[發明專利]化學改性纖維類固定化載體及其制備方法和用途

無效

• 申請號: 201310451453.1
• 申請日: 2013-09-29
• 公開（公告）號: CN103484446A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 姜岷;孔祥平;賀愛永;吳昊;陳佳楠;尹春燕;陳吳方;陳攀
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: C12N11/12
• 分類號: C12N11/12;C08H8/00;C12M1/00;C12P7/16;C12R1/145
• 代理公司: 江蘇致邦律師事務所 32230
• 代理人: 徐蓓

技術領域

本發明涉及屬于生物化工技術領域，具體的，涉及化學改性纖維類固定化載體及其制備方法和用途，更具體的，涉及制備化學改性纖維類固定化載體的方法，化學改性纖維類固定化載體，用于制備丁醇的設備以及利用該設備制備丁醇的方法。

背景技術

受世界石油資源、價格、環保和全球氣候變化的影響，發展生物燃料已成為許多國家提高能源安全、減排溫室氣體、應對氣候變化的重要措施。生物丁醇主要是由梭菌通過厭氧發酵產生，該方法可有效緩解能源短缺和環境污染兩大突出問題，作為一種新型的液體燃料，具有能量密度大，腐蝕性小、可直接用于內燃機、運輸方便等優點，在能源危機日益嚴峻的今天，生物丁醇作為燃料有著廣闊的發展前景。生物丁醇與乙醇相似，可以和汽油混合，但卻具有許多優于乙醇之處，例如，丁醇具有較高的能量密度，和汽油相近，而乙醇的能量密度比汽油低35%；因其類似烴類的結構，丁醇對水的溶解性比乙醇小得多，并且可在煉油廠調和并用管道運送，而乙醇必須在分銷終端進行調和；生物丁醇可利用煉油廠原有基礎設施，而乙醇不行。因此，生物丁醇的研究開發日益受到許多國家的重視。

丁醇又稱正丁醇，作為一種良好的化工原料和新型液體燃料受到廣泛的重視，可用作油漆和表面涂料，也用于生產鄰苯二甲酸二丁酯（DBP）和鄰苯二甲酸丁芐酯（BBP）等增塑劑，還用來制造醋酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸丁酯、乙二醇醚，并可用于表面涂料、皮革處理、香料、橡膠加工助劑和農用化學品等方面。與傳統的化學方法不同，生物丁醇主要是由梭菌通過厭氧發酵產生，該方法可有效緩解能源短缺和環境污染兩大突出問題，目前已經成為研究熱點。隨著我國化學工業和醫藥工業的不斷發展，丁醇需求量將有一定增長。

目前，丁醇主要通過化學法合成，隨著石油資源加速枯竭和價格飛漲，生物發酵法制備丁醇又受到了廣泛的重視。然而，生物法制備丁醇存在發酵周期長、生產速率低、轉化率低以及產物濃度低等瓶頸。

目前制備丁醇的手段仍有待改進。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決上述技術問題之一或至少提供一種有用的商業選擇。

根據本發明的實施例，本發明提出了一種制備化學改性纖維類固定化載體的方法，其包括：

（1）將纖維類固定化載體浸泡在聚乙烯亞胺溶液中，以便獲得聚乙烯亞胺改性的載體，其中，所述聚乙烯亞胺改性的載體在其表面上形成有聚乙烯亞胺分子。

（2）將所述聚乙烯亞胺改性的載體浸泡在戊二醛溶液中，以便使聚乙烯亞胺分子中的氨基和戊二醛的醛基反應，從而獲得所述化學改性纖維類固定化載體。

根據本發明的實施例所得到的經過化學改性的纖維類固定化載體可以作為細胞固定化載體裝填成固定化纖維床，應用于生物丁醇的單批發酵和重復批次發酵中。根據本發明的實施例，通過在聚乙烯亞胺溶液中浸泡，可以使聚乙烯亞胺中的氨基與纖維結構中的羥基反應形成化學鍵，在纖維類固定化載體表面形成上大量的聚乙烯亞胺分子，通過在戊二醛溶液中浸泡，可以使聚乙烯亞胺分子中的氨基和戊二醛的醛基反應，完成聚乙烯亞胺分子的交聯，完成交聯后會在纖維類固定化載體表面形成一層具有強化學吸附力的分子膜。進而，可以提高纖維類材料表面的粗糙度，正電荷量，活性基團數，從而提高纖維類固定化材料對丙酮丁醇梭菌的固定化效率，縮短發酵周期，提高生產強度。

根據本發明的實施例，上面所述制備化學改性纖維類固定化載體的方法還可以具有下列附加技術特征：

根據本發明的實施例，所述纖維類固定化載體可以為植物秸稈，優選甘蔗渣、稻草和玉米秸稈。這些材料中含有纖維素成分，表面帶有大量的羥基。由此，可以進一步提高經過化學改性的纖維類固定化載體作為細胞固定化載體裝填成固定化纖維床，應用于生物丁醇的單批發酵和重復批次發酵中的效率。

根據本發明的實施例，所述聚乙烯亞胺溶液的濃度為4g/L，pH為7.0~8.0，根據本發明的實施例，所述戊二醛溶液的濃度為1?g/L。根據本發明的實施例，可以分別按照下列方法配置所述聚乙烯亞胺溶液和所述戊二醛溶液。在通風廚中向純水中加入適量的聚乙烯亞胺，攪拌10~30分鐘，溶解后調節PH穩定至7.0~8.0之間，4℃下密封保存所得到的聚乙烯亞胺溶液。由于戊二醛具有強烈的殺菌效果，根據本發明的一個實施例，所述戊二醛交聯劑溶液的濃度為1?g/L，但可根據所需固定的細胞對戊二醛的耐受力情況適當提高其濃度，以增強交聯效果，提高固定化效率。本發明中使用的是25%的戊二醛溶液，將其加入到磷酸鹽緩沖溶液（PH=7.0）中稀釋至1?g/L，4℃下密封保存所得到的戊二醛溶液。