以秸稈為原料生產(chǎn)生物丁醇過程中關(guān)鍵問題的研究.pdf

1、玉米秸稈是一種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)副產(chǎn)物，可視為重要的可再生資源。以秸稈為原料生產(chǎn)生物乙醇和丁醇中的關(guān)鍵工藝段之一是酸催化水解秸稈制取可發(fā)酵糖過程，其主要的生產(chǎn)成本之一是酸本身的消耗。本研究提出一新工藝路線：以甲酸為催化劑將其中半纖維素水解制取糠醛，用最終發(fā)酵產(chǎn)品丁醇或乙醇溶解秸稈剩余（甲酸水解殘余物）中的大部分木質(zhì)素，再以硫酸為催化劑采用兩步水解法水解纖維素得到含有葡萄糖的酸水解液。其次用酸阻滯過程分離該酸水解液中的催化劑酸和產(chǎn)物葡萄糖。最后得到

2、的分別含有酸和糖的兩股洗脫液用多效膜蒸餾過程深度濃縮同時(shí)脫除抑制性雜質(zhì)。濃縮的酸液可以作為催化劑回用，而提純濃縮后的糖液用于發(fā)酵制取丁醇或乙醇。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，使用強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂的酸阻滯分離過程可以有效地將酸水解液中的糖和酸進(jìn)行分離，并且硫酸與糖的分離效果好于鹽酸與糖的分離效果。當(dāng)硫酸回收率為92.4％~98.9%時(shí)相對(duì)應(yīng)的糖回收率為94.3%~99.2%?；厥盏拿撓匆孩瘢ㄏ×蛩崛芤海┙?jīng)多效膜蒸餾等過程的濃縮得以回用。當(dāng)

3、使用MEMD把2 wt%的硫酸溶液濃縮至30wt%時(shí)，最大的滲透通量和造水比值分別為5.52L/(m2h)和12.00，這相當(dāng)于傳統(tǒng)十五效蒸發(fā)器的節(jié)能效果。即使硫酸深度濃縮至30 wt%時(shí)，滲透通量和造水比仍可達(dá)3.80 L/(m2h)和8.16，這相當(dāng)于傳統(tǒng)十效蒸發(fā)器的節(jié)能效果。同時(shí)，當(dāng)脫洗液Ⅱ（稀糖溶液）經(jīng)多效膜蒸餾過程濃縮了20倍，最終糖濃度為497.6 g/L時(shí)，滲透通量和造水比的值仍可達(dá)2.01L/(m2h)和7.2，這相當(dāng)于

4、傳統(tǒng)九效蒸發(fā)器的節(jié)能效果。
　　酸阻滯分離和多效膜蒸餾聯(lián)合用于秸稈酸水解液的分離濃縮同時(shí)具有對(duì)糖液脫毒的效果。例如，當(dāng)糖液濃縮5倍時(shí)，多效膜蒸餾對(duì)甲酸、乙酸、乙酰丙酸、糠醛、5-羥甲基糠醛和酚類毒性物質(zhì)的脫除率分別為86%、82%、54%、86%、57%和19%。不能被多效膜蒸餾過程脫除的非揮發(fā)性酚類毒性物質(zhì)已經(jīng)事先被酸阻滯過程有效脫除。因而關(guān)鍵的糖液脫毒過程已經(jīng)包含于糖酸分離和糖液濃縮過程中，既簡(jiǎn)化了生產(chǎn)流程又節(jié)約了生產(chǎn)成本。<