پديد آورندگان :
شفيعي امريي، شيدا دانشگاه شهيد بهشتي - پرديس زير اب - دانشكده مهندسي فناوريهاي نوين - گروه مهندسي پالايش زيستي , رسولي گرمارودي، اسماعيل دانشگاه شهيد بهشتي - پرديس زير اب - دانشكده مهندسي فناوريهاي نوين - گروه مهندسي پالايش زيستي , جعفري پطرودي، رحمان دانشگاه شهيد بهشتي - پرديس زير اب - دانشكده مهندسي فناوريهاي نوين - گروه مهندسي پالايش زيستي , رمضاني، اميد دانشگاه شهيد بهشتي - پرديس زير اب - دانشكده مهندسي فناوريهاي نوين - گروه مهندسي پالايش زيستي
چكيده فارسي :
سابقه و هدف: امروزه صنايع خمير و كاغذ، به دليل محدوديت‌هاي تامين ماده اوليه، ناكارآمدي در دست‌يابي به نظام توليد محصولات چندگانه ارزشمند، هدررفت بخش زيادي از مواد اوليه حين فراوري، و نيز با توجه به محدوديت استفاده از سوخت‌هاي فسيلي در راستاي توسعه پايدار، بايد به فكر توسعه و اصلاح روش‌هاي پربازده نظير پالايش زيستي باشند. پالايش زيستي با به‌كارگيري روش‌هاي پيش‌تيمار مختلف، ماده اوليه را به اجزاي آن تبديل مي‌كند. بدين وسيله مي‌توان به محصولات واسط مانند قندها (گلوكز و زايلوز) دست يافت كه در گام بعدي قابل تبديل به محصولات زيست‌پايه با ارزش افزوده بيشتر هستند. اين تحقيق، با رويكرد پالايش زيستي و به منظور بررسي پتانسيل يكي از مهمترين پسماندهاي صنايع كاغذسازي (مغز باگاس)، با تمركز بر استخراج همي‌سلولز ارزشمند زايلان براي توليد محصولات با ارزش افزوده بيشتر انجام شد. مواد و روش‌ها: پس از آماده‌سازي اوليه مغز باگاس، تركيبات شيميايي آن بر اساس روش‌هاي استاندارد تعيين شد. براي سهولت دست‌يابي به كيفيت و كميت بهتر زايلان، مغز باگاس تحت دو فرايند پيش‌تيمار قليايي (روش پخت سودا با غلظت‌هاي هيدروكسيد سديم 2، 4، 6 و 8 درصد، زمان 5 و 15 دقيقه و دماهاي 110و140 درجه سانتي‌گراد) و رنگ‌بري با كلريت سديم فراوري اوليه و سپس بازده و ميزان ليگنين آنها ارزيابي شد. نمونه‌هاي رنگ‌بري‌شده، به منظور استخراج زايلان با درصدهاي مختلف هيدروكسيد سديم (8، 10 و 14درصد) تيمارشدند. براي نمونه‌هاي استخراج‌شده، افت وزني، نرخ بازيابي و درصد استخراج زايلان محاسبه شد و تحت طيف‌سنجي ftir نيز قرار گرفتند. نتايج و بحث: نتايج نشان داد كه در تركيبات شيميايي موجود در مغز باگاس بدون پيش‌تيمار حدود 26% زايلان و مقدار 20% ليگنين وجود دارد. در فراوري اوليه مغز باگاس، با توجه به در نظر گرفتن بازده بيشتر و ليگنين كمتر در خميرها، شرايط 8% غلظت هيدروكسيد سديم، زمان استخراج 5 دقيقه و دماي 110 درجه سانتي‌گراد، و نيز در بخش رنگ‌بري، فرايند 6 مرحله‌اي به‌دليل داشتن هولوسلولز بيشتر و ليگنين كمتر خمير انتخاب شدند. اين موضوع نشان مي‌دهد كه ليگنين‌زدائي (پخت قليائي) از يك سو، باعث خروج ليگنين مي‌شود و از سوي ديگر، استخراج همي‌سلولز را تسهيل مي‌كند. بنابراين، مي‌توان انتظار داشت كه با استخراج قليايي با هيدروكسيد سديم بتوان استخراج زايلان را از ساختار مغز باگاس بهبود بخشيد. در بخش استخراج زايلان نيز با افزايش مصرف هيدروكسيد سديم از 8 تا 14 درصد نرخ بازيابي زايلان تا 22% افزايش يافته كه در اين شرايط ميزان زايلان استخراج‌شده معادل 4/53 گرم بوده است. طيف‌سنجي ft-ir نيز بيانگر آن است كه همي‌سلولز غالب در بين همي‌سلولزهاي موجود در مغز باگاس از نوع زايلان بوده و همچنين با پيش‌تيمار قليايي و رنگ‌بري حضور ليگنين كاهش و با افزايش مصرف هيدروكسيد سديم ميزان استخراج زايلان زياد شده است. نتيجه‌گيري: مغز باگاس سرشار از كربوهيدرات به‌ويژه زايلان است، به‌طوري‌كه انجام پيش‌تيمارهاي قليايي و رنگ‌بري روي آن باعث پايين آمدن ميزان ليگنين و دسترسي‌پذيري بيشتر به اين كربوهيدرات‌ها مي‌شود. در نهايت، استخراج زايلان توسط هيدروكسيد سديم 14 درصد با بيشترين ميزان راندمان و درصد زايلان استخراج‌شده به‌عنوان بهينه استخراج پيشنهاد مي‌شود كه بر اساس مفهوم پالايش زيستي مي‌توان از آن براي توليد محصولات مختلف زيست‌پايه استفاده كرد.
چكيده لاتين :
Introduction: Nowadays, dues to limitations in raw material supplies, the pulp and paper industries face problems in achieving an efficient system for producing multiple and valuable products. Moreover, the loss of a large portion of raw material during processing and restrictions on the use of fossil fuels with regard to sustainable development, need to be addressed through the development and reform of efficient methods such as bio-refinery. By using various pre-treatment methods, bio-refinery breaks down raw material to their parts to obtain intermediate products such as sugars (glucose and xylose) that can be transformed into bio-based products with high value-added at the next step. By using a bio-refinery approach to evaluate the potential of the most important papermaking industrial waste, this study was carried out by focusing on xylan hemicellulose extraction for the production of high value-added products.
Materials and methods: After the first preparation of bagasse pith, its chemical compounds were determined using the standard methods. For ease in obtaining a better quality and quantity of xylan, bagasse pith was treated with two process of alkali pre-treatment (soda cooking with 2, 4, 6 and 8% alkali concentration for 5 and 15 minutes and at a temperature of 110 and 140 ˚C) and bleaching with sodium chlorite. This was then evaluated in terms of yield and lignin content. For the xylan extraction, the bleached pulps were treated with NaOH in different dosages (8, 10 and 14 %). Extracted samples were characterized by weight loss, recovery rate, percentage of xylan extraction as well as FT-IR spectroscopy.
Results and discussion: Results showed that 26% of xylan and 20% of lignin in chemical compounds are present in the untreated bagasse pith. During the first processing of bagasse pith, the conditions of an 8% concentration for NaOH, an extraction time of 5 minutes and a temperature of 110 ˚C were selected due to the greater yield and less lignin of the pulps, as well as a 6-step bleaching process in part due to greater holocellulose and less lignin. This showed that delignification (alkali cooking) led to lignin removlg as well as facilitating of the hemicellulose extraction. Hence, it can be expected improve of the xylan extraction with alkali extraction. In xylan extraction, increasing of NaOH consumption from 8 to 14 percent increased the recovery rate of xylan to 22% so that, under these conditions, the extracted xylan content was 4.53 g. FT-IR spectra also confirmed that lignin decreased with alkali pre-treatment and bleaching and, by increasing NaOH consumption, xylan extraction was increased which is, of course, the major hemicellulose in bagasse pith.
Conclusion: Bagasse pith is rich in the carbohydrate specific xylan so that its alkali pre-treatment and bleaching led to lignin loss and more accessibility to this carbohydrate. Finally, xylan extraction using 14% NaOH was suggested as the optimized extraction method due to greatest yield and percentage of extracted xylan. Hence, it can used to produce bio-based products in a bio-refinery concept.
