本发明专利技术提供一种丁醇的分离方法。本发明专利技术提供的方法采用疏水性大孔聚合物吸附剂来分离混合溶液中的丁醇，所述方法包括以下步骤：1)采用大孔聚合物吸附剂吸附混合溶液中的丁醇；2)从大孔聚合物吸附剂中解吸丁醇。本发明专利技术提供的方法工艺简单，分离时间短，回收丁醇效率高，生产成本低，具有较大的推广性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于生化分离
，涉及。
技术介绍
生物丁醇主要用于制造邻苯二甲酸二丁酯和脂肪族二元酸丁酯类增塑剂，因而广泛用于各种塑料和橡胶制品的生产。丁醇还可用来生产丁醛、丁酸、丁胺和醋酸丁酯，它们可用作树脂、油漆、黏结剂的溶剂，也可用作油脂、药物和香料的萃取剂及醇酸树脂涂料的添加剂。同时，丁醇还是一种极具潜力的新型生物燃料。生物丁醇的生产采用微生物发酵法，利用淀粉质、纸浆废液、糖蜜和野生植物等可再生生物质为原料，接入丙酮丁醇梭菌(Clostridiumacetobutylicum)或者贝氏枯草芽孢杆菌(Clostridium bei jerinckii)，再经过复杂的生物化学变化，生成丙酮(Aceton)、丁醇 (Butanol)和乙醇(Ethanol)等产物。因此该发酵过程生产生物丁醇也称为ABE (丙酮-丁醇-乙醇)发酵。由于丁醇对菌体的毒性作用，整个发酵过程会发生严重的产物抑制，当丁醇浓度达到一定值时，微生物停止生长，因此发酵液中丁醇的浓度很低，采用传统蒸馏法回收丁醇，其费用很高。为了解决这一关键问题，必须采用有效的方法将产物ABE从发酵液中移除，降低产物抑制，从而提高发酵产率降低工业成本。目前，用于ABE发酵产物分离的主要技术包括气提法(gas stripping，GS)、 液液萃取法(liquid-liquid extraction)、渗透汽化法(pervaporation, PV)、吸附法 (adsorption)。Meagher (US 5755967)等通过开发一种填充硅橡胶的沸石膜，采用渗透汽化方法分离丙酮、丁醇。该沸石膜相对于吸附乙醇、乙酸、丁酸而言，对丙酮和丁醇具有优良的选择性吸附。Qureshi，N.等(Qureshi，N.，et al.，2005，Bioprocess and Biosystems Enfineering，27 (4) =215-222)等用吸附-解吸方法回收生物丁醇，从能耗方面考虑，该法是最佳的回收过程，其主要考察了一些吸附介质，包括活性炭、骨炭、硅质岩、高分子树脂 XAD-4和XAD-7，聚乙烯吡啶树脂的吸附性能。但是，一方面，由于吸附介质的吸附容量较低，比如低于IOOmg 丁醇/g吸附剂；另一方面，由于不能有效的从吸附剂上解吸丁醇，因此造成丁醇的总回收率低下。DIJK(W0 2008/095896A1)等采用一种超高交联度的微孔树脂分离生物丁醇，但是该树脂对丙酮、乙醇具有一定的吸附量，增大了后期分离工艺的费用。 Arjan Oudshoorn 等(Biochemical Engineering Journal, 2009，48 :99-103)用沸石吸附分离生物丁醇，考察了 CBV28014、CBV811、CBV901三种沸石对生物丁醇的吸附性能，但是存在沸石对生物丁醇的吸附容量不高，且吸附丁醇的同时也吸附了丙酮和乙醇等问题，造成后期分离费用增加。David R-Nielsen 等(Biotechnology and Bioengineering, 2009, 102(3) :811-821)利用高分子树脂原位回收生物丁醇，考察了高分子树脂对生物丁醇的吸附性能，但是存在树脂与发酵液直接接触造成树脂污染、一些树脂的生物相容性不好，能够吸附底物葡萄糖及发酵反应中间体、一些树脂的吸附容量偏低、一些树脂虽然具有较高的丁醇吸附容量，同时吸附较多的丙酮的和乙醇等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种分离丁醇的新方法，以经济有效的回收丁醇。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的。本专利技术提供，所述方法包括以下步骤1)采用疏水性大孔聚合物吸附剂吸附混合溶液中的丁醇至饱和；2)采用热解吸方法从疏水性大孔聚合物吸附剂中解吸丁醇。优选地，所述步骤1)中的吸附温度为30 37°C。优选地，所述步骤1)中进行吸附时还包括以20 250rpm的速率摇动混合溶液的步骤。优选地，所述步骤1)中所使用的疏水性大孔聚合物吸附剂与混合溶液的重量体积配比(g/mL)为1 50。优选地，所述步骤2)中的解吸温度为120°C以上。优选地，所述丁醇在混合溶液中的初始浓度为5g/L 350g/L。优选地，所述混合溶液中还包括乙醇、丙酮，优选来自发酵液。优选地，所述丁醇为正丁醇。优选地，所述方法还包括再生疏水性大孔聚合物吸附剂的步骤；更优选地，所述疏水性大孔聚合物吸附剂的再生与丁醇的解吸是同时完成的。优选地，所述步骤1)中进行吸附时还包括以20 250rpm的速率摇动混合溶液的步骤。优选地，所述疏水性大孔聚合物吸附剂选自苯乙烯二乙基苯、聚丙烯酰胺、酰胺基氰基、酚羟基等中的一种或多种。优选地，所述疏水性大孔聚合物吸附剂的内表面积为100 2000m2/g。优选地，所述疏水性大孔聚合物吸附剂的粒度为20 60目。优选地，所述疏水性大孔聚合物吸附剂的孔径为1 180nm，孔容为0. 4 3cm7g。优选地，所述疏水性大孔聚合物吸附剂的湿视密度为590 750g/L。优选地，所述疏水性大孔聚合物吸附剂的含水量为40 80%。在本专利技术的优选实施方案中，选用以下两种疏水性大孔聚合物吸附剂来分离丁醇一种是非极性树脂，其骨架结构是苯乙烯二乙基苯，没有任何功能基团，主要靠丁醇的正烷基侧链与骨架苯乙烯二乙基苯中的苯环发生疏水作用力，也就是一种疏水作用力；另外一种是极性树脂，其骨架为聚丙烯酰胺，其功能基团一般为酰胺基氰基、酚羟基等含氮、 氧、硫极性功能基的吸附树脂，其主要靠丁醇中的醇羟基与极性吸附树脂中的极性功能基团中的羟基产生氢键作用力。含有丙酮、丁醇和乙醇的溶液在采用用疏水性大孔聚合物吸附剂吸附至饱和之后，先用水洗去未发生吸附的残留液，再用热解吸的方法从吸附剂中解吸丁醇并同时再生吸附剂。由于丁醇是一种疏水性且易挥发性物质，主要靠范德华力及氢键产生吸附力与吸附剂结合，本专利技术发现通过加热丁醇，例如接近至沸点，可以破坏丁醇与吸附剂之间的吸附力，因此选用热解吸方法解吸丁醇是较易解吸回收丁醇的，而在不同的热解析温度下，解析回收丁醇有显著的差异。此外，不同的吸附剂的骨架结构及官能基团不一样，其导致树脂与4丁醇之间的疏水作用力不同，这会影响树脂的吸附及解吸。本专利技术经筛选使用的疏水性大孔聚合物吸附剂的解吸率能够达到95%以上，而已报道过的树脂解吸率最高的只有85%。综上所述，本专利技术的主要优点在于，利用热解吸方法从吸附剂中更有效解吸丁醇的同时还可以再生吸附剂，而根据大孔聚合物吸附剂对目标物质丁醇的亲和力与对丙酮、 乙醇等杂质的亲和力差异，使用只具有吸附丁醇而不吸附或较少吸附丙酮和乙醇的官能团的疏水性大孔聚合物吸附剂，进一步实现了丁醇与丙酮、乙醇的高效分离。由此可见，本专利技术提供的方法构思新颖，工艺简单，分离时间短，回收丁醇效率高，生产成本低，具有较大的推广前景。通过实验表明，采用本专利技术提供的方法，在30min内即能够吸附接近70%的丁醇，9小时后可达到95%，其中丁醇纯度达到99%以上。附图说明以下，结合附图来详细说明本专利技术的实施方案，其中图1为本专利技术实施例1中测定的各种大孔聚合物吸附剂的吸附容量结果图。图2为本专利技术实施例2中测定的丙酮、丁醇、乙醇混合溶液(ABE)的色谱图。图3为本专利技术实施例3中测定的大孔聚合物吸附剂的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：应汉杰，林晓清，陈勇，陈晓春，柏建新，熊健，钱文斌，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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