[發明專利]一種吸附丁醇的疏水性大孔聚合物吸附劑的脫附再生方法

有效

• 申請號: 201110187052.0
• 申請日: 2011-07-05
• 公開（公告）號: CN102861561A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發明（設計）人: 應漢杰;樊建聲;林曉清;吳菁嵐;陳勇;陳曉春;謝婧婧;熊健;柏建新
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: B01J20/34
• 分類號: B01J20/34;B01J20/26;C07C31/12;C07C29/76
• 代理公司: 北京瑞恒信達知識產權代理事務所(普通合伙) 11382
• 代理人: 曹津燕

技術領域

本發明涉及一種丁醇吸附樹脂的脫附再生方法，特別是吸附了丁醇發酵液的樹脂的脫附再生，屬于提取和凈化技術領域。

背景技術

國家能源供應多元化是國家能源策略的一個重要方面，在世界未來的能源結構中，可再生生物能源將是能源利用的主體之一。丁醇作為一種新型生物燃料，隨著丙酮丁醇發酵工業上游和下游工程技術的完善，具有巨大的市場潛力。

丁醇(正丁醇和1-丁醇)是一個四碳伯醇，分子式C₄H₉OH，摩爾分子量74.12。丁醇是一種具有獨特氣味的無色液體，其蒸氣對粘膜有刺激性影響，在高濃度下有麻醉作用。其主要用于制造鄰苯二甲酸二丁酯和脂肪族二元酸丁酯類增塑劑，廣泛用于各種塑料和橡膠制品的生產。丁醇還可用來生產丁醛、丁酸、丁胺和醋酸丁酯，它們可用作樹脂、油漆、黏結劑的溶劑，也可用作油脂、藥物和香料的萃取劑及醇酸樹脂涂料的添加劑。同時，丁醇還是一種極具潛力的新型生物燃料。

然而傳統丁醇發酵產業對于大規模工業化應用還存在不少問題。其中比較關鍵的一個問題就是發酵液中的溶劑終濃度低。由于丁醇對菌體有毒害作用，一般生物法制備丁醇的質量濃度＜13g/L，丁醇產率＜0.29g/(L·h)，丁醇產量＜25％(質量分數)。相應的，這會導致發酵的總溶劑質量分數≤2％，為了獲得商品化的丁醇，需要采用常規精餾方法，消耗大量的能量。

為了解決這一關鍵問題，必須采用有效的方法將產物ABE(丙酮-丁醇-乙醇)從發酵液中移除，降低產物抑制，從而提高發酵產率，降低工業成本。

目前，用于ABE發酵產物分離的主要技術包括氣提法(gas?stripping，GS)、液液萃取法(liquid-liquid?extraction)、滲透汽化法(pervaporation，PV)、吸附法(adsorption)。Meagher(US?5,755,967)等通過開發一種填充硅橡膠的沸石膜，采用滲透汽化方法分離丙酮、丁醇。該沸石膜相對于吸附乙醇、乙酸、丁酸而言，對丙酮和丁醇具有優良的選擇性吸附。該專利還報道了采用熱解析的方法，加熱硅質巖至78℃，對丁醇、丙酮和乙醇的回收率分別為100％、95.5％和80％，但沒有測試ABE在洗脫相中溶度的相關報道。Qureshi，N.等(Qureshi，N.等，2005，Bioprocess?and?Biosystems?Engineering，27(4)：215-222)等用吸附-解吸方法回收生物丁醇，從能耗方面考慮，是最佳的回收過程。DIJK(WO?2008/095896A1)等采用一種超高交聯度的微孔樹脂分離生物丁醇，但是該樹脂對丙酮、乙醇具有一定的吸附量，增大了后期分離工藝的費用。Arjan?Oudshoorn(Arjan?Oudshoorn等，2009，Biochemical?Engineering?Journal，48：99-103)等用沸石吸附分離生物丁醇，考察了CBV28014、CBV811、CBV901三種沸石對生物丁醇的吸附性能，但是存在沸石對生物丁醇的吸附容量不高，且吸附丁醇的同時也吸附了丙酮和乙醇等問題，造成后期分離費用增加。David?R.Nielsen(David?R.Nielsen等，2009，Biotechnology?and?Bioengineering，102(3)：811-821)等利用高分子樹脂原位回收生物丁醇，考察了高分子樹脂對生物丁醇的吸附性能，但是存在以下問題：樹脂與發酵液直接接觸造成樹脂污染；一些樹脂的生物相容性不好；能夠吸附底物葡萄糖及發酵反應中間體；一些樹脂的吸附容量偏低；一些樹脂雖然具有較高的丁醇吸附容量，同時吸附較多的丙酮和乙醇等。Milestone(Milestone，N.B.等，1981，J?Chem?Technol?Biotechnol.，31：732-736)等采用熱解吸的方法從硅質巖中脫附丁醇，先加熱硅質巖至40℃除去硅質巖中的水分，然后升溫至150℃回收丁醇。洗脫液中丁醇濃度達到790-810g/L，但是沒有涉及到丁醇回收率及再生方法的報道的問題。Das(Das，K.等，1987，In：Proceedings?4th?European?congress?on?biotechnol.，1：76-78)等采用120℃的熱蒸氣通過活性炭、IRC-50和XAD-2樹脂床層，出口氣體采用0℃水冷凝，其丁醇回收率分別為60-65％，75-85％和75-85％。綜上所述，目前用于丁醇發酵液的吸附劑普遍存在兩個主要問題：一是吸附介質的吸附容量較低，比如低于100mg丁醇/g吸附劑；二是不能有效的從吸附劑上解吸丁醇，因此造成丁醇的總回收率低下。

發明內容