Διερεύνηση παραγωγής βιοδιαλυτών από οργανικό βιομηχανικό απόβλητο

Σπυροπούλου, Δήμητρα; Spyropoulou, Dimitra

dc.contributor.author	Σπυροπούλου, Δήμητρα	el
dc.contributor.author	Spyropoulou, Dimitra	en
dc.date.accessioned	2023-02-24T11:09:30Z
dc.date.available	2023-02-24T11:09:30Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/57165
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.24863
dc.rights	Default License
dc.subject	Βιοδιαλύτες	el
dc.subject	Βιομηχανικό απόβλητο	el
dc.subject	Βιοαιθανόλη	el
dc.subject	Γαλακτικό οξύ	el
dc.subject	Γαλακτικός αιθυλεστέρας	el
dc.title	Διερεύνηση παραγωγής βιοδιαλυτών από οργανικό βιομηχανικό απόβλητο	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Χημικές Επιστήμες	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-10-07
heal.abstract	Η παραγωγή των βιομηχανικών αποβλήτων, τα οποία προέρχονται, είτε από τις διάφορες βιομηχανικές διαδικασίες, είτε αποτελούν προϊόντα παραγωγής που παύουν να έχουν χρηστικότητα λόγω αστοχίας φθορών ή παλαιότητας, παρουσιάζει εκθετική πορεία στη σύγχρονη εποχή, λόγω των αυξημένων αναγκών των πολιτών. Αποτελεί, έτσι, επιτακτική ανάγκη η υιοθέτηση μιας νέας κουλτούρας που θα περιλαμβάνει την ανάπτυξη μονάδων ορθής περιβαλλοντικής διαχείρισης τους και την εκμετάλλευση τους με σκοπό την ανάκτηση ενέργειας και προϊόντων. Στόχος, λοιπόν, της παρούσας διπλωματικής ήταν η διερεύνηση της παραγωγής βιοαιθανόλης και γαλακτικού οξέος από βιομηχανικό απόβλητο και η βελτιστοποίηση των διεργασιών αυτών. Οι παράγοντες που εξετάστηκαν ήταν η φόρτιση στερεών, οι ποσότητες των ενζύμων (αμυλάση-Spirizyme EXCEL και λακτάση-Lactozyme pure), οι προστιθέμενοι μικροοργανισμοί (για τα πειράματα αιθανόλης Saccharomyces cerevisiae και για τα πειράματα γαλακτικού οξέος Saccharomyces cerevisiae, εμπορικό σύμπλεγμα πηκτικών ενζύμων, μείγμα Lactobacillus & Streptococcus, μείγμα Lactobacillus και ελεύθερη μεικτή καλλιέργεια γαλακτοβάκιλλων και ζυμομυκήτων). Έπειτα, διερευνήθηκε η παραγωγή του γαλακτικού αιθυλεστέρα, μέσω μιας αμφίδρομης αντίδρασης αιθανόλης και γαλακτικού οξέος. Η πρώτη ύλη που χρησιμοποιήθηκε για τις παραπάνω διεργασίες ήταν απόβλητο βιομηχανίας παραγωγής βρεφικών τροφών της εταιρείας ΓΙΩΤΗΣ. Το απόβλητο αυτό χαρακτηρίστηκε φυσικοχημικά με βάση τις πρότυπες μεθόδους ανάλυσης από όπου προέκυψε η ακόλουθη σύσταση: άμυλο 31 ± 1.34 % w/w, λακτόζη 31.00 ± 3.20 % w/w, γαλακτικό οξύ 2.00 ± 0.09 % w/w και ελεύθερη γλυκόζη 7.54 ± 0.84 % w/w. Όσον αφορά την παραγωγή βιοαιθανόλης με ταυτόχρονη σακχαροποίηση και ζύμωση (SSF), εξετάστηκε η επίδραση της συγκέντρωσης του μικροοργανισμού Saccharomyces cerevisiae (2%, 3% w/w του ξηρού βάρους) και της ποσότητας ενζύμων (μόνο αμυλάσης- 40, 60μL/g αμύλου, αμυλάσης και λακτάσης - 8mg/g λακτόζης) σε θερμοκρασία 35οC. Τα φορτία στερεών που μελετήθηκαν ήταν 15, 20, 25, 30, 35, 40% w/w με διάρκεια ζύμωσης 24 και 48 ώρες. Υψηλότερη συγκέντρωση αιθανόλης παρουσίασε το πείραμα με φορτίο 35% w/w με χρήση μόνο αμυλάσης, ίση με 103.50 ± 3.24 g/L και απόδοση σε αιθανόλη ίση με 89.42 ± 2.76%. Από τα πειράματα προσθήκης αμυλάσης και λακτάσης, βέλτιστα ήταν αυτά για φορτίο 20% w/w με συγκέντρωση αιθανόλης ίση με 61.25 ± 1.77 g/L και απόδοση 82.12 ± 2.28%. Έπειτα, δοκιμάστηκε ανακλιμάκωση των βέλτιστων συνθηκών σε 4L αντιδραστήρα, όπου επιτεύχθηκε βέλτιστη συγκέντρωση αιθανόλης ίση με 90g/L στις 45.5h και απόδοση σε αιθανόλη 77.98%. Σχετικά με την παραγωγή του γαλακτικού οξέος διερευνήθηκαν διάφορες καλλιέργειες μικροοργανισμών και η χρήση δύο διαφορετικών ενζύμων (αμυλάσης- 40μL/g αμύλου, λακτάσης 5mg/g λακτόζης) με φορτίο στερεού 10% w/w και θερμοκρασία 40οC. Τα πειράματα με τη μεικτή καλλιέργεια, εμφάνισαν υψηλότερη συγκέντρωση γαλακτικού οξέος ίση με 42.35g/L στις 216h (9d) με προσθήκη και των δύο ενζύμων. Στη συνέχεια, εξετάστηκε η εφαρμογή επαναλαμβανόμενων ζυμώσεων (repeated fermentation) με τη μεικτή καλλιέργεια, για περαιτέρω αύξηση της συγκέντρωσης. Η βέλτιστη συγκέντρωση παρατηρήθηκε στο πείραμα που προστέθηκαν και τα δύο ένζυμα και ήταν ίση με 39.83g/L στις 72h (3d), ανάλογη με την συγκέντρωση που επιτεύχθηκε με την απλή ζύμωση στις 216h (9d). Τέλος, πραγματοποιήθηκαν αντιδράσεις παραγωγής του γαλακτικού αιθυλεστέρα με μοριακή αναλογία αιθανόλης /γαλακτικού οξέος ίση με 3/1 και προσθήκη του καταλύτη Amberlyst 15 σε κλάσμα βάρους wcat=0.1. Η βέλτιστη μετατροπή γαλακτικού οξέος, που επιτεύχθηκαν κατά τη χημική αντίδραση ήταν 59.85% στα 255min με χρήση γαλακτικού οξέος 80%. Εξετάστηκε επιπλέον η αντικατάσταση της εμπορικής, πετρελαϊκής προέλευσης, αιθανόλης με βιοαιθανόλη 90% (που παρήχθη στις βέλτιστες συνθήκες). Στην περίπτωση αυτή επιτεύχθηκε μετατροπή γαλακτικού οξέος ίση με 54.01% στα 270min. Συμπερασματικά, στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής αποδείχθηκε ότι είναι τεχνικά εφικτή η μετατροπή οργανικών βιομηχανικών αποβλήτων σε προϊόντα προστιθέμενης αξίας όπως βιοαιθανόλη, γαλακτικό οξύ και γαλακτικός αιθυλεστέρας. Περαιτέρω βελτιστοποίηση των διεργασιών και απομόνωση των προϊόντων λαμβάνοντας τεχνοοικονομικούς παράγοντες είναι απαραίτητη.	el
heal.advisorName	Παυλάτου, Ευαγγελία	el
heal.committeeMemberName	Παυλάτου, Ευαγγελία	el
heal.committeeMemberName	Δέτση, Αναστασία	el
heal.committeeMemberName	Μαγουλάς, Κωνσταντίνος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	120 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false