استحکام‌کششی (Mpa)

افزایش‌طول‌تا نقطه‌ شکست (٪)

۰

۰ ۵/۰توئین ۵/۰اسپان ۵/۰لسیتین

۷/۲۱/۴۴ ۴/۴۱/۴۲ ۴/۵۶/۴۰ ۹/۳۲/۳۷

۱/۱۹/۵ ۰/۱۴/۵ ۸/۰۲/۴ ۴/۰۷/۳

۲۰

۰ ۵/۰توئین ۵/۰اسپان ۵/۰لسیتین ۵توئین ۵اسپان ۵ لسیتین

۹/۴۳/۲۰ ۷/۳۴/۲۳ ۳/۳۲/۱۴ ۴/۴۱/۱۶ ۳/۰۴/۲ ۵/۰۲/۳ ۶/۱ ۳/۷

۸/۶۱/۱۲ ۰/۱۲/۵ ۱/۱۹/۷ ۷/۲۰/۸ ۷/۵۵/۳۱ ۵/۵۶/۲۷ ۵/۹ ۱/۲۱

شکل ۳-۶- منحنی تنش به کرنش فیلم‌های نشاسته حاوی سورفاکتانت‌های مختلف
شکل۳-۷- تأثیر میزان فیبر سلولزی بر روی استحکام کششی فیلم نشاسته
یکی از مهمترین پیشرفت‌ها که در طی سالهای اخیر در این زمینه حاصل شده است ورود فناوری نانو در این عرصه می‌باشد. فناوری نانو علمی است که با شناسایی، تولید و دستکاری ساختارهای بیولوژیکی و غیربیولوژیکی با ابعاد کوچکتر از nm100 سروکار دارد. فناوری نانو به دلیل تعامل نزدیکی که با سایر رشته‌های علوم دارد به سرعت در حال گسترش است و در این میان علم پلیمر را نیز از مزایای خود بی‌بهره نگذاشته است. استفاده از فناوری نانو در زمینه‌ی علم پلیمر به تولید پلیمرهای نانوکامپوزیت منجر شده است. نانوکامپوزیت‌ها پلیمرهایی هستند که در آنها از ترکیبات آلی یا غیر آلی مختلفی که دارای اشکال مختلف صفحه‌ای، کروی و یا به صورت ذرات ریز بوده و اندازه‌ای در حد ابعاد نانو دارند، بعنوان فیلر یا پرکننده استفاده می‌شود.
ایده‌ی اولیه‌ی تولید پلیمرهای نانوکامپوزیت به سال ۱۹۸۶ برمی‌گردد. در این سال واحد تحقیقات شرکت ماشین سازی تویوتا دریافتند که با افزودن ۵ درصد نانورس به پلیمر نایلون۶ می‌‌توان پلیمری مستحکم، مقاوم در برابر آتش و در عین حال سبک تولید کرد(سینگ و کور،۲۰۰۹)
این فناوری روز به روز گسترش پیدا کرد و در مورد سایر پلیمرها نیز مورد استفاده قرار گرفت تا اینکه طی سالهای اخیر استفاده از این نانو مواد در مورد فیلم‌های زیست‌تخریب‌پذیر نیز مورد توجه قرار گرفته است. فیلم‌های حاصل از ترکیب نانو مواد و بیوپلیمرها و یا به اصطلاح نانوکامپوزیت‌های بیوپلیمری خواص کاربردی مطلوب‌تری از خود نشان می‌دهند که مهمترین آنها افزایش مقاومت مکانیکی و کاهش نفوذپذیری نسبت به بخار آب می‌باشد. افزایش بازدارندگی در برابر نفوذ گازها، افزایش کارایی فیلم در استفاده به عنوان بسته‌بندی فعال، افزایش مقاومت حرارتی ماده‌ی بسته‌بندی و ایجاد شفافیت و بهبود خواص ظاهری فیلم از دیگر مزایای نانوکامپوزیت‌های بیوپلیمری می‌باشد.
پلیمرها بر پایه نانوکامپوزیت‌های خاک رس(PCN)[55] یک طبقه از مواد مطمئن و آسوده خاطر می‌باشند که با مواد پلیمر آلی و پرکننده‌های خاک رس ارگانوفیلیک ترکیب شده‌اند که از سال ۱۹۸۰ توسط محققین تویوتا مرسوم شده‌اند. آنها یک افزایش جزئی در خصوصیات حرارتی و مکانیکی نایلون با اضافه کردن مقدار کمی نانو ذرات خاک رس گزارش کردند. این پلیمرها در بخش‌های غذایی و غیر غذایی، از جمله ساختمان سازی، صنعت اتومبیل، هوافضا، نظامی، الکترونیک و به عنوان پوشش و بسته‌بندی مواد غذایی کاربرد پیدا کرده‌اند. چون که این مواد مقاومت مکانیکی، مقاومت به حرارت بالایی دارند و خصوصیات محافظتی را بهبود می‌دهند. خصوصیات و ساختار نهایی PCN به وسیله کنترل واکنش‌های بین پلیمر و خاک رس در طول فرایندهای صنعتی آنها قابل کنترل می‌باشد (سینگ و کور، ۲۰۰۹).
.
شکل ۳-۱۰: نوعی بسته بندی برپایه نانوکامپوزیت‌های خاک رس- نشاسته که قادر است به مدت ۳هفته بدون نشتی آب را نگه دارد.
پلاستیک‌های زیست‌تخریب‌پذیر بر پایه نشاسته در آینده صنعت بسته‌بندی جهان مهم هستند ولی در مطالعات صورت گرفته به دوام و تجزیه پذیری این پلاستیک‌ها توجه کافی نشده است. تجزیه‌پذیری یک فرایندی است که در نتیجه فاکتورهایی مانند نور، حرارت و …خصوصیات پلیمرها تحت تاثیر قرار گرفته و یا از بین می‌رود و درنتیجه مدت ماندگاری ماده کاهش پیدا می‌کند. از این رو مطالعات پایداری و تجزیه این پلیمرها باید به درستی بررسی شود تا مدت ماندگاری بیشتری برای محصول تأمین کند.
فصل چهارم
کاربردهای تخمیری
۴-۱- تولید بیواتانول
۴-۱-۱- مقدمه
در دنیای امروز مسئله آلودگی محیط زیست و مصرف انرژی از اساسی‌ترین مشکلات بشر به شمار آمده و بی‌توجهی به آن می‌تواند خطرات بزرگی را بدنبال داشته باشد. به همین دلیل بسیاری از کشورهای صنعتی تحقیقات گسترده‌ای را در زمینه روشهای مختلف کاهش آلودگی محیط زیست به انجام رسانیده‌اند. روند رو به رشد صنعت خودروسازی و به دنبال آن افزایش مصرف انرژی و آلودگی محیط زیست لزوم بهره‌گیری از تکنولوژی‌های نو را در جهت کاهش مصرف انرژی و آلودگی محیط زیست، آشکار می‌سازد. سوخت زیستی در حال حاضر به ‏عنوان یکی از مهمترین منابع سوختی مطرح شده است که می‏تواند به گونه‏ای که آسیبی به طبیعت وارد نکند نیاز سوختی جوامع را تأمین نماید. سوخت‌های گیاهی عمده‌ترین منابع جای‌گزین سوختهای فسیلی می‌باشند. این سوخت‌ها نسبت به سوختهای فسیلی آلودگی کمتری داشته و می‌توان آن‌ها را از بقایای مواد کشاورزی و پسما‌ند مواد غذایی برای استفاده در موتورهای احتراق داخلی به دست آورد. بیواتانول مهمترین نوع سوخت زیستی به حساب می‏آید که از تخمیر قندهای حاصل از محصولات کشاورزی تهیه می‏شود. بیواتانول یکی از انواع الکل ها با فرمول C2H5OH است که بطور کامل در آب و حلال‌های آلی حل می‌شود. اتانول یا به‏ طور کلی بیواتانول از جمله ترکیباتی می‌باشد که از پتانسیل بالایی برای جایگزینی بنزین مصرفی در سوخت خودروها برخوردار است. بیواتانول دارای عدد اکتان بالایی است و به همین دلیل از آن به عنوان یک افزاینده‌ی عدد اکتان در

برای دانلود متن کامل این پایان نامه به سایت  fumi.ir  مراجعه نمایید.

موتور‌های اشتعال جرقه‌ای استفاده می‌شود (آراپوگلووهمکاران،۲۰۱۰).
در بسیاری از کشورهای اروپایی استفاده از بیواتانول به عنوان یک مکمل سوخت در مقدار حدود ۱۵درصد پیشنهاد شده است. تولید سوخت اتانول به طور قابل ملاحظه‌ای در نتیجه تقاضای جهانی برای کاهش واردات نفت به طور قابل ملاحظه‌ای افزایش یافته است. تولید اتیل‌الکل در جهان تقریباً در حدود ۵۱۰۰۰ میلیون لیتر می‌باشد که آمریکا و برزیل بزرگترین تولیدکنندگان آن می‌باشند. به طور میانگین ۷۳ درصد الکل تولیدی در جهان به عنوان سوخت، ۱۷ درصد آن به عنوان مشروبات الکلی و ۱۰ درصد به صورت الکل صنعتی مصرف می‌شود. طبق دستور (EC/30/2003) اتحادیه اروپا بیواتانول به عنوان سوخت قابل تجدید مورد استفاده قرار گرفت.
از جمله منابع گیاهی برای تولید بیو‌اتانول در بسیاری از کشورهای گرمسیری مانند برزیل و هند، نیشکر می‌باشد. در آمریکای شمالی و اروپا، سوخت اتانول از منابع نشاسته مخصوصاً ذرت حاصل می‌شود. کشورها می‌توانند با بهره‌گیری از دانش فنی و دید اقتصادی مناسب به تکنولوژی تولید اتانول زیستی از طریق تخمیر دست پیدا کنند. برآورد شده است که ۵۵-۲۰ درصد هزینه‌های تولید بیواتانول از طریق تخمیر مربوط به ماده اولیه می‌باشد (لین و تاناکا، ۲۰۰۶).
زائدات صنایع فراوری سیب‏زمینی (به‏خصوص پوست سیب‏زمینی) دارای مقادیر قابل ملاحظه‏ای قندهای قابل تخمیر و نشاسته می‏باشند که خوراک مناسبی برای تولید بیواتانول به‏شمار می‏روند. اتانول و بیودیزل‌ها به دلیل اینکه دارای پایه گیاهی می‌باشند یک سوخت تجدیدپذیر محسوب می‌شوند و از نظر شیمیائی یک اکسیژن اضافی در ساختار مولکولی خود دارند. پس برای احتراق نیاز به اکسیژن کمتری نسبت به سوخت دیزل و بنزین دارند.
۴-۱-۲- تولید بیواتانول از ضایعات پوست سیب‌زمینی
مشکل مدیریت ضایعات پوست سیب‌زمینی[۵۶] سبب توجه خاص و نگرانی نسبت به ضایعات صنایع سیب‌زمینی در اروپا شده است که لازم است یک چاره و راه‌حل در مورد این ضایعات در نظر گرفته شود تا مشکلات محیط زیست و آلودگی مربوط به ضایعات سیب‌زمینی نیز حل گردد.
پوست سیب‌زمینی از جمله ضایعات بی‌ارزش کارخانه‌جات فرآوری سیب‌زمینی است. اگر چه مصرف سیب‌زمینی به طور میانگین کاهش پیدا کرده است امّا محصولات فرآوری شده آن از جمله فرینچ‌فرایز، چیپس و پوره به طور فزاینده‌ای افزایش پیدا کرده است. ضایعات ایجاد شده تحت پوست‌گیری سیب‌زمینی، یعنی پوست‌گیری با بخار، روش سایشی یا پوست‌گیری با قلیا در حدود ۴۰-۱۵ درصد متفاوت است که بستگی به روش پوست‌گیری دارد (سیبر و همکاران، ۲۰۰۱). فرآیندهای پایین دستی در صنعت سیب‌زمینی برشته در شکل ۴-۱ آورده شده است. ضایعات پوست سیب‌زمینی شامل مقادیر کافی از نشاسته، همی‌سلولز، لیگنین و قندهای قابل تخمیر می‌باشد که این موارد استفاده از آن را به عنوان خوراک تولید اتانول تضمین می‌کند. اگرچه نشاسته یک خوراک پر بازده برای تولید بیواتانول است امّا هیدرولیز آن لازمه تولید بیواتانول توسط تخمیر می‌باشد. نشاسته به طور سنتی توسط اسید هیدرولیز می‌شود اما به دلیل انتخابی بودن و شرایط ملایم واکنش و همچنین عدم حضور واکنش‌های ثانویه منجر به استفاده از آمیلاز به عنوان کاتالیست در هیدرولیز ضایعات پوست سیب‌زمینی شده است. فرآوری نشاسته یک تکنولوژی است که از ساکاریفیکاسیون و روان‌سازی آنزیمی[۵۷] استفاده می‌کنند که یک جریان نسبتاً تمیز از گلوکز ایجاد می‌شود که به وسیله مخمر ساکارومایسس به اتانول تخمیر می‌شود.