[發明專利]利用沸石原位吸附在線分離提純發酵液中丁醇、丙酮和乙醇的方法

無效

• 申請號: 201210555893.7
• 申請日: 2012-12-19
• 公開（公告）號: CN102965400A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發明（設計）人: 薛闖;楊尚天;白鳳武
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: C12P7/16
• 分類號: C12P7/16;C12P7/28;C12P7/06;C07C29/76;C07C31/12;C07C31/08;C07C45/79;C07C49/08;C12R1/19;C12R1/145
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 趙淑梅;李馨

技術領域

本發明涉及利用沸石原位吸附在線分離提純發酵液中丁醇、丙酮和乙醇的方法，屬于生物技術領域。

背景技術

丁醇是一種重要的液體能源和化學品，可以通過微生物發酵法獲得，通常采用丙酮-丁醇-乙醇（ABE）發酵生產丁醇，同時會產生丙酮和乙醇，及少量有機酸。(詳見非專利文獻：Kumar，M,Gayen，K..Developments?in?biobutanol?production:new?insights.Applied?Energy，88:1999-2012，2011).但是發酵液中終點的丁醇濃度通常在1.0～2.0%（w/v）,丙酮濃度在0.5～1.0%（w/v）。并且，丁醇的沸點為117.7℃，高于水的沸點100℃。因此，如果利用傳統的精餾或蒸餾分離法，其分離成本極高，經濟上是不可行的，很難實現工業化生產（詳見非專利文獻：Matsumura,M.,Kataoka,H.,Sueki,M.,Araki,K.Energy?saving?effect?of?pervaporation?using?oleyl?alcohol?liquid?membrane?in?butanol?purification.Bioprocess?Eng.3：93-100,1988）。

目前國內通常采用精餾，萃取和滲透汽化三種方法進行丁醇的分離。如果利用傳統精餾方法，從含有0.5%（w/v）丁醇的發酵液中分離純化丁醇到99.9%（w/v），需要能量79.5MJ/kg丁醇。如果發酵液中的丁醇濃度提高到1.0%（w/v）,需要的能量可以減少到36MJ/kg丁醇，和丁醇自有的能量相等（詳見非專利文獻：Oudshoorn,A.,Van?der?Wielen?LAM,Straathof?AJJ.Assessment?of?options?for?selective?1-butanol?recovery?from?aqueous?solutions.Ind?Eng?Chem?Res.48:7325-7336,2009）。另外，采用精餾塔進行分離，通常需要多個精餾塔串聯，雖然分離得到的丁醇濃度高，但是需要大量的蒸汽加熱，從能量消耗平衡角度看，經濟上是不可行的（詳見專利文獻：李春利，王洪海，王榮良，方靜，張鵬。分離乙醇、丙酮和丁醇發酵醪液的精餾工藝方法。公開號CN101397236A；徐西東，孫太喜。一種節能環保的丁醇丙酮生產方法；公開號CN101302542A；歐陽勝利，李永輝，張志強，陶敏莉，錢勝華，呂惠生，董秀芹，張敏華。制備生物丁醇中乙醇塔的熱耦合節能系統及操作方法。公開號CN?101530672A）。如果利用萃取的方法，液體油水層之間容易形成乳化層，不容易分離。另外，所用的萃取劑通常對生產菌至少產生輕微毒害，影響發酵效率。最后，對萃取劑層中溶解的丁醇濃度不高，導致分離效率很低，并且再次分離，需要消耗的能量很大。因此，綜合考慮，萃取技術尤其很大的弊端和局限性（詳見專利文獻：應明。一種丙酮丁醇原位萃取連續發酵裝置及工藝。CN?101948737A；王建設，王紹鵬。一種連續萃取發酵生產生物丁醇的方法和裝置。CN?101787378A;張延平，王鑫昕，李寅，王少華。一種生產丁醇的方法。CN?101418320A）。利用滲透汽化技術分離丁醇的研究也較多，并且滲透汽化分離可以獲得相對高濃度的丁醇，但是最大的問題是滲透汽化膜的制作成本高，容易被污染，因此給分離過程帶來生產安全隱患（詳見專利文獻：秦培勇，李樹峰，譚天偉，秦帆。一種生物質發酵耦合滲透汽化分離生產丁醇。CN?102757984A;王建設，王紹鵬。一種連續滲透汽化耦合發酵生產生物丁醇的裝置。CN201686697U）。因此，需要開發新技術對產物進行提純，提高分離效率。

因此，本發明利用沸石分子篩吸附法進行發酵產物丁醇，丙酮和乙醇的原位分離純化，可以有效得到高濃度的丁醇，丙酮和乙醇，降低分離成本。其中，沸石分子篩吸附法的優勢在于，通過微生物發酵與吸附耦合原位分離丁醇，丙酮和乙醇，可以邊發酵，邊移除抑制性產物丁醇，丙酮和乙醇。并且，沸石分子篩可以快速吸附發酵液中的丁醇，丙酮和乙醇，并通過加熱快速脫附回收丁醇，丙酮和乙醇。由于沸石分子篩的比熱容很低，因此加熱脫附需要的能量相應很低，整個工藝過程的能耗極低。到目前為止，未見使用沸石分子篩原位吸附法偶聯發酵裝置對丁醇，丙酮和乙醇同時進行分離純化的報道和相關專利。

發明內容

本發明通過利用沸石原位吸附在線分離提純發酵液中丁醇、丙酮和乙醇，不僅能提高發酵效率產生更多的丁醇、丙酮和乙醇，分離純化丁醇、丙酮和乙醇時還能節約大量能耗。