Escudo de la República de Colombia
Sistema Nacional de Biliotecas - Repositorio Institucional Universidad Nacional de Colombia Biblioteca Digital - Repositorio Institucional UN Sistema Nacional de Bibliotecas UN

Hidrólisis ácida de materiales lignocelulósicos y detoxificación por pervaporación

Jaramillo Pineda, Oscar Johnny (2013) Hidrólisis ácida de materiales lignocelulósicos y detoxificación por pervaporación. Maestría thesis, Universidad Nacional de Colombia - Sede Manizales.

Texto completo

[img]
Vista previa
PDF
6MB

Resumen

La generación de biocombustibles ha cobrado fuerza en los últimos años como una solución parcial a la futura reducción de fuentes fósiles y el deterioro del medio ambiente que estas fuentes fósiles generan. Los biocombustibles pueden afectar la seguridad alimentaria si se producen a partir de materiales de primera necesidad pero resulta interesante si se obtienen a partir de biomasa obtenida de residuos vegetales. La producción de etanol a partir de materiales lignocelulósicos incluye un proceso de pretratamiento, que hace susceptible el material para su posterior sacarificación, y finalmente una etapa de fermentación que produce el etanol. Uno de los tratamientos más eficientes es la hidrólisis ácida que se realiza en reactores por lotes y de flujo en pistón. La literatura presenta información experimental que muestra que la hidrólisis en estos dos tipos de reactores depende de la relación líquido-sólido utilizada en el proceso. Sin embargo, este trabajo muestra en el primer capítulo que si se tiene en cuenta la expansión de la suspensión, generada durante la hidrólisis, es posible reconciliar los datos experimentales reportados y demostrar que ambos reactores tienen desempeños muy similares e independientes de la relación líquido-sólido. No obstante, en el capítulo 2 se estudian reactores de percolación y se encontró que resultan más eficientes que los reactores por lotes o de flujo pistón porque se puede alcanzar hidrolizados concentrados y rendimientos mayores al 80%. Durante la etapa de pretratamiento e hidrólisis ácida se producen compuestos no deseables para la fermentación posterior. La toxicidad de estos compuestos, llamados inhibidores, sobre los microorganismos es uno de los principales factores limitantes en el rendimiento de etanol durante la fermentación. Aunque han sido propuestos en la literatura diferentes métodos biológicos, físicos y químicos para eliminar estos compuestos inhibidores, el uso de tecnologías de membrana ha recibido poco interés como método de remoción, y específicamente, hasta la fecha no se conocen estudios en donde se use la pervaporación como método de detoxificación. En el capítulo 3 se presenta la preparación y evaluación del desempeño de una membrana delgada de polidimetilsiloxano (PDMS) de aproximadamente 1 micra de espesor para la remoción de los inhibidores presentes frecuentemente en el pretratamiento e hidrólisis ácida de material lignocelulósico proveniente del bagazo y las hojas de caña de azúcar. La membrana preparada permite la remoción de ácido acético, ácido fórmico y furfural. No se encontró permeación alguna del ácido levulínico, xilosa, glucosa e hidroximetilfurfural (HMF). Los resultados indican que es posible realizarla detoxificación de hidrolizados del bagazo y las hojas de la caña de azúcar mediante pervaporación usando membranas más gruesas y/o mejores propiedades organofílicas. Las ideas presentes en esta tesis pueden contribuir a buscar nuevos horizontes en el diseño de procesos de producción de biocombustibles a partir de materiales lignocelulósicos desde dos frentes como el pretratamiento e hidrólisis, y la remoción de inhibidores para obtener fermentaciones eficientes, Abstract : In the recent years biofuels have been considered as an important partial solution for the reduction of fossil fuels use and the environmental impacts that this fossil fuels produce. Biofuels can a_ect the food supply but they are attractive if they are produced from biomass available from vegetable waste. The ethanol production from lignocellulosic materials includes a pretreatment process, that makes the material susceptible to an initial saccharification and, lately a fermentation stage that produces the ethanol. One of the most e_cient pretreatment processes is the acid hydrolysis that is performed in batch and plug flow reactors. The experimental information shown in the open literature indicates that the hydrolysis using these two types of reactors depends on the liquid-solid ratio used in the process. However, in the first chapter, this study shows that if the volume expansion of the suspension, which is produced during the hydrolysis, is taken into account it is possible to reproduced the reported experimental data. Also, taken into account the volume expansion is possible to show that both reactors have similar behaviors that are independent from the liquid-solid ratio. Nevertheless, in chapter 2, the percolation reactors are studied and it is shown that this type of reactors result more efficient than batch and plug flow reactors because it is possible to achieved high sugar concentrations and yields higher than 80%. In the pretreatment stage and acid hydrolysis several undesirable compounds for the fermentation process are formed. The toxicity of these compounds, named inhibitors, on the microorganisms is one of the main limiting factors in the ethanol yield in the fermentation process. Although several biological, physical and chemical methods has been used to eliminate these inhibitors the membrane technology has been little explore as a removal method. Specifically today, there are not known reports of using pervaporation as a detoxication technique. Chapter 3 presents an experimental evaluation of a home prepared polydimethylsiloxane (PDMS) pervaporation membrane of about 1 micra thickness for removal of inhibitors that are frequently produced in the pretreatment and acid hydrolysis of lignocellulosic material from bagasse and sugarcane leaves. The synthesized membrane is able to remove acetic acid, formic acid and furfural. There was not permeation of levulinic acid, xylose, glucose and hydroxymethylfurfural (HMF). The results show that it will be possible to detoxified hydrolysates from bagasse and sugarcane leaves by pervaporation using thicker membranes with preferable better organophilic properties than the ones used in this study. The ideas in this work can contribute to look for new roads in the design of processes for biofuel production, using lignocellulosic materials, from two approaches like pretreatment

Tipo de documento:Tesis/trabajos de grado - Thesis (Maestría)
Colaborador / Asesor:Fontalvo Alzate, Javier and Gómez García, Miguel Ángel
Palabras clave:Detoxificación; pervaporación; membrana de PDMS; hidrólisis ácida; rector por lotes; reactor de flujo en pistón; reactor de percolación, Detoxification; pervaporation; PDMS membrane; acid hydrolysis; batch reactor; plug flow reactor; percolation reactor
Temática:6 Tecnología (ciencias aplicadas) / Technology > 66 Ingeniería química y Tecnologías relacionadas/ Chemical engineering
Unidad administrativa:Sede Manizales > Facultad de Ingeniería y Arquitectura > Departamento de Ingeniería Química
Código ID:10919
Enviado por : Biblioteca Digital Universidad Nacional de Colombia - Sede Manizales
Enviado el día :28 Noviembre 2013 21:48
Ultima modificación:28 Noviembre 2013 21:48
Ultima modificación:28 Noviembre 2013 21:48
Exportar:Clic aquí
Estadísticas:Clic aquí
Compartir:

Solamente administradores del repositorio: página de control del ítem

Vicerrectoría de Investigación: Número uno en investigación
Indexado por:
Indexado por Scholar Google WorldCat DRIVER Registry of Open Access Repositories OpenDOAR Metabiblioteca BDCOL OAIster Red de repositorios latinoamericanos DSpace BASE Open archives La referencia Colombiae Open Access Theses and Dissertations Tesis latinoamericanas CLACSO
Este sitio web se ve mejor en Firefox