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基本信息

項(xiàng)目名稱：
納濾膜用于纖維質(zhì)乙醇木糖發(fā)酵分離耦合工藝研究
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
本研究采用納濾膜分離技術(shù)作用于木糖發(fā)酵液，能夠?qū)a(chǎn)物乙醇高效分離出去，解除對(duì)酵母的抑制，從而提高木糖發(fā)酵效率。
詳細(xì)介紹：
木糖發(fā)酵的效率較低纖維質(zhì)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(dá)50g/L，這時(shí)乙醇就會(huì)對(duì)酵母產(chǎn)生較強(qiáng)的抑制。本研究運(yùn)用納濾膜分離技術(shù)，設(shè)計(jì)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(duì)于解除木糖發(fā)酵液的產(chǎn)物抑制，提高木糖的發(fā)酵效率，降低纖維質(zhì)乙醇的生產(chǎn)成本具有重要意義。

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  • 納濾膜用于纖維質(zhì)乙醇木糖發(fā)酵分離耦合工藝研究

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(zhì)乙醇木糖發(fā)酵下游分離的技術(shù)難題，探索高效的乙醇分離技術(shù)，以期提高木糖發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的效率，降低纖維質(zhì)乙醇的生產(chǎn)成本并早日實(shí)現(xiàn)其工業(yè)化。 基本思路：本項(xiàng)目采用納濾膜分離技術(shù)，并設(shè)計(jì)出發(fā)酵分離耦合裝置，分別對(duì)三種不同品牌的納濾膜進(jìn)行試驗(yàn)，篩選到合適的納濾膜以及相應(yīng)的工藝條件，并通過計(jì)算驗(yàn)證該工藝能夠顯著提高乙醇生產(chǎn)率。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

科學(xué)性：納濾膜分離技術(shù)是已應(yīng)用于工業(yè)化的較為成熟是技術(shù)。本項(xiàng)目將其應(yīng)用到木糖發(fā)酵分離領(lǐng)域，根據(jù)膜截留分子量使產(chǎn)物乙醇透過膜，而木糖等被截留，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物分離的目的。 先進(jìn)性：納濾膜分離技術(shù)有多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)：能耗低，無復(fù)雜相變化，操作簡(jiǎn)單，條件溫和等；經(jīng)理論計(jì)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(dú)特之處：采用納濾分離技術(shù)首次應(yīng)用于木糖發(fā)酵分離領(lǐng)域，效果顯著，大大簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

實(shí)際價(jià)值：本研究利用納濾膜分離技術(shù)實(shí)現(xiàn)了模擬木糖發(fā)酵液的產(chǎn)物分離，解除了產(chǎn)物抑制；經(jīng)理論計(jì)算可以提高木糖發(fā)酵效率70%，并設(shè)計(jì)出木糖發(fā)酵分離的實(shí)用新型專利一項(xiàng)（已經(jīng)受理，專利號(hào)201120167188.0）。 現(xiàn)實(shí)意義：本研究實(shí)現(xiàn)了木糖發(fā)酵液中產(chǎn)物乙醇的高效分離,對(duì)于提高木糖發(fā)酵的效率，簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝，減少纖維質(zhì)乙醇的生產(chǎn)成本有積極意義。

學(xué)術(shù)論文摘要

石油資源面臨枯竭，纖維質(zhì)乙醇被視為最有可能替代的能源之一。目前，纖維質(zhì)乙醇工業(yè)化面臨三大難題：預(yù)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(zhì)纖維素水解產(chǎn)物中含量?jī)H次于葡萄糖的單糖，將其高效轉(zhuǎn)化乙醇，可提高纖維質(zhì)乙醇的轉(zhuǎn)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(dá)50g/L，這時(shí)乙醇就會(huì)對(duì)酵母產(chǎn)生較強(qiáng)的抑制。如果在發(fā)酵的同時(shí)將乙醇分離出去，就可以解除產(chǎn)物抑制，提高乙醇生產(chǎn)率。 本研究運(yùn)用納濾膜分離技術(shù)，設(shè)計(jì)出木糖發(fā)酵分離耦合工藝。分別試驗(yàn)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(shí)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(shí)，本研究對(duì)100L發(fā)酵液發(fā)酵分離耦合的效率進(jìn)行計(jì)算，發(fā)現(xiàn)與傳統(tǒng)發(fā)酵工藝相比，采用納濾分離技術(shù)能夠提高木糖發(fā)酵效率70%。因而將其應(yīng)用于木糖發(fā)酵分離耦合工藝，對(duì)于解除木糖發(fā)酵液的產(chǎn)物抑制，提高木糖的發(fā)酵效率，降低纖維質(zhì)乙醇的生產(chǎn)成本具有重要意義。

獲獎(jiǎng)情況

無

鑒定結(jié)果

無

參考文獻(xiàn)

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同類課題研究水平概述

現(xiàn)階段纖維質(zhì)乙醇的工業(yè)化生產(chǎn)是一個(gè)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(duì)于木糖發(fā)酵的研究，運(yùn)用樹干畢赤氏酵母發(fā)酵乙醇，濃度已經(jīng)可以達(dá)到50g/L；這時(shí)乙醇產(chǎn)生很強(qiáng)的反饋抑制，降低了木糖發(fā)酵的效率。所以產(chǎn)物乙醇的高效分離對(duì)于提高木糖發(fā)酵乙醇的單位生產(chǎn)率意義重大。在這方面，國(guó)內(nèi)外的研究涉及很少，發(fā)酵液的產(chǎn)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(shè)計(jì)出組合兩種技術(shù)的新型反應(yīng)器分離效果良好，但是能耗較高，操作復(fù)雜，而且僅僅是處在實(shí)驗(yàn)室階段；國(guó)外也沒有直接采用納濾膜技術(shù)進(jìn)行木糖發(fā)酵的下游分離過程。本項(xiàng)目所用的納濾膜分離技術(shù)用于木糖發(fā)酵液的產(chǎn)物分離，并在工業(yè)中試規(guī)模下進(jìn)行初步試驗(yàn)，對(duì)發(fā)酵分離耦合的效率進(jìn)行計(jì)算，此前尚未見諸報(bào)道。 本項(xiàng)目結(jié)果顯示，納濾膜能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)物高效分離。與傳統(tǒng)蒸餾技術(shù)相比，操作條件溫和簡(jiǎn)單，無復(fù)雜相變化，能耗低，易于工業(yè)放大，無副產(chǎn)物出現(xiàn)；同時(shí)對(duì)5L發(fā)酵罐的數(shù)據(jù)進(jìn)行理論放大后計(jì)算，耦合工藝能夠提高木糖發(fā)酵效率70%。
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