納濾(NF)-反滲透(RO)分離和濃縮木質纖維素模型水解液的實驗研究.pdf

1、生物質能源,作為新能源中來源最為廣泛、發(fā)展前景最為廣闊的一種可再生清潔能源,已被大量的科學工作者們進行了深入而又全面的探索和應用研究,用以代替因消耗過度、需求上升、儲量不足和環(huán)境污染等所制約的化石能源。木質纖維素生物質通過生物轉化過程制取生物燃料是獲取生物質能源的一條重要途徑,而轉化過程中最為關鍵的步驟是木質纖維素原料的水解過程。稀酸水解或稀酸預處理后酶水解是目前應用最為廣泛的水解技術,但稀酸處理后的木質纖維素水解液中含有大量的由高溫高

2、壓降解而產(chǎn)生有毒物質,嚴重地抑制了后續(xù)微生物的發(fā)酵過程,并降低了終產(chǎn)物(生物乙醇)的產(chǎn)量和得率,因此這些發(fā)酵抑制物需要在發(fā)酵之前去除掉以保證資源的高效利用。本文以木質纖維素模型水解液為研究對象,通過納濾(NF)和反滲透(RO)膜分離技術對水解液中一種高含量高毒性的發(fā)酵抑制物——乙酸的分離進行了全面的考察,并探索了利用膜技術同步分離乙酸和濃縮單糖的可行性,主要研究結果如下:
　　(1)通過考察溶液 pH值、跨膜壓力、操作溫度和料液濃

3、度的影響,確定了在較優(yōu)實驗參數(shù)下,NF膜能夠達到85％-90%的單糖截留率和0%-5%的乙酸截留率;RO膜能夠達到高于99.5%的單糖截留率和40%左右的乙酸截留率。NF的乙酸去除效果要好于RO,RO的單糖截留效果要好于NF。
　　(2)乙酸相對于木糖分離系數(shù)為:8.87(NF)和223.2(RO);乙酸相對于葡萄糖分離系數(shù)為:56.5(NF)和348.7(RO)。RO過程中乙酸相對于單糖的分離系數(shù)遠遠高于NF過程。
　　(

4、3)通過文獻總結,水解液中高濃度的乙酸會嚴重抑制微生物的發(fā)酵,但是低濃度的乙酸反過來也能夠促進微生物生長和提高乙醇產(chǎn)量。因此在水解液中保留低濃度乙酸是更加經(jīng)濟高效的解毒方法,同時為了盡可能地保留可發(fā)酵糖, RO膜更適合于水解液中的乙酸分離過程。
　　(4)對所選四種膜中最佳膜(RO98pHt膜)進一步的操作條件優(yōu)化實驗得出本研究中的最佳分離參數(shù),即溶液pH值2.93(原始pH值)、操作溫度40℃、跨膜壓力20 bar。
　　

5、(5)木質纖維素模型水解液的實際四倍濃縮操作實驗得出的結果是:單糖含量回收99.61%(木糖)和99.69%(葡萄糖),乙酸總量去除了66.76%。三倍濃縮模型水解液進一步滲濾操作得出的結果是:當滲濾系數(shù)達到4時,單糖含量回收99.09%(木糖)和99.22%(葡萄糖),乙酸濃度下降75.46%,已達到有利于發(fā)酵過程的乙酸濃度范圍。
　　以上結果說明 RO98pHt膜的分離過程能夠有效同步地分離出水解液中的高含量乙酸并回收和濃縮9