Lignoselülozik biyokütlenin sıvı piroliz ürünlerinden levoglukozanın kazanılması ve biyoetanol üretiminde kullanılması
Recovery of levoglucosan from liquid pyrolysis products of lignocellulosic biomass and using in bioethanol production
Yazar: EBRU YILMAZ
Danışman: PROF. DR. HAMDİ SONER ALTUNDOĞAN
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı / Biyomühendislik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering

Özet:
Bu çalışmada mobilya üretimi sırasında endüstriyel bir lignoselülozik atık olarak elde edilen MDF tozunun sabit yataklı bir piroliz sisteminde pirolizi ve elde edilen sıvı piroliz ürününde bulunan levoglukozanın biyoetanol üretiminde değerlendirilmesi araştırılmıştır. MDF tozunun seyreltik fosforik asit ile bir ön işleme tabi tutulmasıyla elde edilen materyalin,  400 °C sıcaklıkta sabit yataklı sistemde ısıtılmasıyla gerçekleştirilen bir piroliz işlemiyle kütlece yaklaşık % 40 oranında ve 66,5 g/kg konsantrasyonunda levoglukozan içeren bir sıvı ürün elde edildi. Bu sıvı ürünün 0,25 su: biyoyağ oranında ekstraksiyonu ile levoglukozanın % 92,5'i nin sulu çözeltiye alınabildiği belirlendi. Çözeltideki levoglukozanın 120 °C sıcaklıkta 0,54 M H2SO4 konsantrasyonunda 90 dk süreyle uygulanan bir hidroliz işlemiyle % 86'nın üzerinde bir oranla glikoza dönüşümü gerçekleştirilmiştir. Elde edilen bu hidrolizat, 40 g/L konsantrasyonunda katı Ca(OH)2 ilavesiyle inhibe edici bileşenlerin uzaklaştırılması için detoksifikasyon işlemine tabi tutulmuştur. Ayrıca, Ca(OH)2 çöktürmesiyle detoksifikasyondan elde edilen çözelti çeşitli kombinasyonlarda metil izobütil keton (MİBK) ekstraksiyonu, etil asetat (EA) ekstraksiyonu ve aktif karbon adsorpsiyonu işlemleri kullanılarak ileri detoksifikasyon işlemlerine tabi tutulmuştur. Farklı yöntemlerle detoksifiye edilen çözeltiler için Saccharomyces cerevisiae NRRL Y-12632 suşu kullanılarak fermantasyon deneyleri yapılmıştır. Maksimum biyoetanol verimi, Ca(OH)2 detoksifikasyonu-MIBK ekstraksiyonu-aktif karbon adsorpsiyonu işlemlerinin seri halde uygulandığı çözelti ile 0,47 g etanol/g glikoz olarak elde edilmiştir.

Abstract:
In this study, fixed bed pyrolysis of the MDF dust, which is an industrial lignocellulosic waste, obtained during furniture production and evaluation of levoglucosan existing in the liquid pyrolysis product for bioethanol production were investigated. It was obtained a liquid product that has levoglucosan content in 66,5 g/kg of concentration in the mass yield of 40 % by heating the material produced with diluted phosphoric acid pre-treatment of MDF dust at 400 °C of pyrolysis temperature in the fixed bed system. It was determined that 92,5 % of levoglucosan could be extracted to aqueous phase by using 0.25 of water: bio-oil ratio. The conversion of levoglucosan which is existing in aqueous solution to glucose was realized in the excess of 86 % by an acidic hydrolysis procedure applied in 0,54 M of H2SO4 concentration at 120 °C of temperature for 90 min. Obtained hydrolysate solution was subjected to a detoxification treatment by adding solid Ca(OH)2 in the concentration of 40 g/L to remove inhibitory substances. In addition, detoxified solution by Ca(OH)2 precipitation were subjected to advanced detoxification procedures by using of various combinations of methyl isobutyl ketone (MIBK) extraction, ethyl acetate (EA) extraction and activated carbon adsorption. The fermentation experiments were made for the solutions detoxified by using various detoxification routes with Saccharomyces cerevisiae NRRL Y-12632 strain. Maximum bioethanol production yield was obtained as 0,47 g ethanol/g glucose by using the solution prepared by successive treatments in series of Ca(OH)2 detoxification-MIBK extraction-activated carbon adsorption.