一种聚乙烯基三乙氧基硅烷膜蒸汽渗透膜脱除发酵液中乙醇的工艺

摘要

本发明提供了一种聚乙烯基三乙氧基硅烷膜蒸汽渗透膜脱除发酵液中乙醇的工艺，以PVTES-HSO复合膜，利用蒸汽渗透技术，实现发酵-分离的耦合过程，渗透通量较PDMS复合膜大幅提高，渗透侧乙醇浓度达到70wt.％左右。本发明在不影响生物活性的前提下，打破产物乙醇对发酵过程的抑制作用，提高生物质的发酵效率，缩短了发酵周期，提高了发酵强度，同时也提高了反应器的生产能力；在连续发酵过程中可以补加高浓度的料液，有效利用发酵液中大量的生物活性物质，并可以得到清洁高浓度的产物，减少后处理的难度，降低了后期精馏过程的能耗；整个过程降低了生物乙醇的生产成本，易于实现工业化生产。

主权项

本发明采用的技术方案是：一种生物质发酵‑蒸汽渗透膜耦合生产乙醇的工艺，包括膜器，发酵罐，PVTES‑HSO优先透醇膜，其特征在于，工艺具体步骤如下：(1)将PVDF基膜平放于培养皿中，加入少量乙醇至完全浸润，接着向培养皿中加入一定量的水，水在乙醇的引流作用下进入PVDF基膜的微孔中替代乙醇，其作用是减轻铸膜液孔渗；(2)在烧杯中加入改性物质HSO2.72g，溶剂正庚烷Heptane20g，搅拌至完全溶解，然后再依此加入成膜单体乙烯基三乙氧基硅烷(VTES)10g、催化剂二月桂酸二丁基锡(DBTL)0.4g，搅拌至完全混合并静置10min脱泡，即得到PVTES‑HSO铸膜液；(3)首先将经步骤1)预处理过的基膜取出放置于一块洁净玻璃板上，用滤纸擦去基膜表面的多余水分，此时将步骤2)中配好的铸膜液涂在基膜表面，将其置于30℃的真空干燥箱中1h，待基膜表面活性层形成后，再升至30℃成膜温度并抽真空，真空干燥24h即可得到完整的PVTES‑HSO膜；(4)配制培养基，A组分为葡萄糖、KH₂PO₄、MgSO₄，浓度分别为400g·L^‑1、20g·L‑1、1.2g·L‑1，B组分为酵母膏、(NH₄)₂SO₄，浓度分别为32g·L^‑1、20g·L^‑1、C组分CaCl₂浓度为0.6g·L‑1，放入灭菌锅中高温120℃灭菌，冷却室温后混合均匀；(5)酵母菌复水活化15‑20min；(6)将步骤(2)的培养基和步骤(3)的酵母菌混合均匀，加蒸馏水配制成发酵液500mL，投入膜器下方，发酵液温度为35℃，发酵19h；(7)开启真空泵，采用膜器进行蒸汽渗透‑乙醇发酵耦合实验49小时；(8)每隔2h，收集膜后侧收集液，使用阿贝折光仪测定收集液中的乙醇含量；(9)停止实验，取出膜器中的发酵液，进行抽滤蒸馏等操作，除去酵母菌等杂质，采用阿贝折光仪测定其中的乙醇含量。