[发明专利]一种提高木质素对ABE发酵液中丁醇、丙酮、乙醇吸附性能的方法

说明书

本发明为一种提高木质素对ABE发酵液中丁醇、丙酮、乙醇吸附性能的方法。该发明先利用水将木质素分级为水溶级份和水不溶级份，然后再利用酮类溶剂将水不溶木质素级份再次分级为酮溶级份和酮不溶级份，将最终得到的水不溶且酮不溶级份用于吸附分离发酵液中丁醇、丙酮、乙醇。该溶解分级方法只涉及到木质素的溶解分级，不涉及到化学改性，因此具有工艺简单，成本低廉等优势。

技术领域

本发明涉及低浓度有机物吸附技术领域，具体是指一种通过溶剂分级提高木质素对ABE发酵液中丁醇、丙酮、乙醇吸附性能的方法。

背景技术

生物丁醇是一种具有高能量密度和高汽油混合度的新型生物液体燃料，因其可作良好的有机溶剂且燃料性能优良，其生物发酵生产受到高度重视。通过传统的丙酮(Acetone)-丁醇(Butanol)-乙醇(Ethanol)即ABE发酵法生产生物丁醇,产物对发酵菌种存在毒性抑制,导致终产物浓度低以及后续分离能耗高等问题。(生物发酵法制备丁醇的产物中还包含大量的丙酮和少量的乙醇等溶剂，产物又称ABE溶剂。)因此必须采用有效的方法将产物丁醇、丙酮和乙醇从发酵液中及时移除，降低产物抑制，从而提高发酵产率降低生产成本。采用吸附法分离发酵产物是一种主要的分离技术，该技术利用吸附剂选择性吸附丁醇、丙酮以及乙醇从而实现消除产物抑制的目的，通过吸附作用，有效提高发酵后丁醇、丙酮以及乙醇的浓度，降低能耗。目前，国内外对丁醇吸附剂的报道主要包括活性炭、分子筛、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、硅藻土、树脂和竹炭等。其中，活性炭、竹炭等具有较高的吸附容量，但吸附选择性较差，尤其是对发酵液中的葡萄糖有较高的吸附容量，会导致发酵液的损失。分子筛因具有离子交换性，其可交换的离子会与发酵液中的某些离子发生交换，导致在后续发酵过程中存在生物不相容问题。PVP和树脂具有较好吸附的效果，但成本较高，制备过程采用的是石化合成路线，不利于可持续发展。开发出兼具高吸附容量、高选择性、成本低廉、环境友好等特点的吸附剂对于生物丁醇产业的可持续发展具有重要的现实意义。

木质素是储量仅次于纤维素的天然生物质高分子。Ladisch发现木质素能够吸附溶液中的丁醇、丙酮和乙醇，之后Griffith通过同位素示踪法再次确认了木质素对丁醇具有一定的吸附能力，并指出木质素可望用于生物醇燃料的吸附分离。尽管木质素在用于生物醇的吸附分离时展现出良好的应用前景和潜力，但其复杂的结构及多分散性导致木质素性能不均一，尤其是未经改性的木质素，其应用性能并不理想，一定程度上限制了它的应用。目前，对木质素的改性大多采用化学法，但化学法生产成本高，过程相对复杂，并可能产生二次污染。

发明内容

本发明的目的为针对当前生物丁醇发酵产物的吸附分离技术中吸附剂存在的不足，提供了一种提高木质素对ABE发酵液中丁醇、丙酮、乙醇吸附性能的方法。该发明先利用水将木质素分级为水溶级份和水不溶级份，然后再利用酮类溶剂将水不溶木质素级份再次分级为酮溶级份和酮不溶级份，将最终得到的水不溶且酮不溶级份用于吸附分离发酵液中丁醇、丙酮、乙醇。该溶解分级方法只涉及到木质素的溶解分级，不涉及到化学改性，因此具有工艺简单，成本低廉等优势。用于溶解分级的水和酮类溶剂可以通过回收得到反复利用，不产生任何消耗和损失，因此具有绿色、环保等优点。

一种提高木质素对ABE发酵液中丁醇、丙酮、乙醇吸附性能的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)水溶木质素与水不溶木质素分级：将木质素与蒸馏水混合，超声波辅助处理2-5min，搅拌后沉降分离，过滤，收集沉降及过滤后下层固体，真空干燥得到水不溶木质素；其中，每0.1-2L蒸馏水加木质素10-50g；

(2)酮溶木质素与酮不溶木质素分级：将上步得到的水不溶木质素与酮类溶剂充分混合，超声波辅助处理2-5min，充分搅拌，沉降分离，过滤，收集沉降及过滤后下层固体，得到水不溶酮不溶木质素；其中每0.1-2L酮类试剂加水不溶木质素30-60g；

(3)将上步得到的水不溶酮不溶木质素，于20-60℃下真空干燥12-48h，装瓶，密封保存。