การสังเคราะห์สารบิวทิลแอลกอฮอล์จากกากข้าวโพด (วัสดุเหลือใช้ทางการเกษตร) และการประยุกต์เพื่อผลิตก๊าซโซฮอล์/ดีโซฮอล์

Abstract

ซังข้าวโพดถือเป็นวัสดุเหลือใช้ทางการเกษตรที่มีศักยภาพในการพัฒนาเป็นชีวมวลในประเทศไทยสำหรับผลิตพลังงานยั่งยืน เช่น ไบโอบิวทานอล การปรับสภาพด้วยกรดซัลฟูริกและกรดฟอสฟอริกเจือจางจึงมีความสำคัญในการกำจัดเฮมิเซลลูโลสและช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการผลิตน้ำตาลโมเลกุลเดี่ยวที่ได้จากการย่อยสลายเซลลูโลสโดยเอมไซม์ เมื่อปรับสภาพซังข้าวโพดด้วยกรดซัลฟูริกเจือจางภายใต้ภาวะที่เหมาะสม (120 องศาเซลเซียส, 5 นาที, ความเข้มข้นกรด 2% โดยน้ำหนัก และ อัตราส่วนของเหลวต่อของแข็ง 15: 1) และกรดฟอสฟอริกเจือจางภายใต้ภาวะที่เหมาะสม (140 องศาเซลเซียส, 10 นาที, ความเข้มข้นกรด 2% โดยน้ำหนัก และ อัตราส่วนของเหลวต่อของแข็ง 10: 1) ให้ผลผลิตน้ำตาลโดยประมาณ 34-35 กรัมต่อลิตรโดยการปรับสภาพด้วยกรดฟอสฟอริกจะทำให้เกิดตัวยับยั้งหรือเฟอฟูลรัลมากกว่ากรดซัลฟูริก และการศึกษาคุณลักษณะของซังข้าวโพดหลังจากปรับสภาพด้วยกรดทั้งสองชนิดแสดงถึงความสามารถในการเข้าถึงของเอนไซม์ได้ดีขึ้น โดยกรดซัลฟูริกให้ผลที่ดีกว่าในด้านพื้นที่ผิวและความเป็นผลึกที่มากกว่า เมื่อใช้แคลเซียมไฮดรอกไซด์กำจัดตัวยับยั้งพบว่าการผลิตอะซีโตน-บิวทานอล-เอทานอลเพิ่มขึ้นอย่างชัดเจน ในขณะที่เฟอฟูลรัลอาจจะไม่มีมีผลหลักในการยับยั้งจุลลินทรีย์ชนิด C.berjerinckii และในขั้นตอนการย่อยเป็นนํ้าตาลและหมักพร้อมกันจะช่วยลดการยับยั้งเอนไซม์ในกระบวนการย่อยน้ำตาล แต่เนื่องจากภาวะที่แตกต่างกันของการย่อยเป็นน้ำตาลและการหมักเพื่อผลิตบิวทานอล การหาภาวะที่เหมาะสมของกระบวนการย่อยเป็นน้ำตาลและหมักพร้อมกันโดยวิธีวิธีการแสดงผลตอบสนองแบบโครงร่างพื้นผิวหรือ RSM จะช่วยลดจำนวนการทดลอง ซึ่งมีตัวแปรสำคัญที่ต้องการศึกษา อาทิ สภาพความเป็นกรดด่าง อุณหภูมิ เวลา หลังจากกระบวนการย่อยเป็นน้ำตาลและหมักพร้อมกันภายใต้ภาวะที่เหมาะสม (สภาพความเป็นกรดด่าง 6.3 อุณหภูมิ 35.7 และ 61.2 ชั่วโมง) ให้ผลผลิตอะซีโตน-บิวทานอล-เอทานอล 11.82 กรัมต่อลิตร นอกจากนี้ งานวิจัยนี้ ยังใช้การพรีทรีทเมนท์แบบสองขั้นตอนคือ พรีทรีทเมนต์ด้วยโซเดียมไฮดรอกไซม์ตามด้วยกรดซัลฟิวริก เพราะการพรีทรีทเมนท์ช่วยสลายส่วนประกอบของชีวมวลประเภทลิกโนเซลลูโลสิก เช่น ลิกนิน ซึ่งลดประสิทธิภาพของการเข้าถึงของเอนไซม์ในการย่อยสลาย จุดประสงค์ของงานวิจัยนี้คือ การหาสภาวะที่เหมาะสมสำหรับการ พรีทรีทเมนท์ซังข้าวโพดแบบสองขั้นตอนด้วยไมโครเวฟโดยใช้วิธีการแสดงผลตอบสนองแบบโครงร่างพื้นผิว โดยการพรีทรีทเมนท์ด้วยโซเดียมไฮดรอกไซด์ 2 เปอร์เซ็นต์ ด้วยอัตราส่วนซังข้าวโพด 67 กรัม ต่อสารละลาย 1 ลิตร ที่อุณหภูมิ 100 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 30 นาที ตามด้วยกรดซัลฟิวริก 1 เปอร์เซ็นต์ ด้วยอัตราส่วนซังข้าวโพด 106 กรัม ต่อสารละลาย 1 ลิตร ที่อุณหภูมิ 156 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 16 นาที ได้ปริมาณน้ำตาลกลูโคสสูงสุด 48.58 กรัมต่อลิตร โดยอัตราส่วนซังข้าวโพดต่อสารละลายและอุณหภูมิเป็นตัวแปรสำคัญในการพรีทรีทเมนท์นี้ การหมักน้ำตาลหลังจากการย่อยด้วยเอนไซม์เพื่อผลิตอะซิโตน, บิวทานอล และเอทานอล โดยมีการกำจัดสารที่เป็นพิษต่อแบคทีเรียที่ผลิตบิวทานอลด้วยแคลเซียมไฮดรอกไซด์และเจือจางสารละลาย 4 เท่าด้วยน้ำ ทำให้ได้ปริมาณอะซิโตน, บิวทานอล และเอทานอลสูงสุดคือ 8.43 กรัมต่อลิตร