利用樹脂原位吸附在線分離提純發(fā)酵液中丁醇、丙酮和乙醇的方法，屬于生物技術(shù)領(lǐng)域，包括如下步驟：①培養(yǎng)丙酮丁醇乙醇生產(chǎn)菌；②發(fā)酵的同時利用樹脂在線原位吸附丁醇、丙酮和乙醇；③吸附結(jié)束后脫附冷凝回收，得到丁醇、丙酮和乙醇粗品，本發(fā)明專利技術(shù)有益效果為發(fā)酵效率高、分離提純成本低。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及利用樹脂原位吸附在線分離提純發(fā)酵液中丁醇、丙酮和乙醇的方法，屬于生物
技術(shù)介紹
丁醇是一種重要的液體能源和化學(xué)品，可以通過微生物發(fā)酵法獲得，通常采用丙酮-丁醇-乙醇（ABE）發(fā)酵生產(chǎn)丁醇，同時會產(chǎn)生丙酮和乙醇，及少量有機酸。(詳見非專利文獻：Kumar，M,Gayen，K..Developments?in?biobutanol?production:new?insights.Applied?Energy，88:1999-2012，2011).但是發(fā)酵液中終點的丁醇濃度通常在1.0～2.0%（w/v）,丙酮濃度在0.5～1.0%（w/v）。并且，丁醇的沸點為117.7℃，高于水的沸點100℃。因此，如果利用傳統(tǒng)的精餾或蒸餾分離法，其分離成本極高，經(jīng)濟上是不可行的，很難實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)（詳見非專利文獻：Matsumura,M.,Kataoka,H.,Sueki,M.,Araki,K.Energy?saving?effect?of?pervaporation?using?oleyl?alcohol?liquid?membrane?in?butanolpurification.Bioprocess?Eng.3：93-100,1988）。目前國內(nèi)通常采用精餾，萃取和滲透汽化三種方法進行丁醇的分離。如果利用傳統(tǒng)精餾方法，從含有0.5%（w/v）丁醇的發(fā)酵液中分離純化丁醇到99.9%（w/v），需要能量79.5MJ/kg丁醇。如果發(fā)酵液中的丁醇濃度提高到1.0%（w/v）,需要的能量可以減少到36MJ/kg丁醇，和丁醇自有的能量相等（詳見非專利文獻：Oudshoorn,A.,Vander?Wielen?LAM,Straathof?AJJ.Assessment?of?options?for?selective?1-butanol?recoveryfrom?aqueous?solutions.Ind?Eng?Chem?Res.48:7325-7336,2009）。另外，采用精餾塔進行分離，通常需要多個精餾塔串聯(lián)，雖然分離得到的丁醇濃度高，但是需要大量的蒸汽加熱，從能量消耗平衡角度看，經(jīng)濟上是不可行的（詳見專利文獻：李春利，王洪海，王榮良，方靜，張鵬。分離乙醇、丙酮和丁醇發(fā)酵醪液的精餾工藝方法。公開號CN101397236A；徐西東，孫太喜。一種節(jié)能環(huán)保的丁醇丙酮生產(chǎn)方法；公開號CN101302542A；歐陽勝利，李永輝，張志強，陶敏莉，錢勝華，呂惠生，董秀芹，張敏華。制備生物丁醇中乙醇塔的熱耦合節(jié)能系統(tǒng)及操作方法。公開號CN?101530672A）。如果利用萃取的方法，液體油水層之間容易形成乳化層，不容易分離。另外，所用的萃取劑通常對生產(chǎn)菌至少產(chǎn)生輕微毒害，影響發(fā)酵效率。最后，對萃取劑層中溶解的丁醇濃度不高，導(dǎo)致分離效率很低，并且再次分離，需要消耗的能量很大。因此，綜合考慮，萃取技術(shù)尤其很大的弊端和局限性（詳見專利文獻：應(yīng)明。一種丙酮丁醇原位萃取連續(xù)發(fā)酵裝置及工藝。CN?101948737A；王建設(shè)，王紹鵬。一種連續(xù)萃取發(fā)酵生產(chǎn)生物丁醇的方法和裝置。CN?101787378A;張延平，王鑫昕，李寅，王少華。一種生產(chǎn)丁醇的方法。CN?101418320A）。利用滲透汽化技術(shù)分離丁醇的研究也較多，并且滲透汽化分離可以獲得相對高濃度的丁醇，但是最大的問題是滲透汽化膜的制作成本高，容易被污染，因此給分離過程帶來生產(chǎn)安全隱患（詳見專利文獻：秦培勇，李樹峰，譚天偉，秦帆。一種生物質(zhì)發(fā)酵耦合滲透汽化分離生產(chǎn)丁醇。CN?102757984A;王建設(shè)，王紹鵬。一種連續(xù)滲透汽化耦合發(fā)酵生產(chǎn)生物丁醇的裝置。CN201686697U）。因此，需要開發(fā)新技術(shù)對產(chǎn)物進行提純，提高分離效率。因此，本專利技術(shù)利用樹脂吸附法進行發(fā)酵產(chǎn)物丁醇，丙酮和乙醇的原位分離純化，可以有效得到高濃度的丁醇，丙酮和乙醇，降低分離成本。其中，樹脂吸附法的優(yōu)勢在于，通過微生物發(fā)酵與吸附耦合原位分離丁醇，丙酮和乙醇，可以邊發(fā)酵，邊移除抑制性產(chǎn)物丁醇，丙酮和乙醇。并且，樹脂可以快速吸附發(fā)酵液中的丁醇，丙酮和乙醇，并通過加熱快速脫附回收丁醇，丙酮和乙醇。由于樹脂的比熱容很低，因此加熱脫附需要的能量相應(yīng)很低，整個工藝過程的能耗極低。到目前為止，未見使用樹脂原位吸附法偶聯(lián)發(fā)酵裝置對丁醇，丙酮和乙醇同時進行分離純化的報道和相關(guān)專利。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)通過利用樹脂原位吸附在線分離提純發(fā)酵液中丁醇、丙酮和乙醇，不僅能提高發(fā)酵效率產(chǎn)生更多的丁醇、丙酮和乙醇，分離純化丁醇、丙酮和乙醇時還能節(jié)約大量能耗。本專利技術(shù)提供了利用樹脂原位吸附在線分離提純發(fā)酵液中丁醇、丙酮和乙醇的方法，包括如下步驟：①將丙酮丁醇乙醇生產(chǎn)菌接入已除氧和滅菌的種子營養(yǎng)基，培養(yǎng)丙酮丁醇乙醇生產(chǎn)菌，得到種子液；②將步驟①種子液接入已除氧和滅菌的發(fā)酵營養(yǎng)基，利用丙酮丁醇乙醇生產(chǎn)菌發(fā)酵生產(chǎn)丁醇、丙酮和乙醇，發(fā)酵的同時利用樹脂在線原位吸附丁醇、丙酮和乙醇；③吸附結(jié)束后脫附冷凝回收，得到丁醇、丙酮和乙醇粗品。本專利技術(shù)所述樹脂為天然樹脂或合成樹脂；其為離子交換型樹脂、大孔型樹脂、吸附型樹脂或轉(zhuǎn)型樹脂；其外觀形態(tài)為粉狀、顆粒狀、柱狀、球形、纖維狀、長方形、不規(guī)則顆粒狀或圓柱形；其粒度為納米級、微米級、毫米級或更大尺寸。本專利技術(shù)所述樹脂優(yōu)選為Dowex?Optipore?L-493、Dowex?Optipore?SD-2、DiaionHP-2、Diaion?HP-2MG或Amberlite?XAD-4中的至少一種。現(xiàn)有技術(shù)中通常能產(chǎn)生丁醇的菌種發(fā)酵的同時也產(chǎn)生其他物質(zhì)，不僅發(fā)酵效率低，得到的產(chǎn)物純度也低，本專利技術(shù)利用樹脂原位吸附在線分離提純發(fā)酵液中丁醇、丙酮和乙醇，本專利技術(shù)有益效果為：第一：發(fā)酵過程中產(chǎn)生的丁醇、丙酮和乙醇是抑制性產(chǎn)物，利用樹脂移除丙酮、丁醇和乙醇能有效提高生產(chǎn)效率；第二：樹脂能使發(fā)酵液與產(chǎn)物分離；第三：樹脂可以富集丁醇、丙酮和乙醇，且具有選擇性吸附，對丁醇吸附能力最強，有利于得到高濃度的含丁醇混合物粗品。現(xiàn)有技術(shù)中分離提純發(fā)酵液中丁醇、丙酮和乙醇，常見方法為萃取、精餾和滲透汽化。萃取的缺點為通常的萃取劑沸點高，比熱容大，分離時消耗大量能量，液體油水層之間容易形成乳化層，不容易分離；精餾的缺點為耗能大，分離丁醇耗能一般為36～79.5MJ/kg；滲透汽化的缺點為制膜成本高，膜容易污染。本專利技術(shù)樹脂原位吸附分離產(chǎn)物的能耗為6MJ/kg，如采用精餾對脫附回收的產(chǎn)物進行二次分離，獲得99%以上純度的產(chǎn)物，總能耗為12MJ\本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
利用沸石原位吸附在線分離提純發(fā)酵液中丁醇、丙酮和乙醇的方法，包括如下步驟：①將丙酮丁醇乙醇生產(chǎn)菌接入已除氧和滅菌的種子營養(yǎng)基，培養(yǎng)丙酮丁醇乙醇生產(chǎn)菌，得到種子液；②將步驟①種子液接入已除氧和滅菌的發(fā)酵營養(yǎng)基，利用丙酮丁醇乙醇生產(chǎn)菌發(fā)酵生產(chǎn)丁醇、丙酮和乙醇，發(fā)酵的同時利用沸石在線原位吸附丁醇、丙酮和乙醇；③吸附結(jié)束后脫附冷凝回收，得到丁醇、丙酮和乙醇粗品。
【技術(shù)特征摘要】
1.利用沸石原位吸附在線分離提純發(fā)酵液中丁醇、丙酮和乙醇的方法，包括如下
步驟：
①將丙酮丁醇乙醇生產(chǎn)菌接入已除氧和滅菌的種子營養(yǎng)基，培養(yǎng)丙酮丁醇乙醇生
產(chǎn)菌，得到種子液；
②將步驟①種子液接入已除氧和滅菌的發(fā)酵營養(yǎng)基，利用丙酮丁醇乙醇生產(chǎn)菌發(fā)
酵生產(chǎn)丁醇、丙酮和乙醇，發(fā)酵的同時利用沸石在線原位吸附丁醇、丙酮和乙醇；
③吸附結(jié)束后脫附冷凝回收，得到丁醇、丙酮和乙醇粗品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述發(fā)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：薛闖，楊尚天，白鳳武，
申請(專利權(quán))人：大連理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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