[發(fā)明專利]一種聚乙烯基三乙氧基硅烷膜蒸汽滲透膜脫除發(fā)酵液中乙醇的工藝

在審

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• 申請日: 2014-12-23
• 公開（公告）號: CN105779507A
• 公開（公告）日: 2016-07-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李云
• 申請（專利權(quán)）人: 北京化工大學(xué)常州先進(jìn)材料研究院
• 主分類號: C12P7/06
• 分類號: C12P7/06;C07C29/76;C07C31/08;B01D71/34;B01D67/00
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種聚乙烯基三乙氧基硅烷膜蒸汽滲透膜脫除發(fā)酵液中乙醇的工藝，屬于膜分離技術(shù)領(lǐng) 域。

背景技術(shù)

隨著人們對全球性能源危機(jī)認(rèn)識的不斷加深及環(huán)境保護(hù)意識的不斷加強(qiáng)，從20世紀(jì)70年代中期開始， 利用生物技術(shù)和可再生資源(生物源)進(jìn)行乙醇的工業(yè)化生產(chǎn)，并以此作為石油能源的替代物成為各國的 研究熱點(diǎn)。燃料乙醇可替代部分石油能源，發(fā)展燃料乙醇有利于緩解石油緊缺的矛盾；燃料乙醇具有和礦 物燃料相似的燃燒性能，在汽油內(nèi)增加乙醇組份，使其含氧量、辛烷值提高，燃燒更加完全，汽車尾氣中 CO和碳?xì)浠衔锱欧帕靠煞謩e降低30.8％和13.4％，其燃燒排放的CO₂和生物源生長消耗的CO₂幾乎等 量，減輕了中國面臨排放溫室氣體CO₂的壓力，具有改善環(huán)境質(zhì)量的意義。

總體上，燃料乙醇是綠色可再生能源，發(fā)展燃料乙醇有益于保護(hù)環(huán)境和實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，有利于 我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)健康發(fā)展，為以可再生能源為基礎(chǔ)的生物工業(yè)及生物化學(xué)工業(yè)打下良好的基礎(chǔ)。

為了在發(fā)酵的過程中移出發(fā)酵產(chǎn)生的乙醇，降低產(chǎn)物抑制作用，達(dá)到提高原料利用率以及乙醇產(chǎn)率的 目的，研究者提出了發(fā)酵過程和分離技術(shù)相耦合的連續(xù)發(fā)酵過程，分離技術(shù)包括氣提法、真空法、萃取法、 膜分離法等。如上所提出的膜分離過程與乙醇發(fā)酵耦合，均能在一定程度上消除了產(chǎn)物對酵母細(xì)胞的抑制 作用，提高原料利用率和發(fā)酵產(chǎn)率，降低乙醇回收過程中的能耗。但系統(tǒng)長期運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，滲透通量和分離因 子隨時(shí)間的延長出現(xiàn)下降趨勢，不但影響發(fā)酵效率，還需定期對膜進(jìn)行清洗，增加成本，縮短了膜的使用 壽命。目前已有研究結(jié)果表明，發(fā)酵液成分復(fù)雜，長期直接與膜表面接觸，發(fā)酵液中的組分(如酵母細(xì)胞、 葡萄糖)以及發(fā)酵副產(chǎn)物(如琥珀酸、甘油)等對膜的敏感性影響了膜的分離性能和穩(wěn)定性。因此需要一 種新的膜分離技術(shù)，減小或避免膜污染的情況，保證發(fā)酵與分離過程的長時(shí)間穩(wěn)定進(jìn)行。

目前研究的優(yōu)先透醇膜材料中，分為有機(jī)膜和有機(jī)膜。相對于無機(jī)膜，有機(jī)聚合物膜成本較低，且制 膜重復(fù)性高，有機(jī)聚合物膜中最具代表性的是聚二甲基硅氧烷(PDMS)。PDMS膜具有表面能低、柔順 性及化學(xué)穩(wěn)定性好、價(jià)格便宜等特點(diǎn)，是目前研究最多的優(yōu)先透醇膜材料，且已成功實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。但 PDMS膜由于PDMS分子鏈間內(nèi)聚能密度比較小，很難制備超薄膜，滲透通量一般在1000g/m2.h以下，分離 因子也不高，遠(yuǎn)不能滿足工業(yè)應(yīng)用的要求。為此人們致力于研制性能更優(yōu)越的優(yōu)先透醇膜材料。聚乙烯基 三乙氧基硅烷(PVTES)是成膜單體RSiX₃在催化劑的作用下通過自身水解縮合而形成的，應(yīng)用于低濃度 乙醇水溶液分離過程時(shí)，該膜的滲透通量比PDMS膜高1-2個(gè)數(shù)量級，分離因子約為5，本發(fā)明開發(fā)了一種 改性的PVTES新型優(yōu)先透醇膜，以提高分離選擇性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對上述制備方法的不足，提供一種改性聚乙烯基三乙氧基硅烷膜蒸汽滲透技術(shù)分離 回收發(fā)酵產(chǎn)生的乙醇。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種改性聚乙烯基三乙氧基硅烷膜生物質(zhì)發(fā)酵-蒸汽滲透膜耦合生產(chǎn)乙醇 的工藝，具體步驟如下：

(1)將PVDF基膜平放于培養(yǎng)皿中，加入少量乙醇至完全浸潤，接著向培養(yǎng)皿中加入一定量的水， 水在乙醇的引流作用下進(jìn)入PVDF基膜的微孔中替代乙醇，其作用是減輕鑄膜液孔滲；

(2)在燒杯中加入改性物質(zhì)HSO2.72g，溶劑正庚烷Heptane20g，攪拌至完全溶解，然后再依此加入 成膜單體乙烯基三乙氧基硅烷(VTES)10g、催化劑二月桂酸二丁基錫(DBTL)0.4g，攪拌至完全混合并 靜置10min脫泡，即得到PVTES-HSO鑄膜液；

(3)首先將經(jīng)步驟1)預(yù)處理過的基膜取出放置于一塊潔凈玻璃板上，用濾紙擦去基膜表面的多余水 分，此時(shí)將步驟2)中配好的鑄膜液涂在基膜表面，將其置于30℃的真空干燥箱中1h，待基膜表面活性層 形成后，再升至30℃成膜溫度并抽真空，真空干燥24h即可得到完整的PVTES-HSO膜。

(4)將PVTES-HSO膜固定在膜器內(nèi)，見附圖2；