[發明專利]一種利用滲透汽化膜分離發酵液中無水溶劑的方法

在審

• 申請號: 201710003121.5
• 申請日: 2017-01-04
• 公開（公告）號: CN106731851A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 譚天偉;蔡的;秦培勇;胡嵩;張長偉;賈晴晴
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: B01D61/36
• 分類號: B01D61/36;B01D69/06;B01D69/08;C02F1/44;C02F101/30
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司11372
• 代理人: 吳大建

技術領域

本發明屬于膜分離技術領域，具體涉及一種利用滲透汽化膜分離發酵液中無水溶劑的方法。

背景技術

利用生物質生產替代燃料和化學品是緩解化石能源枯竭和全球氣候變暖的有效途徑。在替代燃料和生物化學品的發酵法生產過程中，其揮發性發酵產物濃度低，導致利用傳統精餾法分離產物時，后續分離成本高、能耗大、經濟效益差，極大影響了生物化學品發酵生產的工業化應用。

滲透汽化法是一種通過滲透汽化膜對待分離物質選擇性滲透，實現目標產物高效分離的方法。根據分離目標的不同，滲透汽化膜的類型可以大致分為親水性滲透汽化膜和疏水性滲透汽化膜。其中疏水性滲透汽化膜可以應用于低濃度揮發性有機物的分離和富集，并可以通過與發酵過程的耦合，實現對揮發性發酵產物的原位分離，改善產物的分離效率。親水性滲透汽化膜主要用于高濃度有機物的脫水，實現無水溶劑產物的制備。

目前采用滲透汽化膜分離生物化學品的方法存在有分離過程的效率低、能耗較高，操作復雜，污染環境，且不具有普遍適用性等問題。因此，需要提出一種具備普遍適用性，可用于不同揮發性有機質，且高效、節能的全膜法分離工藝，用以制備生物無水溶劑產物。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足提供一種利用滲透汽化膜分離發酵液中無水溶劑的方法，該方法通過全膜法分離，將發酵醪液中的揮發性有機物進行濃縮、脫水，減少發酵過程中產物的抑制和發酵產物的分離能耗，降低生物化學品的生產成本，可廣泛應用于生物燃料、生物化學品的生產，及低濃度有機廢水中溶劑的回收和分離。

為此，本發明提供了一種利用滲透汽化膜分離發酵液中無水溶劑的方法，其包括以下步驟：

A，利用第一級滲透汽化膜對發酵液中的揮發性有機物進行濃縮和分離，獲得第一級滲透汽化分離產物；

B，利用第二級滲透汽化膜對第一級滲透汽化分離產物進行繼續濃縮，獲得第二級滲透汽化分離產物；

C，利用第三級滲透汽化膜對第二級滲透汽化分離產物進行脫水，獲得無水溶劑；

其中，所述第一級滲透汽化膜和第二級滲透汽化膜均為疏水性滲透汽化膜；所述第三級滲透汽化膜為親水性滲透汽化膜。

根據本發明，所述第一級滲透汽化膜的溫度控制在10-60℃，第二級滲透汽化膜的溫度控制在10-90℃，第三級滲透汽化膜的溫度控制在10-90℃。

在本發明的一些實施例中，所述第一級滲透汽化膜和第二級滲透汽化膜的材質均包括八甲基環四硅氧烷、四甲基四乙烯基環四硅氧烷、羥基封端聚二甲基硅氧烷、乙烯基封端聚二甲基硅氧烷、聚三甲基硅丙炔、聚丙烯、聚苯乙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、纖維素及纖維素改性材料中的一種或多種。

在本發明的另一些實施例中，所述第三級滲透汽化膜的材質包括聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚丙烯酸、聚酰胺、聚酰亞胺、高分子離聚物、殼聚糖、藻朊酸、醋酸纖維素及醋酸纖維素改性材料中的一種或多種。

根據本發明，所述第一級滲透汽化膜、第二級滲透汽化膜和第三級滲透汽化膜的類型均包括板式膜、卷式膜或中空纖維膜。

根據本發明，各步驟滲透汽化的傳質推動力為在滲透汽化膜透過側的真空體系，或在滲透汽化膜的透過側進行氣體吹掃。

在本發明的一些實施例中，所述真空體系的真空度在1kpa以下；所述氣體吹掃的流量為0.5-10m/s的惰性氣體流。

在本發明的一些實施方式中，步驟A中揮發性有機物與第一級滲透汽化膜的結合相態為氣態和/或液態。

在本發明的一些實施方式中，步驟B中第一級滲透汽化分離產物與第二級滲透汽化膜的結合相態為氣態和/或液態。

在本發明的一些實施方式中，步驟C中第二級滲透汽化分離產物與第三級滲透汽化膜的結合相態為氣態和/或液態。

根據本發明，所述方法還可用于分離回收含有揮發性有機物的水溶液中的無水溶劑；所述含有揮發性有機物的水溶液中的揮發性有機物含量小于30wt％。

在本發明的一些實施方式中，所述揮發性有機物包括乙醇、丁醇、異丙醇、甲苯、二甲苯、異戊二烯和丙酮中的一種或多種。

本發明的有益效果為：本發明所述方法將疏水性滲透汽化膜和親水性滲透汽化膜分離級聯，構建了面向發酵液溶劑原位分離和脫水的生化分離過程。在溶劑分離過程中，避免了傳統精餾過程高能耗、高成本等問題，操作方便，能耗低，降低生物化學品的分離成本，可廣泛應用于生物燃料、生物化學品的生產；同時，本發明所述的方法還可用于低濃度有機廢水中無水溶劑的回收和分離。

附圖說明