滲透汽化分離耦合丙酮-丁醇發(fā)酵的研究.pdf

1、由于石油能源的耗盡和價(jià)格的不斷抬高，作為下一代石油能源替代品的生物能源引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的注意。與生物乙醇、生物柴油等生物能源相比，生物丁醇表現(xiàn)出了很多優(yōu)良性能。本文以丙酮和丁醇的水溶液分離體系作為分離對象，合成了HTPB-PU和PDMS/PVDF復(fù)合膜，并考察了對丙酮和丁醇水溶液的分離效果。同時(shí)，將PDMS/PVDF復(fù)合膜應(yīng)用于滲透汽化分離耦合丙酮丁醇發(fā)酵。主要內(nèi)容如下：
　　 1.HTPB-PU膜
　　 將HTPB

2、-PU膜應(yīng)用于丙酮-水、丁醇-水、丙酮-丁醇-水的分離?？疾炝肆弦簻囟取⒘弦簼舛葘δし蛛x性能的影響。通過溶脹性能、滲透系數(shù)和活度系數(shù)等方面分析了兩組分體系和三組分體系之間滲透汽化性能的差異。結(jié)果表明，對于丙酮-丁醇--水，40℃，丙酮和丁醇的濃度分別由1.5和3.0 wt％濃縮至11.9 wt％和43.5 wt％。此外，HTPB-PU膜分離丙酮丁醇發(fā)酵液的分離性能優(yōu)于等濃度下的丙酮-丁醇-水的分離性能。在45℃條件下，對于丙酮-丁醇發(fā)酵

3、液，丙酮和丁醇的濃度分別從0.5 wt％和1.1 wt％濃縮至8.7 wt％和16.4 wt％。
　　 2.PDMS/PVDF復(fù)合膜
　　 分別以正硅酸乙酯和辛基三乙氧基硅烷為交聯(lián)劑，制備了PDMS/PVDF復(fù)合膜，并將其應(yīng)用于丙酮-丁醇-乙醇-水的分離，考察了料液溫度、料液濃度、料液pH值及交聯(lián)劑等因素對膜分離性能的影響。結(jié)果表明，PDMS(tetraethylorthosilicate)/PVDF復(fù)合膜的滲透通量大于

4、PDMS(triethoxyoctylsilane)/PVDF復(fù)合膜的滲透通量，但是有機(jī)物相對于水的分離因子則相反。PDMS(tetraethylorthosilicate)/PVDF復(fù)合膜分離丙酮.丁醇發(fā)酵液的分離性能優(yōu)于HTPB-PU膜的分離性能。在45℃條件下，對于丙酮一丁醇發(fā)酵液，滲透總通量為96.7 gm-2h-1，丙酮和丁醇相對于水的分離因子分別達(dá)到19.1和22.2，總濃度濃縮至21.7 wt％。
　　 3.丁醇發(fā)

5、酵與分離耦合反應(yīng)體系的設(shè)計(jì)和構(gòu)建
　　 以PDMS(tetraethyl orthosilicate)/PVDF為基質(zhì)的膜組件分別與丙酮.丁醇間歇發(fā)酵和流加發(fā)酵耦合，考察膜分離消除丙酮-丁醇發(fā)酵產(chǎn)物抑制作用、膜分離對于丙酮丁醇發(fā)酵的糖利用率、溶劑產(chǎn)率和溶劑產(chǎn)量等方面的影響。結(jié)果表明，在39℃條件下，滲透汽化-間歇發(fā)酵耦合的透過液總?cè)軇舛葹?0 wt％左右；與間歇發(fā)酵相比，耦合分離反應(yīng)體系的總?cè)軇┊a(chǎn)率從0.19g l-1h-1提