高效節能型生物質水解糖液濃縮純化綜合過程研究

《高效節能型生物質水解糖液濃縮純化綜合過程研究》是依託天津大學，由秦英傑擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：高效節能型生物質水解糖液濃縮純化綜合過程研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：秦英傑
• 依託單位：天津大學

項目摘要

秸稈制燃料乙醇/丁醇被公認為解決全球能源和環境等問題的有效方式，但其生產過程中仍存在糖得率低、糖液濃度低、雜質抑制發酵、能量消耗高和廢水產量大等一系列問題，從而制約了其工業化發展。本課題在我們首次運用高效節能的多效膜蒸餾技術用於糖水溶液深度濃縮的基礎上進一步進行理論和實驗研究。利用多種高效節能型技術包括離子阻滯、液液萃取、多效膜蒸餾等相結合的方式對中低濃度酸催化所得水解糖/酸液進行分離、純化、濃縮處理，著重研究水解糖液中的酸類、醛類和酚類等發酵抑制物的脫除規律，探究無機酸回收利用的可行性; 有效解決水解糖液後處理過程中糖損失、酸損失，發酵液中糖濃度過低、雜質抑制發酵、精餾過程能耗高、廢水產量大等關鍵問題; 突破傳統法生物質水解糖液中抑制物脫除的低效率、高能耗、可發酵糖損失率高等缺陷，為秸稈制生物乙醇或丁醇的高效生產提供一種新思路和新手段。

結題摘要

秸稈制燃料乙醇是緩解能源危機和環境壓力的有效方式之一。本項目著重研究解決生物質轉化過程中糖酸分離、產物抑制等關鍵科學問題，以及設備能耗高、酸催化劑無回收等技術瓶頸問題。主要研究成果如下： 提出了一種高效利用玉米秸稈的綠色工藝，利用離子阻滯、多效膜蒸餾等多種高效節能型技術相結合的方式對秸稈酸水解液進行分離、純化和濃縮處理，有效解決了水解糖液後處理過程中糖損失大、酸損失大、發酵液中糖濃度過低、雜質抑制發酵等關鍵問題。由於預處理過程有效分離了秸稈中的纖維素、半纖維素和木質素，故還可以充分利用半纖維素和木質素製備糠醛、酚類或其他高附加值化學品。 系統地研究了離子阻滯過程用於水解液的糖酸分離，研究發現該過程不僅能夠有效分離水解液中的糖和酸，還能夠脫除水解液中大部分的發酵抑制物，而且糖酸的回收率也保持在較高水平，最高可達99%以上。 系統地研究了多效膜蒸餾過程用於非揮發性溶質水溶液的濃縮。建立了溫差極化、濃差極化影響下多效膜蒸餾過程用於非揮發性溶質水溶液濃縮過程的傳熱傳質理論模型，建立的理論模型可很好地描述多效膜蒸餾濃縮非揮發性溶質水溶液過程中的性能變化規律。研究發現該過程能夠有效實現水解糖液和酸液的濃縮和回收，在模擬秸稈水解液的濃縮過程中還發現該過程能夠脫除大部分的揮發性抑制物。 驗證了以所得濃縮水解糖液為碳源進行乙醇發酵的可行性，最終得到與對照組（葡萄糖為碳源）實驗結果相近的乙醇產量和得率，為酸解法秸稈制乙醇的高效生產提供了一定的基礎數據。 另外，針對液體硫酸直接催化高酸值油脂生產生物柴油過程中存在的酸催化劑難以回收利用的問題，提出一種新的研究思路用於分離甘油相中的甲醇、甘油和硫酸，並採用多效膜蒸餾過程分別進行催化劑硫酸和副產品甘油的脫水濃縮回收，有效提高了生物柴油生產的經濟性和環保效益。