基本信息
- 項目名稱：
- 納濾膜用于纖維質乙醇木糖發(fā)酵分離耦合工藝研究
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 自然科學類學術論文
- 簡介：
- 本研究采用納濾膜分離技術作用于木糖發(fā)酵液，能夠將產物乙醇高效分離出去，解除對酵母的抑制，從而提高木糖發(fā)酵效率。
- 詳細介紹：
- 木糖發(fā)酵的效率較低纖維質乙醇工業(yè)化面臨的難題之一。目前研究顯示，利用樹干畢赤氏酵母發(fā)酵，乙醇濃度可達50g/L，這時乙醇就會對酵母產生較強的抑制。本研究運用納濾膜分離技術，設計出木糖發(fā)酵分離耦合工藝，能夠使大部分乙醇能被分離出發(fā)酵液，絕大部分木糖被截留以回收利用。本研究對于解除木糖發(fā)酵液的產物抑制，提高木糖的發(fā)酵效率，降低纖維質乙醇的生產成本具有重要意義。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 撰寫目的：為解決現(xiàn)階段纖維質乙醇木糖發(fā)酵下游分離的技術難題，探索高效的乙醇分離技術，以期提高木糖發(fā)酵生產乙醇的效率，降低纖維質乙醇的生產成本并早日實現(xiàn)其工業(yè)化。 基本思路：本項目采用納濾膜分離技術，并設計出發(fā)酵分離耦合裝置，分別對三種不同品牌的納濾膜進行試驗，篩選到合適的納濾膜以及相應的工藝條件，并通過計算驗證該工藝能夠顯著提高乙醇生產率。
科學性、先進性及獨特之處
- 科學性：納濾膜分離技術是已應用于工業(yè)化的較為成熟是技術。本項目將其應用到木糖發(fā)酵分離領域，根據(jù)膜截留分子量使產物乙醇透過膜，而木糖等被截留，實現(xiàn)產物分離的目的。 先進性：納濾膜分離技術有多項優(yōu)點：能耗低，無復雜相變化，操作簡單，條件溫和等；經理論計算，耦合工藝與傳統(tǒng)發(fā)酵法相比，能夠提高木糖發(fā)酵效率70%。 獨特之處：采用納濾分離技術首次應用于木糖發(fā)酵分離領域，效果顯著，大大簡化生產工藝。
應用價值和現(xiàn)實意義
- 實際價值：本研究利用納濾膜分離技術實現(xiàn)了模擬木糖發(fā)酵液的產物分離，解除了產物抑制；經理論計算可以提高木糖發(fā)酵效率70%，并設計出木糖發(fā)酵分離的實用新型專利一項（已經受理，專利號201120167188.0）。 現(xiàn)實意義：本研究實現(xiàn)了木糖發(fā)酵液中產物乙醇的高效分離,對于提高木糖發(fā)酵的效率，簡化生產工藝，減少纖維質乙醇的生產成本有積極意義。
學術論文摘要
- 石油資源面臨枯竭，纖維質乙醇被視為最有可能替代的能源之一。目前，纖維質乙醇工業(yè)化面臨三大難題：預處理工藝的優(yōu)化；酶的成本較高;木糖發(fā)酵的效率較低。 木糖是木質纖維素水解產物中含量僅次于葡萄糖的單糖，將其高效轉化乙醇，可提高纖維質乙醇的轉化率25%。目前研究顯示，利用樹干畢赤氏酵母發(fā)酵，乙醇濃度可達50g/L，這時乙醇就會對酵母產生較強的抑制。如果在發(fā)酵的同時將乙醇分離出去，就可以解除產物抑制，提高乙醇生產率。 本研究運用納濾膜分離技術，設計出木糖發(fā)酵分離耦合工藝。分別試驗了KOCH、GE、Filmtec的納濾膜，作用于模擬的木糖發(fā)酵液（主要成分為木糖、乙醇），實現(xiàn)了乙醇濃度的大幅度降低（79.5%—89.2%）及木糖的絕大部分截留（83.6%—98.7%）。這意味著大部分乙醇能被分離出發(fā)酵液，絕大部分木糖被截留以回收利用。 同時，本研究對100L發(fā)酵液發(fā)酵分離耦合的效率進行計算，發(fā)現(xiàn)與傳統(tǒng)發(fā)酵工藝相比，采用納濾分離技術能夠提高木糖發(fā)酵效率70%。因而將其應用于木糖發(fā)酵分離耦合工藝，對于解除木糖發(fā)酵液的產物抑制，提高木糖的發(fā)酵效率，降低纖維質乙醇的生產成本具有重要意義。
獲獎情況
- 無
鑒定結果
- 無
參考文獻
- [1]Cysewski G R , Wilke C R.Biotechnol Bioeng，1977 ,19 (8) :1125 -1143. [2] 王澤云,朱浩里,張君,等.[J]. 釀酒,2003 ,30 (2) :65 - 68. [3] Liu H S , Hsu H W. [J ] . Chem Eng Sci ,1990 ,45 (5) :1289 - 1299. [4]沈文豪,肖希和,杭建忠,等.[J]. 高?；瘜W工程學報,2003 ,17(2) :166 - 172. [5]Christen P, Minier M, Renon H.[J]. Biotechnol Bioeng ,1990 ,36 (2) :116 - 123. [6]張團偉,劉秀鳳,朱慧銘,等. [J]. 現(xiàn)代化工,2004 ,24 (3) :11- 15. [7]Nomura M, Bin T, Nakao S. [J]. Separation and Purification Technology ,2002 ,27 (1) :59 - 66. [8]Silva F L H D , Rodrigues M I , Maugeri F. [J]. J Chem Technol Biotech2nol ,1999 ,74 (2) :176 - 182.
同類課題研究水平概述
- 現(xiàn)階段纖維質乙醇的工業(yè)化生產是一個世界性的難題，而木糖發(fā)酵的效率較低是其中難題之一。對于木糖發(fā)酵的研究，運用樹干畢赤氏酵母發(fā)酵乙醇，濃度已經可以達到50g/L；這時乙醇產生很強的反饋抑制，降低了木糖發(fā)酵的效率。所以產物乙醇的高效分離對于提高木糖發(fā)酵乙醇的單位生產率意義重大。在這方面，國內外的研究涉及很少，發(fā)酵液的產物分離多集中在葡萄糖發(fā)酵工藝上，沒有涉及木糖發(fā)酵工藝的研究。劉振等提出氣提發(fā)酵與真空閃蒸耦合的研究思路，并設計出組合兩種技術的新型反應器分離效果良好，但是能耗較高，操作復雜，而且僅僅是處在實驗室階段；國外也沒有直接采用納濾膜技術進行木糖發(fā)酵的下游分離過程。本項目所用的納濾膜分離技術用于木糖發(fā)酵液的產物分離，并在工業(yè)中試規(guī)模下進行初步試驗，對發(fā)酵分離耦合的效率進行計算，此前尚未見諸報道。 本項目結果顯示，納濾膜能夠實現(xiàn)產物高效分離。與傳統(tǒng)蒸餾技術相比，操作條件溫和簡單，無復雜相變化，能耗低，易于工業(yè)放大，無副產物出現(xiàn)；同時對5L發(fā)酵罐的數(shù)據(jù)進行理論放大后計算，耦合工藝能夠提高木糖發(fā)酵效率70%。
