1. Analiza tekočih in trdnih produktov procesa torefikacije odpadne biomase : diplomsko delo visokošolskega strokovnega študijskega programa I. stopnjeAnteja Garmut, 2024, diplomsko delo Opis: Cilj diplomske naloge je obravnava procesa torefikacije odpadne biomase in karakterizacija nastalih produktov. Za predstavnike odpadne biomase so bili izbrani tri različni vzroci, in sicer miskantus, mešan les ter hmelj. Cilj naloge je proizvesti trdno biogorivo z višjo kurilno vrednostjo v primerjavi s surovo biomaso. Proces torefikacije je potekal eno uro pri treh različnih temperaturah, 250 °C, 350 °C in 450 °C. Produkte smo nato kemijsko karakterizirali. Karakterizacijo smo izvedli na trdnih in tekočih produktih torefikacije ter tudi na surovih vzorcih posameznih biomas. Ovrednotili smo masne izgube, masne izkoristke, energijsko učinkovitost, doprinos energije glede na maso, kurilne vrednosti, vsebnost hlapnih snovi, vlage in pepela. S Fourierjevo transformacijo (FTIR) je bila določena struktura vzorcev, s termogravimetrično analizo (TGA) pa termična razgradnja surove in toreficirane biomase.
Z naraščanjem temperature torefikacije se kurilne vrednosti trdnih produktov višajo, nižje pa so vrednosti masnih izkoristkov, energetske učinkovitosti ter delež hlapnih komponent. FTIR analiza prikazuje razgradnjo celuloze, ki jo zaznamo z zmanjšanimi vrhovi, z eliminacijo manjših vrhov pa opazimo delno ragradnjo hemiceluloze in lignina. Zvišanje temperature je povzročilo zmanjšanje moči karboksilnih in -OH skupin. V surovi biomasi zaznamo prisotnost aromatskih spojin, simetrične alifatske skupine ter CO-C funkcionalne skupine, ki jih v primerjavi s toreficirano biomaso več ne zaznamo. TGA analiza je bila izvedena v kisikovi atmosferi pri konstantni hitrosti segrevanja v temperaturnem območju 30-900 °C. Ob višjih temperaturah je pokazala oksidacijo fiksnega ogljika, izhlapevanje težko hlapnih snovi ter razgradnjo anorganskih materialov. Glede na rezultate analiz je razvidno, da so trdni produkti primerni za uporabo kot biogorivo, medtem ko je v tekočih produktih delež vode previsok.
Ključne besede: obnovljivi viri energije, odpadna biomasa, hmelj, torefikacija, kurilna vrednost, termogravimetrična analiza, miskantus, les
Objavljeno v DKUM: 09.09.2024; Ogledov: 38; Prenosov: 17
 Celotno besedilo (3,57 MB) |
2. Proizvodnja biogoriv s procesom torefikacije in njihov vpliv na okolje : doktorska disertacijaMaja Ivanovski, 2024, doktorska disertacija Opis: Skozi zgodovino se je ves svet ukvarjal s pridobivanjem energije in njeno oskrbo ter posledično razvojem goriv. Zaradi postopnega izčrpavanja zalog fosilnih goriv, tehnološkega napredka in vse večjih okoljskih vprašanj so začela prihajati v ospredje alternativna goriva, ki jih je mogoče črpati na bolj učinkovit in trajnosten način. Energija iz biomase danes predstavlja enega bolj obetavnih obnovljivih virov energije (OVE) v Sloveniji, eni najmanjših držav v Evropi. Med obstoječimi tehnologijami za izboljšanje kakovosti biomase predstavlja proces torefikacije odpadne biomase ambiciozno tehniko predhodne obdelave biomateriala, ki lahko bistveno izboljša lastnosti surove biomase tako, da dobimo ekološko in energetsko sprejemljivejši energent. Toreficirana oz. termično obdelana biomasa je hidrofobna, odporna na biorazgradnjo in primerna za skladiščenje. Pomembna prednost toreficirane biomase je tudi v tem, da ima manjšo žilavost od lesa, kar omogoča lažje mletje in aplikacijo tega biomateriala v industrijske namene. Čeprav so prednosti uporabe toreficirane biomase na svetovni ravni že raziskane in priznane, torefikacija v Sloveniji še ni poznana.
V nadaljevanju doktorska disertacija obravnava proces torefikacije odpadne biomase tipične v Sloveniji z namenom proizvesti trdno biogorivo, ki ima višjo kurilno vrednost kot surova biomasa in je tudi hidrofobno: energetska rastlina miskantus (M), ostanek hmelja po žetvi (H), odpadni mešani (MWW) in hrastov les (OWW), odpadno blato iz komunalnih čistilnih naprav (SS), mešane komunalne odpadke (MSW) in njihove mešanice. Torefikacija odpadne lignocelulozne in ne-lignocelulozne biomase je potekala v temperaturnem območju med 200 °C in 300 °C, v inertni ali pol-inertni atmosferi, od nekaj minut do nekaj ur. Na surovih in termično obdelanih biomaterialih so bile izvedene standardne fizikalno-kemijske analize, s katerimi je bila raziskovana odpadna biomasa kvantitativno in kvalitativno ovrednotena (proksimativna in elementna analiza, masni in energijski izplen, faktor izboljšav kurilne vrednosti, indeks stopnje torefikacije itd.). Z infrardečo spektroskopijo s Fourierjevo transformacijo (FTIR) je bila določena struktura vzorcev, s termogravimetrično analizo (TGA in DTG) pa je bila določena termična razgradnja surovih in obdelanih biomaterialov. Pridobljeni podatki so bili analizirani z dvema kinetičnima modeloma: Friedman (FR) in Kissinger-Akahira-Sunose (KAS). Na koncu je bila še izračunana energetska donosnost procesa torefikacije, določene so bile emisije toplogrednih plinov (TGP) in določeni so bili plini, ki se sprostijo med procesom.
Ugotovljeno je bilo naslednje: z naraščajočo temperaturo in/ali daljšanjem procesa torefikacije se masni in energetski izpleni vseh raziskovanih vzorcev nižajo, kurilne vrednosti (HHV) se višajo. Delež kisika v vzorcih se zmanjša, prav tako se zniža delež hlapljivih komponent, medtem ko se deleži ogljika in fiksnega ogljika zvišajo. Prav tako se delež lignina v lignoceluloznih vzorcih viša z višanjem temperature, deleža celuloze in hemiceluloze pa se nižata. Temperatura torefikacije ima večji vpliv na proces kot čas torefikacije, pri čemer je optimalna temperatura procesa pri približno 260 °C. To je bilo potrjeno tudi z indeksom stopnje (TSI) torefikacije in EMCI indeksom. Nadalje je FTIR analiza pokazala, da imajo tako surovi kot termično obdelani vzorci funkcionalne skupine tipične za lignocelulozne in ne-lignocelulozne vzorce. Termogravimetrična analiza je pokazala, da se večina obravnavanih vzorcev razgradi v temperaturnem območju do 550 °C. Med samo torefikacijo pa se je sprostilo največ CO2 plina.
Obravnavi vzorci odpadne biomase se na podlagi dobljenih rezultatov lahko uporabijo kot možno alternativno biogorivo. Več raziskav in analiz na tem področju je še potrebnih.
Ključne besede: obnovljivi viri energije, torefikacija, odpadna biomasa, kurilna vrednost, emisije TGP
Objavljeno v DKUM: 06.05.2024; Ogledov: 246; Prenosov: 76
Celotno besedilo (35,92 MB) |
3. Izolacija keratina iz odpadne biomase z alkalno hidrolizo : magistrsko deloKlemen Gradišnik, 2023, magistrsko delo Opis: Keratin je fibrilarna strukturna beljakovina, ki jo najdemo v različnih telesnih tkivih živali in ljudi. Ta tkiva vključujejo volno, perje, lase, nohte, kljun, luske itd. V zadnjih nekaj letih je keratin zaradi svojih ugodnih kemijsko-fizikalnih lastnosti vzbudil veliko zanimanja na področju biomedicine, farmacije (npr. tkivno inženirstvo) in kozmetike. Nekatere vire keratina je mogoče pridobiti praktično brezplačno, saj mnogi predstavljajo odpadno biomaso ali ostanke v različnih vrstah industrije. Dober primer sta mesna in perutninska industrija, kjer se po vsem svetu proizvedejo velike količine volne in odpadnega perja. Po statističnih podatkih ameriške organizacije za prehrano in kmetijstvo (FAO) je svetovna proizvodnja mesa leta 2018 dosegla kar 342 milijonov ton. To pomeni, da je bila proizvedena tudi zelo velika količina odpadne biomase, bogate s keratinom. Ob prikladnosti nizke cene teh s keratinom bogatih virov z njihovo ponovno uporabo koristimo tudi okolju, saj bi sicer te odpadne proizvode sežgali (kar bi povečalo vsebnost ekvivalentov CO2 v ozračju), zakopali ali odložili na odlagališčih. V okviru magistrske naloge smo izvedli izolacijo keratina z alkalno hidrolizo iz odpadne ovčje volne in perutninskega perja. Kot alkalni medij smo uporabili vodno raztopino NaOH različnih koncentracij (30 mg/ml, 40 mg/ml in 50 mg/ml). Poskusi so bili izvedeni pri različnih reakcijskih časih (1 h, 2 h in 3 h) in obratovalnih temperaturah (50 °C, 65 °C in 80 °C). Nadalje smo raziskali vpliv teh treh vhodnih spremenljivk na molekulsko maso keratina in izkoristek izolacije z metodo odzivnih površin (Box-Behnken). Po alkalni hidrolizi je bil reakcijski produkt bistra in oranžna kapljevina. V mešanici po reakciji je bila še zmeraj prisotna majhna količina nerazgrajenega začetnega materiala, zlasti pri nizkih temperaturah (50 °C) in nizkih koncentracijah NaOH (aq) (30 mg/ml). Izkoristek izolacije je bil relativno nizek in se je gibal med 41,68 % in 66,69 % v primeru volne ter med 38,94 % in 55,20 % v primeru perja. Najvišji izkoristek izolacije iz volne (66,69 %) je bil dosežen pri 50 °C, 3 h in 40 mg/ml, najvišji izkoristek izolacije iz perja (55,20 %) pa pri 50 °C, 2 h in 50 mg/ml. Molekulske mase produktov (keratina) smo določili s pomočjo SDS-PAGE elektroforeze. V večini primerov so bile molekulske mase enakomerno porazdeljene po celotnem pasu od 4,6 kDa do 315 kDa, vendar je bila prevladujoča od 8 kDa do 40 kDa. Ugotovili smo, da višja temperatura (80 °C) in višja koncentracija NaOH (aq) (50 mg/ml) zmanjšata molekulsko maso keratina v vzorcih. Vsi vzorci iz volne in perja so pokazali relativno nizko antioksidativno aktivnost (največ 22,19 %) in negativen zeta-potencial. Opravili smo tudi meritve velikosti delcev in konduktance vzorcev kot tudi analizo s FTIR spektrofotometrom. Rezultati tega dela kažejo, da sta volna in perje odličen vir keratinskih izolatov ter da alkalna hidroliza preučevane odpadne biomase predstavlja dober način prispevanja k čistemu okolju in krožnemu gospodarstvu.
Ključne besede: keratin, odpadna biomasa, alkalna hidroliza, volna, perje, beljakovine.
Objavljeno v DKUM: 23.10.2023; Ogledov: 561; Prenosov: 53
Celotno besedilo (8,62 MB) |
4. Izolacija keratina iz odpadne biomase s kislinsko hidrolizo : diplomsko delo univerzitetnega študijskega programa I. stopnjeAna Katarina Kovačič, 2023, diplomsko delo Opis: Odpadno perje in volna predstavljata okolju škodljiv odpadek in zato zbujata zanimanje znanstvenikov za njuno predelavo v vredne produkte. Sestavljena sta v večini iz keratina, ki je koristen biorazgradljiv protein s širokim spektrom uporabe. Razvite so bile številne metode za ekstrakcijo kertina, med katerimi se je za hitro in enostavno izkazala kislinska hidroliza. V okviru diplomske naloge smo izvajali izolacijo keratina iz odpadnega perja in volne. Za razgradnjo perja in volne smo izbrali kislinsko hidrolizo z močnima kislinama HCl in H2SO4 pri temperaturah 80 in 90 °C, različnih koncentracijah raztopine (1 M, 3 M, 6 M) in reakcijskih časih 1 in 2 h. Nastale produkte po kislinski hidrolizi smo analizirali s FTIR spektroskopijo in potrdili prisotnost keratina. Molekulske mase smo določali s SDS-PAGE elektroforezo in so bile v območju od 3,5 do 18 kDa. Z merjenjem zeta potenciala smo ugotovili, da imamo nestabilne suspenzije keratina, kjer se delci gibljejo med 1100 in 8600 nm. Suspenzije keratina so pokazale antioksidativne aktivnosti med 25 in 50 % medtem ko pa so bile njihove električne prevodnosti v območju od 0,1 do 6 mS/cm. Ugotovili smo, da z višanjem temperature in koncentracije raztopine kisline dosežemo višji izkoristek keratinskega produkta. Kislinska hidroliza s HCl daje zelo nizke izkoristke (največ do 8 %), zato sklepamo, da je za hidrolizo primernejša H2SO4, kjer dobimo nekoliko višje izkoristke (največ do 17 %), ki pa so tudi precej nizki.
Ključne besede: odpadna biomasa, perje, volna, keratin, kislinska hidroliza
Objavljeno v DKUM: 20.09.2023; Ogledov: 365; Prenosov: 20
Celotno besedilo (3,06 MB) |
5. Valorizacija storžev iglavcev za pridobivanje vrednih komponent : diplomsko delo visokošolskega strokovnega študijskega programa I. stopnjeMihaela Švec, 2022, magistrsko delo Opis: Storži so reproduktivna struktura iglavcev in predstavljajo odpadno lignocelulozno biomaso bogato s fenolnimi spojinami, tanini, ogljikovimi hidrati, sladkorji in njihovimi derivati. Le-te vredne komponente je možno iz storžev iglavcev pridobiti s pomočjo podkritične vode, kjer je voda segreta med 100 in 374 °C, pri dovolj visokem tlaku, da ohrani tekoče stanje. V okviru magistrske naloge smo storže ekstrahirali s podkritično vodo pri temperaturah od 120 do 250 °C in reakcijskih časih od 15 do 60 min. Za primerjavo smo izvedli še konvencionalno ekstrakcijo z uporabo 50 % vodne raztopine acetona in 100 % acetona. S spektrofotometričnimi metodami smo v ekstraktih storžev določili vsebnosti vrednih komponent kot tudi antioksidativnost. S HPLC metodo smo določili vsebnosti sladkorjev in furfuralov. Maksimalni izkoristek ekstrakcije je znašal 29,36 % in smo ga dosegli z uporabo podkritične vode kot medija pri 200 °C in 15 min. Najvišjo vsebnost totalnih fenolov smo določili pri 150 °C ter 15 min, kjer je količina izoliranih fenolov znašala 39,86 mg GA/g materiala. Pri teh reakcijskih pogojih smo določili tudi najvišjo antioksidativno aktivnost ekstrakta (83,12 %). Maksimalno vsebnost totalnih taninov smo določili pri 150 °C ter 60 min, kjer smo izolirali 25,85 mg TA/g materiala. Najvišjo koncentracijo celokupnih ogljikovih hidratov smo določili pri 180 °C in 15 min (7,94 mg TOH/g materiala), medtem ko smo največ sladkorjev in furfuralov določili pri 200 °C ter reakcijskih časih 30 in 60 min. Prav tako smo v sklopu magistrske naloge skušali iz borovih storžev pridobiti nanocelulozo po kemijski metodi in tudi z ekstrakcijo s podkritično vodo. Pridobljeno nanocelulozo smo analizirali s FTIR analizo in ji prav tako določili tudi velikost delcev. Najvišji izkoristek nanoceluloze smo določili pri 150 °C in 30 min, ki je znašal 8,67 %.
Ključne besede: storži, odpadna biomasa, podkritična voda, vredne komponente, antioksidativnost, nanoceluloza
Objavljeno v DKUM: 28.11.2022; Ogledov: 703; Prenosov: 115
Celotno besedilo (5,87 MB) |
6. Separacija vrednih spojin iz lupin granatnega jabolka : diplomsko delo univerzitetnega študijskega programa I. stopnjeEma Šušteršič, 2021, diplomsko delo Opis: Lupina granatnega jabolka vsebuje veliko vrednih komponent, ki so dobri tudi za naše zdravje. Namen diplomske naloge je bil preučiti izkoristke ekstrakcije lupin granatnega jabolka ter koncentracijo vrednih spojin v ekstraktih. Uporabili smo dve različni ekstrakcijski metodi, enostopenjsko ekstrakcijo s podkritično vodo in dvostopenjsko ekstrakcijo, kjer smo v prvi stopnji uporabili konvencionalno ekstrakcijo z vodo ali etanolom, v drugi stopnji pa smo ekstrakt pridobljen v prvi stopnji ponovno ekstrahirali v podkritični vodi. Cilj raziskave je bil pridobiti ekstrakte s čim višjo vsebnostjo elagne kisline. V ta namen smo preučili tudi možnost koncentriranja elagne kisline v ekstraktih s spiranjem ekstraktov z metanolom. Rezultati raziskav kažejo, da se izkoristek enostopenjske ekstrakcije lupin granatnega jabolka znižuje z višanjem temperature, pri tem pa se zvišuje izkoristek trdne faze v reakcijski zmesi, ki predstavlja netopni del. S pomočjo UV-Vis spektrofotometra smo določevali vsebnost totalnih fenolov in flavonoidov v ekstraktih. Ugotovili smo, da se pri zviševanju temperature v enostopenjski ekstrakciji vsebnost celokupnih fenolov in flavonoidov zmanjšuje. V vseh ekstraktih lupin granatnega jabolka smo zaznali visoko antioksidativno aktivnost (več kot 80 %). S tem lahko potrdimo visoko vsebnost antioksidativnih komponent v lupini granatnega jabolka. S pomočjo HPLC analize smo določili vredne komponente (elagna kislina, 5-HMF, 5-metilfurfural, furfural) v posameznih ekstraktih. Ugotovili smo, da dobimo pri dvostopenjski ekstrakciji višjo koncentracijo elagne kisline v ekstraktih, ko uporabimo v prvi stopnji kot topilo etanol (473,4 mg/g ekstrakta elagne kisline). Najvišjo vsebnost pa dobimo, ko ta ekstrakt koncentriramo še z metanolom in znaša 618,6 mg/g ekstrakta. V primeru enostopenjske ekstrakcije s podkritično vodo dobimo najvišjo koncentracijo elagne kisline v ekstraktu pridobljenem pri 250 °C in 3 min, in sicer 153 mg elagne kisline/g ekstrakta. Poleg elagne kisline smo v enostopenjski ekstrakciji analizirali tudi koncentracijo 5-HMF, furfurala in 5-metilfurfurala, ki pa so prisotni v bistveno nižjih koncentracijah.
Ključne besede: Granatno jabolko (Punica granatum L), totalni fenoli, totalni flavonoidi, elagna kislina, antioksidativnost, podkritična voda, biooglje, odpadna biomasa
Objavljeno v DKUM: 06.10.2021; Ogledov: 1344; Prenosov: 162
Celotno besedilo (2,81 MB) |
7. Vpeljava trajnostnih postopkov za ločitev bio-osnovanih gradnikov iz odpadne morske biomase za napredno uporaboIvan Knechtl, 2018, diplomsko delo Opis: Diplomsko delo prikazuje študijo evtektičnih topil in njihovo uporabo za izolacijo hitina iz odpadnih lupin škampov, kvantitativnega in kvalitativnega določanja izoliranega hitina in sintezo hitozana iz pridobljenega hitina za izdelavo biofilmov.
Pri študiji smo uporabili štiri različna evtektična topila iz mešanic komponent holin klorid – citronska kislina (CCCA), holin klorid – malonska kislina (CCMA), holin klorid – mlečna kislina (CCLA) in holin klorid – sečnina (CCU) za izvedbo 3-urne in 6-urne fragmentacije 1 g in 2 g zmletih lupin škampov v mešalnem reaktorju pri različnih temperaturah. Za kvalitativno določanje izoliranega hitina smo uporabili FTIR spektroskopijo pri čemer smo dobljen spekter primerjali s spektrom komercialnega vzorca hitina. Morfološke karakteristike izoliranega hitina z uporabo sintetiziranih evtektičnih topil smo nato posneli s SEM mikroskopom.
Hitozan smo pridobili preko N-acetilacije z uporabo 70 % raztopine natrijevega hidroksida pri povišani temperaturi. Filme na osnovi pridobljenega hitozana smo naredili z metodo ulivanja v kalup.
Najboljše rezultate glede na izkoristek izolacije hitina iz vzorca smo dobili z evtektično zmesjo holin klorid – mlečna kislina (CCLA). V splošnem smo opazili trend povečanja izkoristkov izolacije hitina iz vzorca pri povečanju temperature in mase natehtanih zmletih lupin škampov. Ugotovili smo, da evtektična topila kažejo velik potencial kot okolju neškodljiv in trajnostni nadomestek konvencionalnim topilom, ki so toksična in okolju manj prijazna.
Ključne besede: Biopolimer, biofilm, hitin, hitozan, evtektična topila, odpadna morska biomasa, zelena kemija
Objavljeno v DKUM: 09.10.2018; Ogledov: 1705; Prenosov: 147
Celotno besedilo (2,46 MB) |
8. RACIONALNA RABA ENERGIJE NA ČISTILNI NAPRAVI V PODJETJU PALOMA d.d.Zvezdana Cegner, 2011, diplomsko delo Opis: Namen naloge je bil dolociti racionalno rabo vseh energentov na cistilni napravi Paloma
d.d. Ob nakupu bolj kvalitetnih surovinah imamo manj odpada (rejektov) na finih grabljah.
Varcevalni ukrepi s svežo tehnološko vodo v proizvodnji papirja (zapiranje krogotokov
voda in krogotokov vlaken) pozitivno vplivajo tudi na varcevanje z energenti na celotni
cistilni napravi. Z zmanjšanimi dotoki tehnološke odpadne vode se je obcutno znižala
poraba kemikalij, ker v vodi ni prisotnih veliko papirnih vlaken se je zmanjšala kolicina
flotata in s tem posledicno tudi odvozi dehidriranega tehnološkega mulja.
Zaradi manjših obremenitev biološkega dela cistilne naprave imamo tudi manj odvoza
biološkega mulja.
V okviru projekta racionalne rabe elektricne energije, se je pokazala možnost za
zamenjavo dveh puhal z enim zmogljivejšim puhalom. Meritve so pokazale, da je
ekonomsko upravicena menjava puhala, saj bi se stroški nabave povrnili v 20,4 mesecih.
Ključne besede: racionalna raba energije, procesne naprave, tehnološka odpadna voda, flokulacija, koagulacija, biomasa, puhalo.
Objavljeno v DKUM: 18.05.2011; Ogledov: 2909; Prenosov: 330
Celotno besedilo (8,58 MB) |
