基本信息
- 项目名称：
- 纳滤膜用于纤维质乙醇木糖发酵分离耦合工艺研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本研究采用纳滤膜分离技术作用于木糖发酵液，能够将产物乙醇高效分离出去，解除对酵母的抑制，从而提高木糖发酵效率。
- 详细介绍：
- 木糖发酵的效率较低纤维质乙醇工业化面临的难题之一。目前研究显示，利用树干毕赤氏酵母发酵，乙醇浓度可达50g/L，这时乙醇就会对酵母产生较强的抑制。本研究运用纳滤膜分离技术，设计出木糖发酵分离耦合工艺，能够使大部分乙醇能被分离出发酵液，绝大部分木糖被截留以回收利用。本研究对于解除木糖发酵液的产物抑制，提高木糖的发酵效率，降低纤维质乙醇的生产成本具有重要意义。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 撰写目的：为解决现阶段纤维质乙醇木糖发酵下游分离的技术难题，探索高效的乙醇分离技术，以期提高木糖发酵生产乙醇的效率，降低纤维质乙醇的生产成本并早日实现其工业化。 基本思路：本项目采用纳滤膜分离技术，并设计出发酵分离耦合装置，分别对三种不同品牌的纳滤膜进行试验，筛选到合适的纳滤膜以及相应的工艺条件，并通过计算验证该工艺能够显著提高乙醇生产率。
科学性、先进性及独特之处
- 科学性：纳滤膜分离技术是已应用于工业化的较为成熟是技术。本项目将其应用到木糖发酵分离领域，根据膜截留分子量使产物乙醇透过膜，而木糖等被截留，实现产物分离的目的。 先进性：纳滤膜分离技术有多项优点：能耗低，无复杂相变化，操作简单，条件温和等；经理论计算，耦合工艺与传统发酵法相比，能够提高木糖发酵效率70%。 独特之处：采用纳滤分离技术首次应用于木糖发酵分离领域，效果显著，大大简化生产工艺。
应用价值和现实意义
- 实际价值：本研究利用纳滤膜分离技术实现了模拟木糖发酵液的产物分离，解除了产物抑制；经理论计算可以提高木糖发酵效率70%，并设计出木糖发酵分离的实用新型专利一项（已经受理，专利号201120167188.0）。 现实意义：本研究实现了木糖发酵液中产物乙醇的高效分离,对于提高木糖发酵的效率，简化生产工艺，减少纤维质乙醇的生产成本有积极意义。
学术论文摘要
- 石油资源面临枯竭，纤维质乙醇被视为最有可能替代的能源之一。目前，纤维质乙醇工业化面临三大难题：预处理工艺的优化；酶的成本较高;木糖发酵的效率较低。 木糖是木质纤维素水解产物中含量仅次于葡萄糖的单糖，将其高效转化乙醇，可提高纤维质乙醇的转化率25%。目前研究显示，利用树干毕赤氏酵母发酵，乙醇浓度可达50g/L，这时乙醇就会对酵母产生较强的抑制。如果在发酵的同时将乙醇分离出去，就可以解除产物抑制，提高乙醇生产率。 本研究运用纳滤膜分离技术，设计出木糖发酵分离耦合工艺。分别试验了KOCH、GE、Filmtec的纳滤膜，作用于模拟的木糖发酵液（主要成分为木糖、乙醇），实现了乙醇浓度的大幅度降低（79.5%—89.2%）及木糖的绝大部分截留（83.6%—98.7%）。这意味着大部分乙醇能被分离出发酵液，绝大部分木糖被截留以回收利用。 同时，本研究对100L发酵液发酵分离耦合的效率进行计算，发现与传统发酵工艺相比，采用纳滤分离技术能够提高木糖发酵效率70%。因而将其应用于木糖发酵分离耦合工艺，对于解除木糖发酵液的产物抑制，提高木糖的发酵效率，降低纤维质乙醇的生产成本具有重要意义。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 无
参考文献
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同类课题研究水平概述
- 现阶段纤维质乙醇的工业化生产是一个世界性的难题，而木糖发酵的效率较低是其中难题之一。对于木糖发酵的研究，运用树干毕赤氏酵母发酵乙醇，浓度已经可以达到50g/L；这时乙醇产生很强的反馈抑制，降低了木糖发酵的效率。所以产物乙醇的高效分离对于提高木糖发酵乙醇的单位生产率意义重大。在这方面，国内外的研究涉及很少，发酵液的产物分离多集中在葡萄糖发酵工艺上，没有涉及木糖发酵工艺的研究。刘振等提出气提发酵与真空闪蒸耦合的研究思路，并设计出组合两种技术的新型反应器分离效果良好，但是能耗较高，操作复杂，而且仅仅是处在实验室阶段；国外也没有直接采用纳滤膜技术进行木糖发酵的下游分离过程。本项目所用的纳滤膜分离技术用于木糖发酵液的产物分离，并在工业中试规模下进行初步试验，对发酵分离耦合的效率进行计算，此前尚未见诸报道。 本项目结果显示，纳滤膜能够实现产物高效分离。与传统蒸馏技术相比，操作条件温和简单，无复杂相变化，能耗低，易于工业放大，无副产物出现；同时对5L发酵罐的数据进行理论放大后计算，耦合工艺能够提高木糖发酵效率70%。
