Hidrodinaminės kavitacijos su orifice plokštelėmis krakmolo oksidacijai tyrimas ir taikymas
Saltuška, Aurimas |
Atlikto tyrimo tikslas – įvertinti hidrodinaminės kavitacijos su vandenilio peroksidu taikymo galimybes krakmolo oksidacijai naudojant skirtingas orifice plokšteles. Krakmolo oksidacija vykdant vandenilio peroksidu įprastai yra naudojami katalizatoriai, nes be metalo jonų katalizatorių oksidacijos laipsnio efektyvumas neviršija 2,78%. Tačiau tokių katalizatorių panaudojimas sumažina oksiduoto krakmolo taikymo galimybes maisto, kosmetikos ar farmacijos pramonėje. Šiam tikslui pasiekti buvo pagamintos penkios skirtingos orifice plokštelės turinčios nuo 1 iki 21 kiaurymės, sukurtas hidrodinaminės kavitacijos reaktorius. Sukurta ir pritaikyta tyrimo metodika krakmolo oksidacijai. Atlikus krakmolo oksidacija gauti rezultatai buvo palyginti su CFD modeliavimo rezultatais ir kitų eksperimentų rezultatais. Galiausiai įvertinta oksiduoto krakmolo taikymo galimybė bioplastikų gamyboje, pagaminant bioplastiko bandinius iš skirtingo oksiduoto krakmolo. Su šiais bioplastikais atlikti eksperimentai vertinant biodegradacijos, skaidrumo ir lankstumo galimybes. Rezultatai parodė, kad daugiau oksidavosi bulvių krakmolas, iki 42,88%. Tai įvyko dėl didesnio amilozės kiekio, kurs bulvių krakmole yra apie 22%. Tuo tarpu manijokų krakmolas, kuris turi tik apie 18% amilozės, buvo oksiduotas tik iki 37,37%. Svarbu pabrėžti, kad orifice plokštelės geometrija turėjo teigiamos įtakos krakmolo oksidacijai, didesnis kiaurymių skaičius didino oksidacijos efektyvumą. Toks krakmolas turi plačias taikymo galimybes ir puikiai tinka plėtojant bioplastikų gamybą. Tyrimo rezultatai yra svarbūs plėtojant beatliekinę krakmolo oksidaciją vandenilio peroksidu, o taikant hidrodinaminę kavitacija su orifice plokštelėmis pasiekiamas proceso efektyvumas ir tvarus išteklių valdymas.
The purpose of the conducted study was to evaluate the possibilities of applying hydrodynamic cavitation with hydrogen peroxide for starch oxidation using different orifice plates. Starch oxidation with hydrogen peroxide typically requires catalysts, as the oxidation efficiency does not exceed 2.78% without metal ion catalysts. However, the use of such catalysts reduces the application possibilities of oxidized starch in the food, cosmetics, or pharmaceutical industries. To achieve this goal, five different orifice plates with 1 to 21 holes were manufactured, and a hydrodynamic cavitation reactor was created. A research methodology was also developed and applied for starch oxidation. The results obtained from the starch oxidation were compared with those from CFD modeling and other experiments. Finally, the application possibilities of oxidized starch in bioplastic production were evaluated by producing bioplastic samples from different oxidized starch. Experiments were conducted with these bioplastics to evaluate their biodegradability, transparency, and flexibility. The results showed that potato starch oxidized more, up to 42.88%, due to its higher amylose content of about 22%. In contrast, cassava starch, which contains only about 18% amylose, was oxidized up to 37.37%. It is important to emphasize that the geometry of the orifice plates positively influenced starch oxidation, and a higher number of holes increased the oxidation efficiency. Such starch has wide application possibilities and is well suited for developing bioplastic production. The study results are important for developing waste-free starch oxidation with hydrogen peroxide, where applying hydrodynamic cavitation with orifice plates achieves process efficiency and sustainable resource management.