Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

การผลิต 1,3-โพรเพนไดออลจากการหมักกลีเซอรอลโดย Clostridium butyricum DSM 5431 ในถังปฏิกรณ์ชีวภาพแบบไร้อากาศชนิดเบดเคลื่อนที่

Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)

Production of 1,3-propanediol from a fermentation of glycerol by Clostridium butyricum DSM 5431 in an anaerobic moving-bed bioreactor

Year (A.D.)

2009

Document Type

Thesis

First Advisor

กษิดิศ หนูทอง

Faculty/College

Faculty of Engineering (คณะวิศวกรรมศาสตร์)

Degree Name

วิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต

Degree Level

ปริญญาโท

Degree Discipline

วิศวกรรมเคมี

DOI

10.58837/CHULA.THE.2009.1386

Abstract

ไบโอดีเซลเป็นพลังงานทางเลือกที่ได้รับความนิยมเนื่องจากปัญหาความผันผวนของราคาน้ำมันและสภาวะโลกร้อน ส่งผลให้กำลังการผลิตไบโอดีเซลสูงขึ้นและมีกลีเซอรอลเกิดขึ้นเป็นจำนวนมาก ทางเลือกหนึ่งในการเพิ่มมูลค่าแก่กลีเซอรอลคือการหมักกลีเซอรอลโดยแบคทีเรีย Clostridium butyricum DSM 5431 เพื่อผลิตสาร 1,3 – โพรเพนไดออล งานวิจัยนี้ศึกษากระบวนการหมักกลีเซอรอลโดยการตรึงเชื้อ C.butyricum DSM 5431 บนวัสดุตรึง BCN – 009 ในถังปฏิกรณ์ชีวภาพแบบเบดเคลื่อนที่ โดยศึกษาปัจจัยของการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นเริ่มต้นกลีเซอรอลจาก 20- 60 กรัมต่อลิตร และอัตราการเจือจางจาก 0.3 – 0.6 ชม.¯¹ ผลการทดลองพบว่าความเข้มข้นของสาร 1,3 – โพรเพนไดออลสูงสุดเท่ากับ 35.86±0.19 กรัมต่อลิตร อัตราการผลิตผลิตภัณฑ์เท่ากับ 10.76±0.06 กรัมต่อลิตรต่อชั่วโมง และผลได้ของผลิตภัณฑ์เท่ากับ 0.76 เมื่อทำการหมักกลีเซอรอลที่ความเข้มข้นเริ่มต้นเท่ากับ 60 กรัมต่อลิตร และอัตราการเจือจางเท่ากับ 0.3 ชม¯¹ งานวิจัยนี้ยังได้ศึกษาเปรียบเทียบความสามารถของแบคทีเรีย C.butyricum DSM 5431 ในการผลิตสาร 1,3- โพรเพนไดออล จากการหมักกลีเซอรอลที่มีความบริสุทธิ์ต่างกัน ผลการทดลองหมักกลีเซอรอลที่มีความเข้มข้นเริ่มต้น 40 กรัมต่อลิตร พบว่าความเข้มข้นของสาร 1,3- โพรเพนไดออลที่ได้รับมีค่าเท่ากับ 22.94±0.16 21.18±0.54 17.58±0.14 16.87±0.03 14.53±0.01 และ 9.70±0.01 กรัมต่อลิตร เมื่อใช้กลีเซอรอลบริสุทธิ์ กลีเซอรอลที่ใช้ในระดับอุตสาหกรรม และกลีเซอรอลที่มีเมทานอลผสมอยู่ที่ความเข้มข้น 0.8 2 3.2 และ 4.4 กรัมต่อลิตร ตามลำดับ โดยรวมแล้วงานวิจัยนี้สามารถสรุปได้ว่าการผลิตสาร 1,3 – โพรเพนไดออลในถังปฏิกรณ์ชีวภาพแบบเบดเคลื่อนที่มีความเป็นไปได้และสามารถควบคุมสภาวะความเป็นกรดด่างได้ดีกว่าถังปฏิกรณ์ชีวภาพแบบเบดนิ่ง นอกจากนี้ชนิดและความบริสุทธิ์ของกลีเซอรอลมีผลต่อแบคทีเรีย C.butyricum DSM 5431 ดังนั้นจึงควรกำจัดสิ่งเจือปนในกลีเซอรอลก่อนดำเนินการหมัก

Other Abstract (Other language abstract of ETD)

Biodiesel is an alternative energy that becomes favorable due to variation in petroleum prices and concerns about global warming. During biodiesel production, the tranesterification of plant oils or animal fats generates glycerol. As the demand for biodiesel increases, a large quantity of glycerol are produced, thereby driving glycerol price down rapidly. One of promising options for glycerol utilization is the synthesis of 1,3-propanediol (1,3-PDO) using Clostridium butyricum DSM 5431. Therefore, this research focuses on the production of 1,3-PDO by C. butyricum DSM 5431 in a moving-bed bioreactor, with influent glycerol concentrations (i.e., 20-60 g/L) and dilution rate (i.e., 0.3-0.6 hr-1) as main experimental variables. The maximum concentration of 1,3-PDO was determined at 35.86±0.19 g/L when the bioreactor was operated at inlet glycerol and dilution rate of 60 g/L and 0.3 hr-1, respectively. The corresponding 1,3-PDO productivity and yield for this operating condition are determined at 10.76±0.06 g/L/hr and 0.76, respectively. In addition, the research compares the ability of C. butyricum DSM 5431 in producing 1,3-PDO when it was supplied with glycerol having different purities. The experimental result indicated that, with an initial glycerol concentration at 40 g/L, the 1,3-PDO concentrations were measured at 22.94±0.16, 21.18±0.54, 17.58±0.14, 16.87±0.03, 14.53±0.01, and 9.70±0.01 g/L when using pure glycerol, industrial-grade glycerol, and glycerol containing methanol at the following concentrations: 0.8, 2, 3.2 and 4.4 g/L. Overall, this research demonstrates that (1) the 1,3-PDO production in the moving-bed bioreactor was feasible; (2) the moving-bed bioreactor was more effective in controlling suitable pH range in comparison to the fixed-bed column; and (3) the 1,3-PDO production using C. butyricum DSM 5431 may require pre-treatment to remove impurities from glycerol

Link to Full Text

Share

COinS