Thạc Sĩ Nghiên cứu quy trình sản xuất butanol từ rơm rạ

MỞ ĐẦU

Xã hội loài người ngày càng đi lên, thời đại công nghệ ngày càng mở rộng.Vì được sử dụng với nhu cầu quá lớn, các nguồn nhiên liệu cơ bản như than đá, dầu mỏ ngày càng cạn kiệt.Việc sử dụng những nguồn nhiên liệu cơ bản đó cũng gây ô nhiễm môi trường ngày càng lớn.
Trước tình hình đó, việc kiếm ra các nguồn nhiên liệu sạch thay thế cho các nguồn nhiên liệu cơ bản là điều cấp bách. Trên thế giới nhu cầu nhiên liệu ethanol , butanol đang phát triển nhanh chóng ở các nước lớn như Hoa Kỳ, Trung Quốc, Ấn Độ, Braxin và Châu Âu nhằm mục tiêu giảm sự tiêu thụ dầu mỏ và tăng sử dụng nhiên liệu sinh học. Ở Việt Nam vấn đề sản xuất nhiên liệu sinh học ngày càng được chú trọng.
Nhiều nhà máy sản xuất cồn và bioethanol đang được đầu tư xây dựng và sản xuất ethanol, butanol.
Mặt khác Việt Nam là quốc gia với truyền thống trồng lúa nước lâu năm. Hàng năm sản lượng phụ phẩm nông nghiệp hay nói cách khác là rơm rạ được thải ra nhiều, một phần nhỏ được sử dụng làm thức ăn cho gia súc hoặc làm phân bón nhưng lượng sử dụng đó chỉ là một phần so với lượng thải ra. Trong khi đó rơm rạ là một nguồn nguyên liệu giàu lignoxenlulose và hemixenlulose có khả năng chuyển đổi thành đường pentose và hexose.
Thêm vào đó, các nghiên cứu về quy trình tạo butanol từ nguồn nguyên liệu biomass ở Việt Nam chưa có nhiều.Từ những vấn đề nêu trên, chúng tôi thực hiện đề tài “Nghiên cứu qui trình sản xuất butanol từ rơm rạ ”
MỤC LỤC
Lời cảm ơn . ii
Muc lục . iii
Danh sách các từ viết tắt v
Danh mục bảng . vi
Danh mục hình vii
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN TÀI LIỆU . 2
1.1 SƠ LƯỢC VỀ BIOFUEL 3
1.2 BUTANOL 4
1.2.1 Butanol 4
1.2.2 Butanol sinh học . 7
1.3 CÁC NGUỒN BIOMASS CHÍNH Ở VIỆT NAM 7
1.4 THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA RƠM RẠ . 8
1.5 CÁC ENZYM TRONG QUÁ TRÌNH THỦY PHÂN RƠM RẠ 9
1.5.1 Giới thiệu sơ lược enzym. . 9
1.5.2 Bộ Biomass Kit . 10
1.5.3 Enzyme sử dụng trong quá trình thủy phân rơm rạ 11
1.5.3.1 Cellulase 11
1.5.3.2 β-glucanase. . 12
1.5.3.3 Hemicellulase 13
1.5.3.4 Xylanase 14
1.6 QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT BUTANOL TỪ RƠM RẠ . 14
1.6.1 Tiền xử lý rơm rạ . 15
1.6.1.1 Mục đích nguyên tắc và tầm quan trọng của việc tiền xử lý . 15
1.6.1.2 Các phương pháp tiền xử lý . 15
1.6.2 Thủy phân . 18
1.6.3 Lên men Acetone- Butanol 19
1.6.3.1 Khái niệm chung . 19
1.6.3.2 Các quá trình chuyển hóa trong sự lên men . 20
1.6.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình lên men 25
1.7 CLOSTRIDIUM SACCHAROBUTYLICUM 30
CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP . 31
2.1 THỜI GIAN VÀ ĐỊA ĐIỂM NGHIÊN CỨU 32
2.2 NGUYÊN LIỆU DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT SỬ DỤNG . 32
2.2.1 Nguyên liệu . 32
2.2.2 Các thiết bị sử dụng . 32
2.2.3 Hóa chất sử dụng . 33
2.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG . 33
2.3.1 Tiền xử lý rơm rạ . 33
2.3.2 Xử lý enzym 34
2.3.3 Xác định hàm lượng đường khử bằng phương pháp DNS 34
iv
2.3.4 Phương pháp đo nồng độ Glucose, ABE 34
2.3.5 Phương pháp hoạt hóa vi khuẩn và lên men . 35
2.3.5.1 Cấy và bảo quản vi khuẩn 35
2.3.5.2 Phương pháp nhân giống 36
2.3.5.3 Phương pháp đếm vi khuẩn 36
2.3.5.4 Phương pháp lên men 37
2.3.5.5 Phương pháp lấy mẫu . 38
2.3.5.6 Phương pháp nhuộm đơn . 39
2.4 CÁC BƯỚC THÍ NGHIỆM . 39
2.4.1 Sơ đồ nghiên cứu 39
2.4.2 Giai đoạn tiền xử lý rơm rạ 40
2.4.2.1 Tiền xử lý bằng tác nhân vật lý 40
2.4.2.2 Tiền xử lý bằng tác nhân hóa học 40
2.4.3 Thủy phân bằng enzym: 42
2.4.3.1 Tối ưu hóa tổ hợp enzym 42
2.4.3.2 Tối ưu hóa nhiệt độ của tổ hợp enzym 43
2.4.3.3 Tối ưu pH của tổ hợp enzym: 44
2.4.3.4 Thủy phân rơm rạ đã xử lý cồn bằng Biomass Kit . 45
2.4.3.5 Thủy phân rơm rạ đã xử lý acetone bằng Biomass Kit . 46
2.4.4. Lên men . 47
2.4.4.1 Chuẩn bị dịch lên men: 47
2.4.4.2 Lên men đối chứng 48
2.4.4.3 Khảo sát các điều kiện tối ưu cho quá trình lên men . 48
CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN . 52
3.1 TIỀN XỬ LÝ RƠM RẠ BẰNG DUNG MÔI HỮU CƠ: . 53
3.2 THỦY PHÂN RƠM RẠ BẰNG BIOMASS KIT 56
3.2.1 Tối ưu hóa tổ hợp enzym. 56
3.2.2 Tối ưu hóa nhiệt độ của tổ hợp enzym. 57
3.2.3 Tối ưu pH của tổ hợp enzym. 59
3.2.4 Thủy phân rơm rạ đã xử lý cồn bằng Biomass Kit 60
3.2.5 Thủy phân rơm rạ đã xử lý acetone bằng Biomass Kit. . 61
3.2.6 Tổng kết giai đoạn thủy phân bằng enzym 63
3.3 KẾT QUẢ GIAI ĐOẠN LÊN MEN. . 64
3.3.1 Phản ứng với lượng lớn để thu dịch lên men: . 64
3.3.2 Lên men đối chứng . 66
3.3.3 Khảo sát các điều kiện tối ưu cho quá trình lên men. 67
3.4 TÍNH TOÁN HIỆU SUẤT. 70
3.5 THẢO LUẬN . 71
CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 74
4.1 KẾT LUẬN . 75
4.2 ĐỀ NGHỊ. 76
TÀI LIỆU THAM KHẢO . 77
PHỤ LỤC . 81