[發(fā)明專利]一種提高木質(zhì)素對ABE發(fā)酵液中丁醇、丙酮、乙醇吸附性能的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611005251.4
• 申請日: 2016-11-15
• 公開（公告）號: CN106362707B
• 公開（公告）日: 2019-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李浩;張昕宇;李春利;王洪海;常立芳
• 申請（專利權(quán)）人: 河北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B01J20/24
• 分類號: B01J20/24;B01J20/30;C12P7/16;C12P7/28;C12P7/06;C07C29/76;C07C31/12;C07C31/08;C07C45/79;C07C49/08
• 代理公司: 天津翰林知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 12210
• 代理人: 趙鳳英

本發(fā)明為一種提高木質(zhì)素對ABE發(fā)酵液中丁醇、丙酮、乙醇吸附性能的方法。該發(fā)明先利用水將木質(zhì)素分級為水溶級份和水不溶級份，然后再利用酮類溶劑將水不溶木質(zhì)素級份再次分級為酮溶級份和酮不溶級份，將最終得到的水不溶且酮不溶級份用于吸附分離發(fā)酵液中丁醇、丙酮、乙醇。該溶解分級方法只涉及到木質(zhì)素的溶解分級，不涉及到化學(xué)改性，因此具有工藝簡單，成本低廉等優(yōu)勢。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及低濃度有機(jī)物吸附技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種通過溶劑分級提高木質(zhì)素對ABE發(fā)酵液中丁醇、丙酮、乙醇吸附性能的方法。

背景技術(shù)

生物丁醇是一種具有高能量密度和高汽油混合度的新型生物液體燃料，因其可作良好的有機(jī)溶劑且燃料性能優(yōu)良，其生物發(fā)酵生產(chǎn)受到高度重視。通過傳統(tǒng)的丙酮(Acetone)-丁醇(Butanol)-乙醇(Ethanol)即ABE發(fā)酵法生產(chǎn)生物丁醇,產(chǎn)物對發(fā)酵菌種存在毒性抑制,導(dǎo)致終產(chǎn)物濃度低以及后續(xù)分離能耗高等問題。(生物發(fā)酵法制備丁醇的產(chǎn)物中還包含大量的丙酮和少量的乙醇等溶劑，產(chǎn)物又稱ABE溶劑。)因此必須采用有效的方法將產(chǎn)物丁醇、丙酮和乙醇從發(fā)酵液中及時移除，降低產(chǎn)物抑制，從而提高發(fā)酵產(chǎn)率降低生產(chǎn)成本。采用吸附法分離發(fā)酵產(chǎn)物是一種主要的分離技術(shù)，該技術(shù)利用吸附劑選擇性吸附丁醇、丙酮以及乙醇從而實(shí)現(xiàn)消除產(chǎn)物抑制的目的，通過吸附作用，有效提高發(fā)酵后丁醇、丙酮以及乙醇的濃度，降低能耗。目前，國內(nèi)外對丁醇吸附劑的報(bào)道主要包括活性炭、分子篩、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、硅藻土、樹脂和竹炭等。其中，活性炭、竹炭等具有較高的吸附容量，但吸附選擇性較差，尤其是對發(fā)酵液中的葡萄糖有較高的吸附容量，會導(dǎo)致發(fā)酵液的損失。分子篩因具有離子交換性，其可交換的離子會與發(fā)酵液中的某些離子發(fā)生交換，導(dǎo)致在后續(xù)發(fā)酵過程中存在生物不相容問題。PVP和樹脂具有較好吸附的效果，但成本較高，制備過程采用的是石化合成路線，不利于可持續(xù)發(fā)展。開發(fā)出兼具高吸附容量、高選擇性、成本低廉、環(huán)境友好等特點(diǎn)的吸附劑對于生物丁醇產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

木質(zhì)素是儲量僅次于纖維素的天然生物質(zhì)高分子。Ladisch發(fā)現(xiàn)木質(zhì)素能夠吸附溶液中的丁醇、丙酮和乙醇，之后Griffith通過同位素示蹤法再次確認(rèn)了木質(zhì)素對丁醇具有一定的吸附能力，并指出木質(zhì)素可望用于生物醇燃料的吸附分離。盡管木質(zhì)素在用于生物醇的吸附分離時展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景和潛力，但其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)及多分散性導(dǎo)致木質(zhì)素性能不均一，尤其是未經(jīng)改性的木質(zhì)素，其應(yīng)用性能并不理想，一定程度上限制了它的應(yīng)用。目前，對木質(zhì)素的改性大多采用化學(xué)法，但化學(xué)法生產(chǎn)成本高，過程相對復(fù)雜，并可能產(chǎn)生二次污染。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的為針對當(dāng)前生物丁醇發(fā)酵產(chǎn)物的吸附分離技術(shù)中吸附劑存在的不足，提供了一種提高木質(zhì)素對ABE發(fā)酵液中丁醇、丙酮、乙醇吸附性能的方法。該發(fā)明先利用水將木質(zhì)素分級為水溶級份和水不溶級份，然后再利用酮類溶劑將水不溶木質(zhì)素級份再次分級為酮溶級份和酮不溶級份，將最終得到的水不溶且酮不溶級份用于吸附分離發(fā)酵液中丁醇、丙酮、乙醇。該溶解分級方法只涉及到木質(zhì)素的溶解分級，不涉及到化學(xué)改性，因此具有工藝簡單，成本低廉等優(yōu)勢。用于溶解分級的水和酮類溶劑可以通過回收得到反復(fù)利用，不產(chǎn)生任何消耗和損失，因此具有綠色、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。

一種提高木質(zhì)素對ABE發(fā)酵液中丁醇、丙酮、乙醇吸附性能的方法，所述方法包括以下步驟：

(1)水溶木質(zhì)素與水不溶木質(zhì)素分級：將木質(zhì)素與蒸餾水混合，超聲波輔助處理2-5min，攪拌后沉降分離，過濾，收集沉降及過濾后下層固體，真空干燥得到水不溶木質(zhì)素；其中，每0.1-2L蒸餾水加木質(zhì)素10-50g；

(2)酮溶木質(zhì)素與酮不溶木質(zhì)素分級：將上步得到的水不溶木質(zhì)素與酮類溶劑充分混合，超聲波輔助處理2-5min，充分?jǐn)嚢?，沉降分離，過濾，收集沉降及過濾后下層固體，得到水不溶酮不溶木質(zhì)素；其中每0.1-2L酮類試劑加水不溶木質(zhì)素30-60g；

(3)將上步得到的水不溶酮不溶木質(zhì)素，于20-60℃下真空干燥12-48h，裝瓶，密封保存。