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技术

本发明专利技术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。该发明专利技术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。

Method for improving adsorption performance of lignin to butanol, acetone and ethanol in ABE fermentation liquid

The invention relates to a method for improving the adsorption performance of lignin to butanol, acetone and ethanol in ABE fermentation liquid. The first use of water will be classified as lignin fractions of water soluble and water insoluble fractions, and then use the ketone solvent water insoluble lignin fractions again classified as fraction and soluble ketone ketone insoluble fraction, will eventually get the water insoluble and ketone insoluble fraction for adsorption separation butyl alcohol, acetone and ethanol fermentation. This method is only related to the dissolution and classification of lignin, and does not involve chemical modification, so it has the advantages of simple process, low cost and so on.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及低浓度有机物吸附
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。该专利技术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。所述的木质素原料为玉米碱木质素，松木碱木质素，麦草碱木质素，杨木碱木质素或竹浆黑液碱木质素。所述的步骤(2)中酮类试剂为丁酮，戊酮，丙酮，环己酮或己酮。所述的步骤(1)中木质素与蒸馏水混合时间为2-28h。所述的步骤(2)中水不溶木质素与酮类试剂混合时间为2-24h。所述的沉降分离为自然沉降或高速离心分离，过滤方法为抽滤或微滤。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：本专利技术提出利用水和有机溶剂对木质素进行选择性溶解从而得到高性能木质素吸附剂，能够显著提高木质素对发酵液中丁醇、丙酮、乙醇的吸附能力，有助于解决生物丁醇发酵技术的产物抑制问题。该方法是一种物理化学过程，不涉及化学改性，因此具有制备成本低，操作简便，过程绿色环保等优点。可以改善木质素对低浓度丁醇、丙酮、乙醇溶液的吸附性能，从而解决生物发酵生产丁醇的产物抑制问题，提高产率，降低能耗。具体体现在：(1)具有较高的吸附容量，对丁醇、丙酮、乙醇饱和吸附容量分别可达198mg/g、151.3mg/g、98.5mg/g,较处理前木质素分别提升了19.3％、30.2％、53.2％。(2)吸附速率快。(3)吸附过程无毒副作用,对环境友好，制备原料来源广泛便捷,制备成本低廉。(4)制备工艺过程简单，对设备要求不高，易于实现工业化生产，有效提高了对发酵法生产丁醇的发酵液产物的吸附量，减少产物抑制作用。附图说明图1为实施例1-3中原木质素与水不溶酮不溶木质素吸附材料的红外图谱；图2为实施例4中原木质素与水不溶酮不溶木质素吸附材料对水溶液中丁醇的吸附等温线；图3为实施例5中原木质素与水不溶酮不溶木质素吸附材料对水溶液中丙酮的吸附等温线；图4为实施例6中原木质素与水不溶酮不溶木质素吸附材料对水溶液中乙醇的吸附等温线；图5为实施例7中原木质素与水不溶酮不溶木质素吸附材料对ABE发酵液中丁醇的吸附等温线；图6为实施例8中原木质素与水不溶酮不溶木质素吸附材料对ABE发酵液中丙酮的吸附等温线；图7为实施例9中原木质素与水不溶酮不溶木质素吸附材料对ABE发酵液中乙醇的吸附等温线；图8为实施例10中水不溶酮不溶木质素吸附材料对丁醇、丙酮和乙醇的吸附动力学曲线。具体实施方式以下通过具体实施例对本专利技术进行更详细的说明。实施例仅是对本专利技术的一种说明,而不构成对本专利技术的限制。实施例是实际应用例子,对于本领域的专业技术人员很容易掌握并验证。如果在本专利技术的基础上做出某种改变,那么其实质并不超出本专利技术的范围。实施例1：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：将玉米碱木质素30g与蒸馏水500ml充分混合20h，40KHz超声波辅助处理2min，充分搅拌，沉降分离，0.45μm滤膜过滤，收集沉降及过滤后下层固体，真空干燥20h得到水不溶木质素17g。(2)酮溶木质素与酮不溶木质素分级：将水不溶木质素17g与丙酮溶剂500ml充分混合18h，40KHz超声波辅助处理3min，充分搅拌，沉降分离，0.45μm滤膜过滤，收集沉降及过滤后下层固体，得到水不溶酮不溶木质素。(3)产物水不溶酮不溶木质素，于50℃下真空干燥15h后得6克，装瓶，密封保存。实施例2：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：将杨木木质素50g与蒸馏水500ml充分混合16h，超声波辅助处理3min，充分搅拌，沉降分离，0.45μm滤膜过滤，收集沉降及过滤后下层固体真空干燥24h得到水不溶木质素35g。(2)酮溶木质素与酮不溶木质素分级：将水不溶木质素35g与丁酮溶剂500ml充分混合20h，超声波辅助处理2min，充分搅拌，沉降分离，0.45μm滤本文档来自技高网...

【技术保护点】
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，其特征为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。

【技术特征摘要】
1.一种提高木质素对ABE发酵液中丁醇、丙酮、乙醇吸附性能的方法，其特征为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。2.如权利要求1所述的提高木质素对ABE发酵液中丁醇、丙酮、乙醇吸附...

【专利技术属性】
技术研发人员：李浩，张昕宇，李春利，王洪海，常立芳，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12