A hármas szám bűvöletében

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "A hármas szám bűvöletében"

Benjámin Orsós
7 évvel ezelőtt
Látták:

1 A hármas szám bűvöletében Bélafiné Bakó Katalin Gubicza László Biomérnöki, Membrántechnológiai és Energetikai Kutatóintézet Kutató Kari minősítés kötelezettségei és lehetőségei konferencia Veszprém, április 12.

2 Feladataink: kutatás fejlesztés oktatás Biotechnológia Membrántechnológia Energetika

3 Melyek a nem konvencionális körülmények? ldószermérnökség

4 Nem konvencionális közegek Szerves oldószerek ldószermentes rendszerek Szuperkritikus fluidumok Ionos folyadékok Gázfázisú rendszerek Egyéb Észterezés: sav + alkohol észter + víz ecetsav + etanol etil-acetát + víz

5 A vizsgált reakciók és enzimek 1. A 2-szubsztituált-propionsavak enzimkatalitikus enantioszelektív észterezése 2. Aroma észterek előállítása enzimkatalitikus reakcióval 2.1. Etil-acetát előállítása 2.2. Izoamil-acetát előállítása 3. Biokenőanyag előállítása 4. Glicerin-monosztearát előállítása 5. Tejsav enantioszelektív észterezése 6. Második generációs bioetanol előállítás Candida rugosa lipáz Candida antarctica lipáz B (CALB)

6 C H 3 H * C H H (D, L)-tejsav + Tejsav észterezése etanollal C H 3 H 2 C EtH H enzim oldószer H * C CH 3 H 3 C H CH2 (L)-tejsav-etil-észter + H * C H 3 C H (D)-tejsav H + H 2 víz Politejsav előállításának vázlata CH 3 CH 3 H CH C H + H CH C H H 2 H CH 3 CH C H n Findrik, Z., Németh, G., Gubicza, L., Bélafi-Bakó, K., Vasić-Rački, Đ.: Evaluation of factors influencing the enantioselective enzymatic esterification of lactic acid in ionic liquid, Bioprocess and Biosystems Engineering 35 (2012) Knez, Ž., Kavčič, S., Gubicza, L., Bélafi-Bakó, K., Németh, G., Primožič, M., Habulin, M.: Lipase-catalyzed esterification of lactic acid in supercritical carbon dioxide, Journal of Supercritical Fluids 66 (2012) Findrik, Z., Németh, G., Vasić-Rački, Đ., Bélafi-Bakó, K., Csanádi, Zs., Gubicza, L.: Pervaporation-aided enzymatic esterifications in non-conventional media, Process Biochemistry 47 (2012)

7 A reakcióközegek tesztelése Szerves oldószer Hozam 8 h után enzimmel / enzim nélkül Katalizátor Toluol 82 % / 5 % Enzim Ionos folyadék Hozam 24 h után enzimmel / enz. nélkül Katalizátor Cyphos 104 Cyphos % / 2 % Enzim Cyphos % / 2 % Enzim Cyphos 163 Cyphos 166 Cyphos 106 Cyphos 102 Cyphos % /102 % 90 % / 87 % 74 % / 72 % 60 % / 59 % 36 % / 32 % IL (+ enzim) Cyphos 202 Cyphos 110 Cyphos 163 Cyphos 106 Cyphos 102 Cyphos 166 Reakciókörülmények: 2 mmol monomer tejsav, 14 mmol etanol, 25 mg enzim, 1 ml IL, 3 tömeg % kiindulási víztartalom, 40 C

8 Legjobb reakciókörülmények, enzim visszaforgatás toluol / 24óra toluol / 8 óra Cyphos 104 / 24 óra Reakcióközeg Toluol Cyphos Savkoncentráció (a legkedvezőbb 90reakciótérfogat alapján) 0,2-0,5 mmol/ ml 0,8-1 mmol/ml Alkohol : sav mólarány 80 5 : 1 7 : 1 70 Kiindulási víztartalom 60 4,5 tömeg % 2,0 tömeg % Reakcióidő 50 8 óra 24 óra Enzimmennyiség mg/ mmol tejsav 12,5 mg/mmol tejsav 30 Elért maximális hozam 20 relatív hozam (%) 94 % 95 % Reakcióhőmérséklet C 40 C Visszaforgathatóság 0 Gyenge Megnövekedett normált hozam (%)... ciklus IL a kedvezőbb közeg: koncentráltabb reakcióelegy (IL: koszolvens) Az enzimmennyiség 4x-esével elérhető a 8 órás reakcióidő. Jelentősen kisebb mennyiségű enzim szükséges. Azonos elért hozam. Megnövekedett az enzim visszaforgathatósága.

9 Vízeltávolítás szakaszos rendszerben R reaktor, T - hőmérő, K kondenzátor, P szivattyú, M membrán modul, C1, C2 hideg csapdák, S1, S2 szilikonolaj, Z zeolit, VP vákuum szivattyú, 1, 2, 3 szelepek

10 Membránszeparációs műveletek (hajtóerő szerint csoportosítva) Nyomáskülönbség Koncentráció- (aktivitás-) különbség Elektromos potenciálkülönbség Hőmérsékletkülönbség mikroszűrés ultraszűrés nanoszűrés fordított ozmózis pervaporáció dialízis folyadék membránok gázszeparáció ozmotikus desztilláció elektrodialízis (üzemanyag cellák) membrán desztilláció

11 Membrános gáz szeparáció folyamata Tisztítandó gázelegy (pl. H 2,C 2 ) Permeátum (pl. H 2 -ben dús) Retentátum (pl. H 2 -ben szegény) Membrán (Permszelektív gát) P. Bakonyi, N. Nemestóthy, É. Lövitusz, K. Bélafi-Bakó: Application of Plackett Burman experimental design to optimize biohydrogen fermentation by E. coli (XL1-BLUE) International Journal of Hydrogen Energy 2011;36: IF: P. Bakonyi, N. Nemestóthy, J. Ramirez, G Ruiz-Filippi, K. Bélafi-Bakó: E. coli (XL1-BLUE) for continuous fermentation of bioh 2 and its separation by polyimide membrane International Journal of Hydrogen Energy 2012;37: IF: 4.053

12 Biohidrogén Környezetbarát energiahordozók iránti egyre növekvő igény Hidrogén ideális, mert: magas energiatartalom (122 MJ/kg), széleskörű felhasználhatóság, környezetbarát égés (kizárólag víz keletkezik) Jelenleg döntően (~96%) fosszilis alapon állítják elő (~4% víz elektrolízisével) Lehetőség Megújuló forrásból (biomasszából) történő előállítás, akár mikroorganizmusok (pl. E.coli) segítségével: Biohidrogén Prognózis megfelelő támogatással, további fejlesztésekkel kb re versenyképes alternatívát jelenthet Pl. Tajvan 2040-re energiafelhasználása 10-13%-át biohidrogénből szeretné fedezni

13 Biohidrogén technológia koncepciója, fejlesztési területek (opcionális) Tárolás (komprimált gáz, cseppfolyós, adszorptíve) Biomassza előkezelés (fizikai, kémiai, enzimatikus) Felhasználás (üzemanyag cella, belső égésű motor) Kiemelten fontos, egymáshoz kapcsolódó területek (pirossal keretezett rész): - Előállítás ún. sötét fermentációval - Kinyerés, tisztítás membrános gáz szeparációval

14 Biohidrogén előállítás sötét fermentáció H 2 C 2 Ecetsav H 2 Vajsav Savak Alkoholok C 2 Etanol C 2 H 2 H 2 C 2 Butanol C 2 Tejsav H 2 Fermentor monoszacharid diszacharid oligoszacharid poliszacharid

15 Mobil vizsgálóállomás fejlesztése inert tartalmú gázok membrán szeparációs vizsgálatára című GP projekt,

18 Integrált rendszer az etil-acetát folyamatos üzemű előállításának vizsgálatára 1-reakcióedény mágneskeverővel, 2-intenzív hűtő, 3-perisztaltikus pumpa, 4- hidrofób membrán, 5-hidrofil membrán, 6,7-hűtött csapdák, 8-kifagyasztó, 9,10- szilikonolajos csapdák, 11-zeolitos adszorber, 12-vákuumszivattyú, 13- manométer, 14-szubsztrát adagoló büretták, 15-termosztát.

19 A második generációs bioetanol-gyártás TÁMP A-11/1/KNV Az anyag tulajdonságaitól a felhasználásig - természetes alapanyagok és hulladékok hasznosítását megalapozó kutatások

20 C H 3 H * C H H (D, L)-tejsav + Tejsav észterezése etanollal C H 3 H 2 C EtH H enzim oldószer H * C CH 3 H 3 C H CH2 (L)-tejsav-etil-észter + H * C H 3 C H (D)-tejsav H + H 2 víz Politejsav előállításának vázlata CH 3 H CH C H CH 3 + H CH C H H 2 H CH 3 CH C H n

21 Membránszeparációs műveletek Nyomáskülönbség Koncentráció- (aktivitás-) különbség Elektromos potenciálkülönbség Hőmérsékletkülönbség mikroszűrés ultraszűrés nanoszűrés fordított ozmózis pervaporáció dialízis folyadék membránok gázszeparáció ozmotikus desztilláció elektrodialízis (üzemanyag cellák) membrán desztilláció

Hasonló dokumentumok

Tejsav enzimatikus észterezése ionos folyadékokban és szuperkritikus szén-dioxidban

PANNON EGYETEM VEGYÉSZMÉRNÖKI- ÉS ANYAGTUDOMÁNYOK DOKTORI ISKOLA Tejsav enzimatikus észterezése ionos folyadékokban és szuperkritikus szén-dioxidban DOKTORI (Ph.D.) ÉRTEKEZÉS TÉZISEI KÉSZÍTETTE: Németh