فهرست مطالبعنوان صفحهچکیده........ 1فصل اول: کلیات1-1- زیست توده....... 31-2- منابع زیست توده....... 41-3- کارکرد زیست توده...... 51-4- تقسیم بندی سوختهای زیستی..... 61-5- بیودیزل..... 81-6- محدودیتهای تولید و استفاده از سوختهای سبز......... 121-7- مزایای مواد بیودیزلی بعنوان سوخت دیزلی......... 121-8- بازار بیودیزل........ 12فصل دوم: ادبیات و پیشینه تحقیق2-1- تاریخچه تولید بیودیزل.......... 162-2- بیان مسئله............................................................................................................. 222-3- اهداف و فرضیات................................................................................................... 242-4- هدف از تحقیق........................................................................................................ 25فصل سوم: مواد و روشها3-1- مقدمه................................................................................................................... 273-2- موادشیمیایی........................................................................................................... 273-3- وسائل و دستگاه های مورد نیاز.................................................................................. 283-3-1- ظروف آزمایشگاهی................................................................................. 283-3-2- دستگاه ها.............................................................................................. 283-4- روشهای آزمایشگاهی بکار گرفته شده در پایان نامه......................................................... 333-4-1- تهیه محلول آنزیمی لیپاز............................................................................ 333-4-2- بافر فسفات............................................................................................. 333-4-3- سنجش فعالیت لیپاز به روش طیف سنجی با سوبسترای پارانیتروفنیل پالمیتات(pNNP) 333-4-4- اندازهگیری پروتئین تام به روش برادفورد...................................................... 403-4-5- واکنش ترانس استریفیکاسیون آنزیمی............................................................ 43فصل چهارم: بحث و نتیجه گیری و پیشنهادات4-1- نتيجه گيري........................................................................................................... 46مشکلات....................................................................................................................... 48پیشنهادات..................................................................................................................... 48فصل پنجم: نتایج5-1- مقدمه................................................................................................................... 505-2- نتيجه بيوديزل توليد شده با آنزيم (Novozyme) ............................................................ 505-3- نتیجه بيوديزل توليد شده با آنزيم ليپاز آزاد...................................................................... 515-4- نتيجه بيوديزل توليد شده با آنزيم لیپاز نووزیم تثبیت شده (Immobilized Novozyme) 525-5- شرایط بهینه تولید بيوديزل......................................................................................... 535-6- محاسبه بازده تولید بیودیزل با استفاده از نتايج کروماتوگرافی گازی...................................... 53منابع و مآخذ.................................................................................................................. 54Abestract ................................................................................................................. 58 فهرست جداولعنوان صفحهجدول 1-1 انواع سوخت های زیستی به همراه منابع گیاهی و روش تولید........................................ 7جدول 1-2 مقایسه خواص بیودیزل بدست آمده از منابع گوناگون روغن های نباتی با پترودیزل 10جدول 1-3 میزان روغن قابل استخراج محصولات مختلف کشاورزی برحسب واحدهای مختلف 11جدول 3-1 محتویات معرف شماره یک درpH = 8 ................................................................ 36جدول 3-2 محتویات معرف شماره دو درpH = 4.................................................................. 36جدول 3-3 روش کار اندازه گیری فعالیت لیپاز با استفاده از کیت پارس آزمون............................... 37جدول 3-4.................................................................................................................... 38جدول 3-5 خواص فیزیکی متانول....................................................................................... 43جدول5-1 نتايج توليد بيوديزل با آنزيم (Novozyme)............................................................. 51جدول 5-2 نتايج توليد بيوديزل با آنزيم ليپاز آزاد..................................................................... 52 فهرست شکل هاعنوان صفحهشکل 1-1 ساختار شیمیاییبیودیزل...................................................................................... 9شکل 1-2 فرایند تولید بیودیزل........................................................................................... 11شکل 2-1 واکنش ترانس استریفیکاسیون یا الکولیز.................................................................. 18شکل 3-1 دستگاه شیکر انکوباتورالیزا................................................................................. 28شکل 3-2 دستگاه سانتریفیوژ............................................................................................. 29شکل 3-3 دستکاه اسپکترو فتومترUV- VIS........................................................................ 29شکل 3-4 دستگاه استیرر.................................................................................................. 30شکل 3-5 شیکر لوله....................................................................................................... 30شکل 3-6 PH متر......................................................................................................... 31شکل 3-7 ترازوی دیجیتال................................................................................................ 31شکل 3-8 دستگاه حمام آب................................................................................................ 32شکل 3-9 سمپلر های حجمی.............................................................................................. 32شکل 3-10 میکسر لوله (Tube mixer).............................................................................. 32شکل 3-11 روغن سبوس برنج خالص و تصفیه شده................................................................ 41 فهرست نمودارهاعنوان صفحهنمودار 3-1 منحنی استاندارد جهت تعیین فعالیت لیپاز در طول موج 410 نانومتر به روش اسپکتروفتومتری 34نمودار 5-1 نتايج توليد بيوديزل با آنزيم (Novozyme)........................................................... 51نمودار 5-2 نتايج توليد بيوديزل با آنزيم ليپاز آزاد.................................................................... 52امروزه به دلیل کاهش منابع سوخت های فسیلی و اثرات مخرب این نوع سوخت ها بر محیط زیست، محققان به فکر جایگزین کردن آن می باشند. در سالهای اخیر، سوخت بیودیزل به علت تجدید پذیری و خاصیت آلایندگی کمتر، مناسب ترین جایگزین سوخت دیزل محسوب می گردد. منابع اولیه تولید بیودیزل شامل ضایعات چوبی، تفاله های محصولات کشاورزی، نیشکر، جلبک و روغن های گیاهی و حیوانی می باشند. روغن سبوس برنج یک روغن گیاهی است که به مقدار زیاد در کشورهای زیر کشت برنج موجود است. هدف از مطالعه حاضر طراحی و بهینه سازی تولید بیودیزل از روغن سبوس برنج به روش ترانس استریفیکاسیون با استفاده از آنزیم لیپاز می باشد. در این مطالعه آزمایشگاهی ابتدا از آنزیم لیپاز آزاد و لیپاز نووزیم 435 تثبیت شده بر روی نانوکیتوسان، محلول های آنزیمی تهیه و به 2 روش از جمله روش استفاده از سوبسترای پارانیتروفنیل پالمیتات (pNPP) تعیین فعالیت شدند و با اندازه گیری پروتئین تام موجود در محلول آنزیمی به روش برادفورد، فعالیت مخصوص آنزیم تعیین شد.سپس آنزیم های لیپاز آزاد و تثبیت شده بعنوان کاتالیزور در واکنش ترانس استریفیکاسیون بکار رفتند. برای تولید بیودیزل ابتدا شرایط مطلوب واکنش ترانس استریفیکاسیون بررسی گردید و در نهایت مخلوط واکنشی حاوی روغن سبوس برنج 9% وزنی، آنزیم آزاد یا تثبیت شده به نسبت مولی 3:1 با متانول و نسبت 2:1 حجمی حلال ترت بوتانول در دمای Co40 به مدت 72 ساعت در 300 دور بر دقیقه بعنوان شرایط بهینه تعیین شد. بعد از اتمام واکنش، تایید تولید متیل استر (بیودیزل) ابتدا به شیوه کیفی به روش کروماتوگرافی لایه نازک (TLC) انجام شد و سپس آنالیز نهایی و کمی نمونه های بیودیزل با استفاده از دستگاه گاز کروماتوگرافی(GC) بعمل آمد.بالاترین بازده تولید بیودیزل با استفاده از آنزیم لیپاز نووزیم ۴۳۵تثبیت شده بر روی نانوکیتوسان به مقدار۲۱%بدست آمد. استفاده از آنزیم لیپاز آزاد سیگما، میزان بازدهی برابر با %12 را نشان داد. میزان بالاتر بازده لیپاز نووزیم ۴۳۵ در مقایسه با لیپاز آزاد سیگما می‌‌تواند به دلیل پایداری بیشترآنزیم و حفظ فعالیت انزیمی بالاتر دراثرعملیات تثبیت باشد.واژه های کلیدی: بیودیزل، ترانس استریفیکاسیون، روغن سبوس برنج، لیپاز آزاد و تثبیت شده، سوخت. 1-1- زیست تودهافزایش آگاهی محیط زیستی و کاهش ذخائر منابع فسیلی، صنعت را به سمت گسترش تولید سوختهای دیگر قابل دوام از منابع تجدید شدنی سوق می‌دهد که از نظر زیست محیطی قابل قبولترند. سوخت زیستی1 نوعی از سوخت است که از منابع زیست توده بدست می‌آید. زیست توده ترجمه کلمهBiomass است و به تمام مواد حاصل از موجودات زنده و فضولات آنها اطلاق می‌شود.سوختهای فسیلی هم که امروزه مورد بهره برداری قرارگرفته، منبع آن زیست توده بوده ولی در سالهای بسیار دور شکل گرفتهاند.امروزه به دلیل کاهش منابع سوخت های فسیلی، از سویی تأثیر مخرب استفاده از این نوع سوخت ها بر محیط زیست، محققان را بر آن داشته به فکر جایگزین کردن این منابع باشند. سوخت زیستی[1] نوعی از سوخت است که از منابع زیست توده بدست می آید. زیست توده ترجمه کلمه Biomass است و به تمام مواد حاصل از موجودات زنده و یا زایدات و فضولات آنها اطلاق می شود.سوخت های فسیلی هم که امروزه مورد بهره برداری قرار گرفته، منبع آن زیست توده بوده ولی در سال های بسیار دور شکل گرفته اند]1[.1-2- منابع زیست تودهجنگلها و ضایعات جنگلچوب، خرده‌های چوب و خاک اره، از منابع جنگلی زیست توده به شمار می‌روند. این منبع انرژی از قرنها پیش برای مصارف خانگی و صنعتی مورد استفاده قرار می‌گرفته است. حدود صد و پنجاه سال پیش، 75 درصد از انرژی مورد نیاز بشر از زیست توده(عمدتاً از جنگلها و ضایعات جنگلی) تأمین می‌شد. در حال حاضر، سالانه در جهان بیش از 1/2 گیگاتن چوب به مصرف تولید انرژی می‌رسد. بسیاری از صنایع کشورهای در حال توسعه، مانند صنایع پخت نان، فرآوری محصولاتی مانند شکر، چای، قهوه، نارگیل، کاکائو و کارخانه‌های آجرپزی و آهک پزی، از این ضایعات به عنوان سوخت استفاده می‌کنند.محصولات و ضایعات کشاورزیاین دسته از منابع زیست توده، شامل گیاهان مختلفی مانند ذرت، برنج، سیب زمینی ترشی (سورگم)، نیشکر، انواع میوه، گیاهان روغنی و ضایعات آنها مانند سبوس برنج، کاه و غره است. بطور نسبی، 25 درصد وزن هر محصول کشاورزی تفاله است، 25 درصد وزن برنج، متعلق به سبوس آن است. حدود 45 درصد از بادام زمینی نیز پوته است. مطالعات انجام شده نشان می‌دهد که به لحاظ نظری می‌توان نیازهای سوخت خانگی مناطق روستایی را از طریق ضایعات تأمین کرد.الکل و بیودیزل، دو فرآورده انرژیزای مهمی هستند که از محصولات و ضایعات کشاورزی بدست می‌آیند. ضایعات فاضلابهای صنعتیدر پساب برخی از کارخانه‌ها مانند صنایع نساجی، الکل سازی، چوب و کاغذ و پساب و ضایعات صنایع غذایی مانند پنیر سازی و تولید آب میوه، مقدار زیادی زیست توده وجود دارد که می‌توان از آنها برای تولید انرژی و غذای دام استفاده کرد. حدود 20 درصد از وزن میوه را تفاله تشکیل می‌دهد(بسته به نوع میوه، این مقدار بین 9 درصد تا 25 درصد متغیر است). یکی دیگر از صنایع غذایی که فاضلاب آن آلودگی شدید در محیط زیست ایجاد می‌کند، صنایع پنیر سازی است. آب پنیر مایعی است که پس از حذف چربی و کازئین شیر، طی فرآیند پنیر سازی بدست می‌آید. از آب پنیر، هم به منظور غذای دام و هم برای تولید الکل می‌توان استفاده کرد. در صنایع غذای دام، با پرورش موجودات زنده ذره بینی که می‌توانند پروتئین زیادی را در خود جمع کنند و رشد بسیار خوبی بر روی آب پنیر دارند، زیست توده بسیار غنی و مغذی تهیه می‌کنند، که پس از خشک کردن و آسیاب کردن ماده حاصل، آن را به مصرف غذای دام می‌رسانند. در بسیاری از کشورهای جهان، از آب پنیر به منظور تولید الکل استفاده می‌شود. ضایعات جامد، فاضلابهای شهری و فضولات دامیضایعات جامد شهری را می‌توان به دو دسته تقسیم کرد:زباله‌های معمولی: مانند زباله منازل، ادرات، فروشگاهها و رستورانها (پسماند مواد غذایی، کاغذ، کارتن) زباله‌های حجیم خانگی(وسایل چوبی مانند کمد، میز و...) زباله باغها و گلخانه‌ها(شاخه و برگ).زباله‌های ویژه: مانند زباله‌های صنعتی، نخاله‌های ساختمانی، لاستیکهای فرسوده، مواد تابش زای هسته‌ای(رادیواکتیو) و زباله‌های آلوده بیمارستانی.