用于从有机生物质中生产和回收羧酸盐的流化链延长膜生物反应器制造技术

公开了用于从有机生物质中生产和回收中链羧酸盐的生物反应器。还公开了用于改进从有机生物质中生产和回收中链羧酸盐的方法。所述生物反应器可以用作链延长生物反应器，并且其使用方法导致改进的从有机生物质中生产和回收中链羧酸盐。所述生物反应器包括由一个或多个壁和长度限定的壳，和置于所述反应器内用于连续液

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于从有机生物质中生产和回收羧酸盐的流化链延长膜生物反应器
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2020年9月9日提交的美国临时申请第63/076,266号的权益和优先权，其在此以全文引用的方式并入本文。


[0003]本专利技术涉及从有机生物质中生产和回收中链羧酸盐的改进工艺。

技术介绍

[0004]从有机废物或废水中回收碳降低了废物处理的成本并且还增加了可回收的化学能(Hao等人，《水研究(Water Res.)》2019，161，74
‑
77；Lu等人，《自然可持续发展(Nat.Sustain)》2018，1，750
‑
758)。对于可再生化学品生产感兴趣的生物技术中的一种是碳链延长平台。碳链延长平台利用厌氧发酵生物技术中某些微生物从短链羧酸(SCCA，C2至C5)和电子供体(例如，乙醇)中生成中链羧酸(MCCA，C6至C12)的潜力，该短链羧酸和电子供体可以通过有机生物质的水解获得(Angenent等人，《环境科学与技术(Environ.Sci.Technology)》2016，50，2796
‑
2810；Daly等人，《ACS可持速化学与工程(ACS Sustain Chem.Eng.)》2020，8，13934
‑
13944；Xu等人，《焦耳(Joule)》2018，2，280
‑
295)。反向β
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氧化的途径被认为是产生MCCA的热力学有利的微生物合成途径(Dellomonaco等人，《自然(Nature)》2011，476，355
‑
359；Gonz
á
lez
‑
Cabaleiro等人，《能源和环境科学(Energy Environ.Sci.)》2013，6，378003789)。MCCA是有价值的分子并且可以用于各种工业和农业应用，诸如可持续的抗微生物剂(Kim和Rhee，《应用与环境微生物学(Appl.Environ.Microbiol.)》2013，79，6552
‑
6560)、用于液体生物燃料生产的前体(Urban等人，《能源和环境科学》2017，10，2231
‑
2244)、油脂化学品生产(Zhu等人，《催化性质(Nat.Catal.)》2020，3，64
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74)，和用于生长的家畜饲料添加剂(Mills等人，《乳业科学杂志(J.Dairy Sci.)》2010，93，4262
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4273)。然而，由于MCCA的细胞毒性，在微生物合成系统中达到高浓度的MCCA是有挑战性的(Zhu等人，《催化性质》2020，3，64
‑
74)。不带电荷的羧酸破坏细胞膜。此外，这些具有较长碳链的酸由于碳链的疏水性增加而更具毒性(Butkus等人，《应用与环境微生物学》2011，77，363
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366；Harroff等人，《环境科学与技术(Environ.Sci.Technol.)》2017，51，9729
‑
9738)。目前，MCCA的在线萃取系统被认为是降低细胞膜毒性和最终产物反馈抑制的最佳选项中的一个，因此能够实现高MCCA生产率(Lambrecht等人，《微生物细胞工厂(Microb.CellFact.)》2019，18，1
‑
17；Michel
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Savin等人，《应用微生物学与生物技术(Appl.Microbiol.Biotechnol.)》1990，33，127
‑
131；Roe等人，《微生物学(Microbiology)》2002，148，2215
‑
2222)。
[0005]几种技术已经应用于直接从发酵液中在线萃取MCCA，包括电渗析池(L
ó
pez
‑
Garz
ó
n和Straathof，《生物技术进展(Biotechnol.Adv.)》2014，32，873
‑
904；Wang等人，《生物资源技术(Bioresour.Technol.)》2013，147，442
‑
448)、渗透膜(Zhu等人，《ACSEST工程
(ACSESTEng.)》2021，1，141
‑
153)、电解单元(Carvaial
‑
Arroyo等人，《化学工程杂志(Chem.Eng.J.)》2020，416，127886)、电渗析/相分离池(Xu等人，《环境科学与技术》2021，55，634
‑
644)和基于膜的液
‑
液萃取(即渗透萃取)(Gehring等人，《化学技术与生物技术杂志(J.Chem.Technol.Biotechnol.)》2020，95，3105
‑
3116；Ge等人，《环境科学与技术》2015，49，8012
‑
8021；Saboe等人，《绿色化学(Green.Chem.)》2018，20，179101804；Xu等人，《化学通讯(Chem.Commun.)》2015，51，6847
‑
6850)。用于MCCA的在线萃取的渗透萃取已经被充分研究，并且由于其低能耗(主要需要电力来泵送发酵液、疏水溶剂和渗透萃取溶液)和羧酸盐的最长可能碳链的选择性萃取而已经应用于中试规模系统(CaproX)中(Angenent等人，《生物资源技术》2018，247，1085
‑
1094)。MCCA渗透萃取的驱动力是pH梯度(约5.0至约9.0)，以通过前向和后向膜的扩散特异性地萃取未离解的羧酸(Angenent等人，《生物资源技术》2018，1085
‑
1094)。根据先前的渗透萃取传质模型研究(Kucek等人，《能源和环境科学》2016b，9，3482
‑
3494)，发酵液(0至225m d
‑1)的再循环流速的增加导致MCCA传质速率的增加。然而，增加萃取剂(例如疏水溶剂)或渗透萃取溶液(例如碱性萃取溶液)的再循环流速不影响总传质速率，指示传质限制在发酵液和疏水膜接触器的界面处。
[0006]仍然需要用于从有机生物质中生产和回收中链羧酸盐的改进方法。
[0007]因此，本专利技术的目的是提供用于将有机生物质转化成MCCA系统的系统和方法，其允许食物废物以及废水的更有效的生物转化，并且减少相关的能量使用和维持需要。

技术实现思路

[0008]公开了用于从有机生物质中生产和回收中链羧酸盐的生物反应器。还公开了用于改进从有机生物质中生产和回收中链羧酸盐的方法。生物反应器可以用作链延长生物反应器，并且其使用方法导致改进的从有机生物质中生产和回收中链羧酸盐。生物反应器包括由一个或多个壁和长度限定的壳，和浸没式膜，优选多个多孔中空纤维(HF)膜，其置于壳内用于连续液本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种生物反应器，其包含：由一个或多个壁和长度限定的壳，以及在所述壳内部的多个中空纤维膜，其中多个多孔中空纤维膜不跨越所述壳的整个长度。2.根据权利要求1所述的生物反应器，其中所述壳的所述长度的约10％和约70％之间、约10％和约60％之间、约10％和约50％之间、约20％和约50％之间、约20％和约30％之间或约50％保持未被所述多个多孔中空纤维膜占据。3.根据权利要求1或2所述的生物反应器，其中所述多个多孔中空纤维膜的一端安装在所述壳的第一端，并且所述多个多孔中空纤维膜的另一端安装在所述壳的第二部分。4.根据权利要求1至3中任一项所述的生物反应器，其中所述多个多孔纤维膜的一端安装在所述壳的第一端，并且所述多个多孔中空纤维膜的另一端安装在约所述壳的中部。5.根据权利要求1至4中任一项所述的生物反应器，其中所述多个多孔中空纤维膜包含聚合材料、非聚合材料或其组合。6.根据权利要求1至5中任一项所述的生物反应器，其中所述多个多孔中空纤维膜中的多孔中空纤维膜包含纤维素(例如，再生纤维素)、醋酸纤维素、聚砜、聚丙烯腈、无机碳、氧化铝、聚丙烯、聚乙烯、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、聚醚砜、磺化聚醚砜或其组合。7.根据权利要求1至6中任一项所述的生物反应器，其中所述多个多孔中空纤维膜中的多孔中空纤维膜在两端用选自聚环氧化物(诸如耐溶剂聚环氧化物)、聚氨酯、聚丙烯或其组合的材料封装。8.根据权利要求1至7中任一项所述的生物反应器，其中所述多个多孔中空纤维膜被配置成圆柱形管束、螺旋缠绕束、矩形纤维床或其组合。9.根据权利要求1至8中任一项所述的生物反应器，其中所述壳具有选自圆柱体、矩形、正方形、五边形、六边形或八边形的形状。10.根据权利要求1至9中任一项所述的生物反应器，其中所述壳包含选自以下的材料：聚丙烯、聚偏二氟乙烯、聚氯乙烯、金属(诸如银、锌、铜、铝、镍、铁、钛和铬)、任何前述金属的金属合金、陶瓷、玻璃、硼硅酸盐钢化玻璃、钢(例如不锈钢、碳钢等)、塑料(例如环氧树脂、UV固化树脂、热固性树脂等)、陶瓷、复合物、石英、硅或其组合。11.根据权利要求1至10中任一项所述的生物反应器，其中所述生物反应器在壳体积中包含生物载体。12.根据权利要求11所述的生物反应器，其中所述生物载体选自颗粒活性炭、玻璃、聚苯乙烯珠、聚丙烯、聚乙烯、聚二氯乙烯、聚四氟乙烯的塑料材料、乳胶、橡胶、琼脂糖或其组合。13.根据权利要求1至12中任一项所述的生物反应器，其包含微生物。14.根据权利要求13所述的生物反应器，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：帕斯卡尔，
申请(专利权)人：阿卜杜拉国王科技大学，
类型：发明
国别省市：