Wiley жаңартылатын энергия
жүктеу/скачать 4,71 Mb. Pdf көрінісі
|
| 1 Озонолиз
Озонмен өңдеу целлюлазаға қалдықтарындағы лигнин мөлшерін азайту тәсілдерінің бірі болып табылады және басқа химиялық өңдеулерден айырмашылығы, улы қалдықтарды бермейді. Озон бидай сабаны [39], күнжара , кептірілмеген шөп, жержаңғақ, қылқан жапырақ, мақта сабаны және терек үгіндісі сияқты көптеген лигнин және гемицеллюлозалық материалдарды ыдырату үшін пайдаланылуы мүмкін [40–42]. Бұзылулар негізінен лигнинмен шектеледі, гемицеллюлоза шамалы бұзылады, ал целлюлоза бұзылмайды. Озонолизді алдын ала өңдеудің артықшылығы реакциялар бөлме температурасында және қалыпты қысымда жүргізіледі. Сонымен қатар, озонды каталитикалық қабат немесе температураны көтеру арқылы оңай ыдыратуға болады деген факт қоршаған ортаның ластануын азайту үшін процестерді осылай әзірлеуге болады дегенді білдіреді [43]. Озонолиздің кемшілігі бұл көп мөлшерде озонды қажет етеді сондықтан бұл процесс қымбат болуы мүмкін. 2 Қышқылдық алдын ала өңдеу Қышқыл гидролиз арқылы алдын ала өңдеу лигноцеллюлоза биомассасының ферментативті гидролизінің жақсаруына әкелуі мүмкін. Қышқылмен алдын ала өңдеу жапырақты ағаштардан шөпке дейін және ауыл шаруашылық қалдықтарына дейін кеңінен қолданылады [44]. Қышқылмен алдын ала өңдеуде қышқылдардың әртүрлі түрлері (күкірт, тұз, азот және фосфор қышқылдары) қолданылады. Олардың арасында күкірт қышқылы негізінен алдын ала қышқыл өңдеу үшін қолданылады [45]. Қышқыл орта полисахаридтерге әсер етеді, әсіресе гемицеллюлозаға ол өз кезегінде целлюлоза қарағанда жеңіл гидролизденеді [45]. Осылайша, сұйылтылған немесе концентрацияланған қышқылдар целлюлоза гидролизін жақсартады [31]. Концентрацияланған қышқылдар уытты, коррозиялық және қауіпті, сондықтан коррозияға төзімді реакторлар қажет, бұл алдын ала өңдеу процесін өте қымбат етеді. Сонымен қатар, процесті экономикалық тұрғыдан тиімді ету үшін гидролизден кейін қойылтылған қышқылды алып тастау керек [9, 46]. Қышқылмен сұйылтылған гидролиз лигноцеллюлоза материалдарын алдын ала өңдеу үшін сәтті әзірленген. Жоғары температура қышқылмен сұйылтылған целлюлоза гидролизіне тиімді. Алайда, қышқылмен алдын ала өңдеу сірке қышқылы, фурфурол және 5-гидроксиметилфурфурол сияқты түрлі ингибиторларды алуға әкеледі. Бұл өнімдер микроорганизмдердің өсуін басады. 3 Сілтімен алдын ала өңдеу Лигноцеллюлозаны сілтімен алдын ала өңдеу лигнин матрицасын бұзады және целлюлоза мен гемицеллюлозаны ферментативті ыдырату үшін қол жетімді етеді [47]. Лигноцеллюлозаны сілтілі өңдеу гемицеллюлозаны және лигнинді ерітіп, жасушалық қабырғаны бұзады. Сілтімен алдын ала өңдеу әсері материалдардағы лигниннің құрамына байланысты [35, 48]. Сілтімен алдын ала өңдеу процестерінде алдын ала өңдеудің басқа технологияларына қарағанда төмен температура мен қысым пайдаланылады [36]. Қышқылмен салыстырғанда, сілтімен өңдеу қанттың аз бұзылуын тудырады. Сілтімен алдын ала өңдеу барысында натрий, калий, кальций және аммоний гидроксидтері қолданылады. Лигнинді алдын ала сілтімен өңдеу арқылы алып тастау абсорбцияның өнімсіз учаскелерін жою және целлюлоза мен гемицеллюлозға қол жеткізуді арттыру есебінен ферменттің тиімділігін арттырады. Сілтімен алдын ала өңдеу гемицеллюлозадан ацетильді топтарды жояды, осылайша гидролитикалық ферменттерге кеңістіктік қиындықтарды азайтып және көмірсулардың сіңірілуін едәуір арттырады 63 4 Органозоль арқылы алдын ала өңдеу Ерітіндімен экстракциялау әдісі алдын ала өңдеудің перспективалы стратегиясы және ол көп назар өзіне аудартты және лигноцеллюлозаны алдын ала өңдеу кезінде пайдалану мүмкіндігін көрсетті [49]. Қоспаларды пайдалану органикалық еріткіш немесе су ерітіндіні жағу қажеттілігін болдырмайды және лигниндерді бөлуге мүмкіндік береді. Ерітіндімен экстракциялау барысында органикалық немесе сулы органикалық еріткіштердің органикалық емес қышқыл катализаторлары бар қоспасы (HCl немесе H 2 SO 4 ) лигнин мен гемицеллюлозаның ішкі байланыстарын үзу үшін пайдаланылады. Метанол, этанол, сірке қышқылы, пермуравин қышқылы, перуксус қышқылы және ацетон лигнинді жою үшін пайдалануға болатын басқа да түрлі органикалық еріткіштер болып табылады [50]. 4.2.1.4 Биологиялық алдын ала өңдеу Лигноцеллюлозалық биомассаны физикалық, физикалық-химиялық және химиялық алдын ала өңдеу қымбат және қоршаған ортаға теріс әсер етеді. Атап айтқанда, физикалық және термохимиялық процестер биомассаны түрлендіру үшін энергияның көп мөлшерін талап етеді. Ферменттерді пайдалану негізіндегі биологиялық әдістер тиімді болып табылады. Лигноцеллюлозаның табиғи бұзылуы және қолданылуы лигноцеллюлолитикалық организмдердің (әсіресе сүректі бұзатын саңырауқұлақтар мен бактериялар) ерекше ферменттерінің көмегімен жүзеге асырылады. Биомассаны түрлендіретін ферменттер жоғары ерекшелікті, энергияны немесе химикаттарды төмен тұтынуды немесе қоршаған ортаның ластануының төмен деңгейін қамтамасыз етуі мүмкін. Лигноцеллюлозаны алдын ала биологиялық өңдеу процесінде биомассаны түрлендіретін ферменттер гемицеллюлозаны және лигнинді ыдыратады және гидролиз үшін целлюлозаның қарапайым қантқа қолжетімділігін арттырады, содан кейін бағалы отынға микроорганизмдермен ферменттелуі мүмкін. Гемицеллюлоза-әртүрлі глико-буындармен және гликозидті байланыстармен түзілген күрделі полисахаридтер тобы. Гемицеллюлозаның бұзылуы целлюлаз үшін целлюлозаны (босатып қана қоймай), гемицеллюлозаны құнды сахаридтерге айналдырады. Гемицеллюлозалар гетерополимерлер болып табылады және -гликан, ксилан, ксилоглюкан, арабиноксилан, маннан, галактоманнан, арабинан, галактан, полигалактуронан және т. б. тұрады оларға өз кезегінде -глюканаза, ксиланаза, ксилоглюканаза, маннаназа, арабиназа, галактаназа, полигалактуроназа, глюкуронидазалар, ацетилксиланэстераза және басқа да ферменттер әсер етеді [51, 52]. Гемицеллюлоза-биомассаны түрлендіру үшін өзара әрекеттестікте жұмыс істейтін ферменттер тобы. Әртүрлі гемицеллюлаз функциялары 4. 2.-кестеде келтірілген. Лигнинді бұзатын микробтар, негізінен ақ шірік саңырауқұлақтар оларда лигноцеллюлозаны ыдыратуға арналған оксидоредуктаза ферменттер бар [53]. Бұл оксидоредуктаздың негізгі міндеттері гемицеллюлоза немесе целлюлоза байланысты лигнинді, жоғары гетерогенді және қиын еритін хош иісті полимерді ыдыратуға бағытталған болуы мүмкін. Лигниннің ыдырауы ферментативті биомассаның өнеркәсіптік конверсиясы үшін міндетті шарт болып табылады, өйткені ол целлюлаза үшін (геми) целлюлозаның қол жетімділігін (геми) арттырып қана қоймай, лигниннің абсорбциясынан туындаған целлюлазаның инактивациясын (геми) азайтады. Лигниннің пероксидазасы, mn пероксидазасы және еркін түрдегі пероксидазасы-лигнинді ыдыратуға жоғарғы қышқылдану қабілеті бар клеткадан тыс гем пероксидазалар болып табылады. H2O2-мен өзара әрекеттескен кезде, бұл ферменттер лигнинді тікелей немесе mn (III) бөлшектері арқылы тотықтырып Fe (V) немесе Fe (IV) -оксо жоғары реакциялық қабілетті түрлерді құрайды. Лакказа - оксид мыс ол көптеген лигноцеллюлолитикалық саңырауқұлақдан бөлінеді. Бұл фермент лигниннің фенолды бөліктерін тікелей тотықтырады немесе тотығу-қалпына келе алатын қолайлы делдалының көмегімен лигниннің фенолды емес бөліктерін жанама тотықтырады. Арил спирттерінің оксидазасы, глиоксалоксидаза және түрлі көмірсулар да лигноцеллюлозаның табиғи ыдырауына қатысады. Оларға химиялық заттар қажет емес, бірақ гидролиздің төмен жылдамдығы және төмен шығуы олардың іске асырылуын қиындатады [31, 38,]. Биологиялық алдын ала өңдеудің кемшілігі- биологиялық алдын ала өңдеуде және гидролиздің көп жағдайларында бұл процесс өте баяу және биоделигнификация әдетте ұзақ уақыт кезеңін талап етеді. жүктеу/скачать 4,71 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|