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dc.contributorFontalvo Alzate, Javier (Thesis advisor)
dc.contributorGómez García, Miguel Ángel
dc.creatorJaramillo Pineda, Oscar Johnny
dc.date.accessioned2019-06-25T18:28:28Z
dc.date.available2019-06-25T18:28:28Z
dc.date.created2013
dc.identifier.urihttps://repositorio.unal.edu.co/handle/unal/20354
dc.descriptionLa 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
dc.descriptionAbstract : 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
dc.formatapplication/pdf
dc.relation.ispartofUniversidad Nacional de Colombia Sede Manizales Facultad de Ingeniería y Arquitectura Departamento de Ingeniería Química
dc.relation.ispartofDepartamento de Ingeniería Química
dc.subjectDetoxificación
dc.subjectpervaporación
dc.subjectmembrana de PDMS
dc.subjecthidrólisis ácida
dc.subjectrector por lotes
dc.subjectreactor de flujo en pistón
dc.subjectreactor de percolación
dc.subjectDetoxification
dc.subjectpervaporation
dc.subjectPDMS membrane
dc.subjectacid hydrolysis
dc.subjectbatch reactor
dc.subjectplug flow reactor
dc.subjectpercolation reactor
dc.subject.ddc66 Ingeniería química y Tecnologías relacionadas/ Chemical engineering
dc.titleHidrólisis ácida de materiales lignocelulósicos y detoxificación por pervaporación
dc.typeinfo:eu-repo/semantics/masterThesis
dc.type.spaTesis/trabajos de grado - Thesis
dc.type.hasversioninfo:eu-repo/semantics/submittedVersion
dc.coverage.modalityMaestría
dc.rights.accessRightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.identifier.bibliographicCitationJaramillo Pineda, Oscar Johnny (2013) Hidrólisis ácida de materiales lignocelulósicos y detoxificación por pervaporación. Maestría thesis, Universidad Nacional de Colombia - Sede Manizales.
dc.identifier.eprintshttp://bdigital.unal.edu.co/10919/


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