع و همچنین تنوع زیاد الیاف و رنگ های به کار رفته در پارچه از جمله محدودیت های این روش محسوب می شوند[3].
به دلیل نگرانی های اقتصادی و زیست محیطی در چند دهه اخیر تحقیقات بسیاری جهت یافتن منابع انرژی تجدید پذیر قابل جایگزینی با سوخت های فسیلی صورت گرفته است. بیوگاز یکی از سوخت های زیستی است که از طریق هضم بی هوازی[8] بسترهای آلی بدست می آید و می تواند در تولید حرارت و نیرو جایگزین مناسبی برای سوخت های فسیلی باشد یا حتی به عنوان سوخت وسایط نقلیه گازسوز مورد استفاده قرار گیرد. این سوخت بیولوژیک مزایای فراوانی از جمله قابلیت تجدیدپذیری، کاهش آزادسازی گازهای گلخانه ای[9] و تخفیف گرم شدن زمین در اثراین گازها، کاهش وابستگی به سوخت های فسیلی، انعطاف پذیری در مصرف نهایی و استفاده از مواد پسماند به عنوان ماده اولیه به همراه دارد[4].
حدود 6/31 % از الیاف تولیدی نساجی را الیاف پنبه ای[10] تشکیل می دهند. الیاف جامدهای غنی از سلولز هستند که می توانند به عنوان خوراک در فرآیند هضم بی هوازی مورد استفاده قرار گیرند. با این وجود، تولید مناسب بیوگاز از مواد پسماند نساجی نیازمند توسعه فرآیند مناسب می باشد[5].
اگر مواد پسماند پنبه ای به طور مستقیم در فرآیند بیوگاز به عنوان خوراک استفاده شود به بازده تولید متان مطلوبی بدست نمی آید. بنابراین جهت افزایش بازده لازم است که فرآیند های مقدماتی پیش فرآوری[11] روی مواد پسماند صورت گیرد[6].
به کمک انجام عملیات پیش فرآوری مناسب بر روی مواد پسماند نساجی می توان به اهدافی چون تشکیل ساختاری سلولزی با بلورینگی کمتر، کاهش ناخالصی های موجود در کالا و همچنین افزایش سطح در دسترس سوبسترا دست یافت[7].

1-2 هدف

در این تحقیق پیش فرآوری کربنات سدیم جهت بهبود تولید بیوگاز از پارچه پنبه-پلی استر به عنوان هدف اصلی مورد نظر قرارگرفت و شرایط بهینه تولید بیوگاز حاصل گردید. نمونه پنبه ای جهت مقایسه تحت شرایط دمایی و غلظتی مشابه پارچه پنبه-پلی استر پیش فراوری شد. بررسی میزان بهبود تولید اتانول و افزایش سطح در دسترس آنزیمی نمونه های پنبه و پارچه در اثر اعمال پیش فرآوری از اهداف فرعی پروژه بود. بررسی میزان جداسازی جزء پنبه از پلی استر در عملیات پیش فرآوری در دمای 150درجه سانتی گراد و غلظت 5/0 مولار نیز از اهداف فرعی پروژه بود. نوآوری این پروژه اثر محلول قلیایی بر کاهش بلورینگی و ناخالصی جزء پنبه ای و همچنین هیدرولیز همزمان بیش از 97 درصد بخش پلی استری در دمای 150 درجه است. مراحل انجام کار در شکل ‏1‑1 ملاحظه می شود.