《纖維素水解液膜蒸餾濃縮與同步脫毒的機理與過程研究》是依託浙江大學，由紀曉聲擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：纖維素水解液膜蒸餾濃縮與同步脫毒的機理與過程研究
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：紀曉聲
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
纖維素水解液中糖濃度低、存在多種發酵抑制物是導致最終發酵液中生物乙醇濃度過低、濃縮能耗高的主要原因，而現有對纖維素水解液進行濃縮及同步脫毒(去除抑制物)的研究鮮有報導。因此，開展基於膜過程的低耗濃縮和同步脫毒研究有助於提高發酵液中纖維素乙醇的濃度。本項目擬以膜蒸餾為關鍵技術，利用低品位熱源開展纖維素水解糖液的濃縮與同步脫毒的可行性與機理研究，包括：評價太陽能、纖維素預處理過程中產生的廢蒸汽等熱效率，分析低品位熱用於膜蒸餾濃縮水解液過程的可行性；基於膜蒸餾過程中膜界面處汽液平衡原理，考察纖維素水解液中不同的典型發酵抑制物去除效率及其機理；通過添加具有鹽效應的第三組分，或者在膜蒸餾組件下游填充吸附劑改變膜界面汽液平衡，提高傳質推動力，增強脫毒效果，並研究該過程的強化機制。本項目以膜蒸餾作為主要技術手段，提出了低能耗纖維素水解液濃縮與脫毒結合的新思路，有望促進纖維素生物乙醇的發展。
結題摘要
為提高纖維素乙醇的發酵濃度以降低後續分離濃縮的成本，纖維素水解糖液的濃縮和脫毒至關重要。膜蒸餾作為一種新型的膜分離技術，可在較低的溫度下把非揮發性物質濃縮至極高的濃度同時去除溶液中的揮發性組分，在纖維素水解糖液濃縮和脫毒套用方面擁有巨大的潛力。本項目首次採用真空膜蒸餾法(VMD)對纖維素水解糖液的濃縮和脫毒進行了初步研究，並在此基礎上實現高效發酵製備纖維素乙醇。 首先考察了料液溫度、料液流速和料液濃度等操作參數對VMD濃縮模擬糖時通量和截留率的影響。膜通量隨料液流速和溫度的升高而增加，隨料液濃度升高而降低，確定濃縮的最佳條件為溫度65℃，流速1.0m/s，下游真空度5kPa，並在此條件下把初始濃度為5g/L的模擬葡萄糖溶液濃縮10倍，整個過程對葡萄糖的截留率大於99.5%，有效組分損失小。 其次研究了VMD對抑制物糠醛和乙酸的去除效果。當葡萄糖濃度為5g/L，乙酸和糠醛濃度為1.25g/L時，在料液溫度70℃，下游壓力5kPa條件下，由於低濃度範圍內糠醛-水相對揮發度遠大於乙酸-水的相對揮發度，糠醛和乙酸的去除率相差很大，分別為96.25%和24.79%。為提高乙酸的去除率，採用鹽效應和吸附法來改變乙酸-水的氣液平衡。實驗結果表明：在料液中添加第三組分鹽對改變乙酸氣液平衡來提高乙酸對水的相對揮發度影響不大，而在組件下游側填充吸附劑可以有效的提高乙酸的去除率，添加活性炭和樹脂後，乙酸的去除率從28.9%分別提高到42.8%和73.2%，為無吸附劑時的1.48和2.53倍。 最後對經VMD濃縮及脫毒的玉米秸稈酶解液的發酵情況進行了考察，未經濃縮和2倍濃縮糖液的發酵乙醇最高濃度分別為15.99g/L和28.69g/L，3倍濃縮糖液由於碳源充足，抑制物糠醛完全脫除，發酵36h後達到最高濃度42.18g/L，是前兩者的2.64和1.47倍。發酵結果表明VMD可有效地濃縮纖維素水解糖液至合適的發酵濃度(＞100g/L)同時去除抑制物，提高乙醇的發酵濃度。
