مهندس فریبا سادات کاملیان دانشجوی دوره دکتری مهندسی‌شیمی، به صورت مجازی در ساعت ۱۲:۳۰ روز شنبه ۲۹ آبانماه  ۱۴۰۰، از رساله خود با عنوان « تولید اتانول زیستی در محیط سنتزی با استفاده از غشا  اصلاح­ شده »با راهنمایی دکتر نعیم­پور و دکتر محمدی  دفاع خواهد نمود.

چکیده
به دلیل تجدیدناپذیری و مشکلات زیست­محیطی سوخت­های فسیلی، اخیراً تولید سوخت­ها­ی زیستی مانند اتانول­زیستی از منابع تجدیدپذیر شامل ضایعات کشاورزی (لیگنوسلولز) مورد توجه محققان قرار گرفته است. تخمیر کامل غلظت­های بالای قندهای شش (گلوکز) و پنج (زایلوز) کربنه حاصل از هیدرولیز لیگنوسلولزها، باعث افزایش بهره­وری تولید اتانول­زیستی می­گردد. اما غلظت بالای اتانول­زیستی تولیدشده حاصل از تخمیر این قند­ها می­تواند منجر به ممانعت­کنندگی عملکردی برای میکروارگانیسم­ها شود. در این پژوهش، هدف افزایش بهره­وری اتانول­زیستی در تخمیر دومرحله­ای غلظت­های بالای دو قند گلوکز (G)-زایلوز (X) توسط زایموموناس موبیلیس و پیشیا استیپیتیس  با رفع ممانعت­کنندگی در راکتور زیستی تراوش­تبخیری است. تولید اتانول­زیستی ابتدا در غلظت­ پایین (g/L ۲۰:X-۳۰:G) و حالت­های مختلف حضور دو میکروارگانیسم در دومرحله با سلول­های آزاد و تثبیت­شده بررسی شد. حالت متوالی-همزمان تثبیت­شده به دلیل افزایش بازده تولید اتانول­زیستی و درصد تبدیل بالاتر قندها و همچنین هزینه و زمان کمتر انتخاب گردید. نتایج نشان داد که سلول تثبیت­شده­ نسبت به آزاد باعث افزایش تبدیل زایلوز (۸۳ به ۱۶%) و بازده تولید اتانول­زیستی (۵۴/۰ به g_e/g_s ۳۱/۰) شد. در حالت متوالی-همزمان تثبیت­شده، با افزایش غلظت تاg/L  ۸۰:X-۱۲۰:G، گلوکز به طور کامل مصرف شد. درحالی­که، مصرف زایلوز در غلظت متوسط (g/L ۶۰:X-۹۰:G) به دلیل غلظت بالای اتانول­زیستی تولیدی متوقف گردید. برای رفع این ممانعت­کنندگی، یک غشای نانوکامپوزیتی فوق­آبگریز با پایه سرامیکی برای جداسازی اتانول­زیستی طراحی و ساخته شد. بهینه­سازی درصد اجزا و دمای پخت پایه­ی سرامیکی با روش طراحی آزمایش تاگوچی و پوشش­دهی لایه­ی نانوکامپوزیتی (سیلیکالیت-۱ و پلی­ دی­متیل سیلوکسان) با روش باکس-بنکن صورت گرفت. غشای نانوکامپوزیتی فوق­آبگریز دارای شاخص جداسازی اتانول برابر با kg/m^۲.h ۳/۷۵ در جداسازی محلول­wt.%  ۵ اتانول-آب به عنوان غشای بهینه انتخاب شد. قبل از استفاده از غشای بهینه در شرایط واقعی راکتور زیستی تراوش­تبخیری، تأثیر عوامل شاخص محیط تخمیر مانند نسبت دو میکروارگانیسم، نسبت دو قند و غلظت عصاره مخمر با روش باکس-بنکن در عملکرد غشای بهینه مطالعه گردید. بهترین شاخص جداسازی برابر kg/m^۲.h  ۸/۶۱ در غلظت­های کمتر گلوکز و عصاره مخمر و حضور بیشتر پیشیا استیپیتیس حاصل شد. در انتها، تخمیر در راکتور زیستی ناپیوسته با حجمL  ۲ در حالت متوالی-همزمان تثبیت­شده بدون و با استفاده از فرایند تراوش­تبخیری دارای غشای بهینه در غلظت بالا (g/L ۸۰:X-۱۲۰:G) به مدت h ۲۰۰ مقایسه گردید. بر اساس نتایج طراحی آزمایش مربوط به بررسی تأثیر عوامل شاخص محیط تخمیر، سیستم تراوش­تبخیری پس از کاهش نسبی غلظت­ گلوکز و مخمر در زمان h ۳۹ به راکتور زیستی متصل و باعث رفع ممانعت­کنندگی اتانول و بهبود مصرف زایلوز تا ۲۴۰% و افزایش بهره­وری تا ۱۴۸% در غلظت­ بالا در مقایسه با حالت بدون تراوش­تبخیری شد. تصاویر میکروسکوپ الکترونی و آنالیز پراش پرتو ایکس غشا استفاده­شده (به مدت h ۱۶۱) نمایانگر پایداری ویژگی ضدتورم و ضدگرفتگی آن است. افزایش قابل توجه بهره­وری اتانول­زیستی در راکتور زیستی تراوش­تبخیری نویدبخش عملکرد مناسب آن در کاربردهای صنعتی است.
واژه‌های کلیدی: تولید اتانول­زیستی، زایموموناس موبیلیس، پیشیا استیپیتیس، گلوکز-زایلوز، تراوش­تبخیری، غشای نانوکامپوزیتی فوق­آبگریز، پایه­ی سرامیکی