硅橡膠膜生物反應(yīng)器封閉循環(huán)發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇研究.pdf

1、乙醇是目前世界上生產(chǎn)歷史最悠久、產(chǎn)量最大的發(fā)酵工業(yè)產(chǎn)品，而燃料乙醇作為石油類燃料的替代品的升溫再度激發(fā)了先進(jìn)、環(huán)保的乙醇發(fā)酵工藝研究。高效低耗的連續(xù)發(fā)酵與滲透汽化耦合生產(chǎn)乙醇技術(shù)只有配以高性能的膜材料才能獲得更大發(fā)展。本研究基于硅橡膠復(fù)合膜對乙醇的選擇透過性及對微生物無毒害等特點(diǎn)，利用自制硅橡膠(PDMS)平板復(fù)合膜構(gòu)造了乙醇連續(xù)發(fā)酵/滲透汽化耦合系統(tǒng)。發(fā)酵過程與硅橡膠膜滲透汽化過程耦合，降低發(fā)酵液中乙醇濃度，從而減弱甚至消除產(chǎn)物抑制效

2、應(yīng)，使系統(tǒng)能夠長期穩(wěn)定運(yùn)行，并得到較高的乙醇體積產(chǎn)率。 選用耐高溫釀酒活性干酵母(TH-AADY)，以葡萄糖作為原料進(jìn)行連續(xù)發(fā)酵，膜生物反應(yīng)器連續(xù)運(yùn)行269小時(shí)，其間細(xì)胞、葡萄糖和乙醇濃度保持相對穩(wěn)定。由于滲透汽化過程的進(jìn)行，發(fā)酵液中乙醇濃度控制在35～45g/L，釀酒酵母濃度維持在20～25g/L，在發(fā)酵與滲透汽化耦合階段，乙醇產(chǎn)率達(dá)到3.4g/(Lh)，是間歇發(fā)酵時(shí)的4.5倍。乙醇得率系數(shù)為0.46，乙醇的轉(zhuǎn)化率達(dá)到91％。

3、膜下游冷凝收集液的濃度可達(dá)28.2～16.5％(w％)，總滲透通量達(dá)到1226～707g/(m<'2>h)，乙醇滲透通量為293～117g/(m<'2>h)，分離因子為8.5～4.9。 采用淀粉糖化液作為發(fā)酵唯一碳源，進(jìn)行連續(xù)發(fā)酵與滲透汽化耦合實(shí)驗(yàn)，膜生物反應(yīng)器連續(xù)運(yùn)行166小時(shí)，發(fā)酵液內(nèi)乙醇濃度隨著滲透汽化的進(jìn)行快速下降，減弱了產(chǎn)物抑制效應(yīng)，酵母濃度增長并長時(shí)間維持在15g/L以上。糖化液發(fā)酵得到平均乙醇產(chǎn)率為1.37g/(L

4、h)，乙醇對基質(zhì)的得率為0.44，乙醇轉(zhuǎn)化率為86.2％。下游滲透汽化后采取兩級冷凝以得到更高濃度的乙醇滲透液，第一級(0℃)收集到乙醇濃度為12.76～3.48％(w％)，第二級(-30℃)收集到乙醇濃度為69.17～36.47％(w％)，基本實(shí)現(xiàn)了初步對乙醇滲透液濃縮的目的。總滲透通量為1105.3～599.3g/(m<'2>h)，其中乙醇通量為371.5～91.6g/(m<'2>h)，分離因子為8.1～6.5。 實(shí)驗(yàn)室自制

5、的PDMS復(fù)合膜在分離發(fā)酵液時(shí)表現(xiàn)出很高且穩(wěn)定的分離性能，滲透通量和分離因子長期保持穩(wěn)定。在相近條件下，發(fā)酵液的總滲透通量、乙醇通量和分離因子均高于乙醇．水模型溶液。通過與圓形膜器比較，矩形膜器進(jìn)行的連續(xù)發(fā)酵實(shí)驗(yàn)發(fā)酵性能參數(shù)以及滲透汽化參數(shù)都有所提高，說明按比例擴(kuò)大發(fā)酵一滲透汽化耦合實(shí)驗(yàn)規(guī)模對發(fā)酵環(huán)境及滲透汽化性能未產(chǎn)生不良影響，這對進(jìn)一步擴(kuò)大連續(xù)發(fā)酵規(guī)模具有重要指導(dǎo)意義。 在通過滲透汽化作用減輕了產(chǎn)物抑制效應(yīng)后，副產(chǎn)物抑制問題