生物乙醇生产

摘要\n生物乙醇是一种很有前途的化石燃料替代品，主要通过酵母发酵生产。然而，在传统的分批发酵过程中，胞外乙醇的积累限制了酵母胞内乙醇的排泄，从而抑制了酵母的活力和乙醇产量。本研究报道了在渗透汽化膜反应器中，酵母固定化的催化活性膜用于高效去除胞外乙醇，以提高生物乙醇的产率。通过在聚二甲基硅氧烷( PDMS )渗透汽化膜上涂复多孔酵母/聚醚砜催化层，采用浸没相转化法制备了该膜。由于生物催化层的高孔隙率，固定化酵母在较高底物浓度下比游离酵母具有更好的发酵能力。最重要的是，通过比较催化活性膜反应器( CAMR )、惰性膜反应器和间歇反应器的发酵性能，CAMR的乙醇产率最高( 3.05 g L-1 h-1 )，酵母质量浓度最高( 26.41 g L-1 )，表明CAMR的酵母生长的酵母生长速率和活力。我们认为这是由于生物催化活性膜的“真正”原位清除能力：细胞外乙醇从酵母附近被迅速清除，促进了抑制剂(细胞内乙醇)的快速排出，从而最大限度地消除了细胞内乙醇的不良抑制作用。

近来，生物燃料发酵液与渗透汽化的耦合作用日益受到重视。一些挑战，如真实发酵液成分对膜性能的破坏作用，膜表面化学改性剂对微生物的致死作用，以及昂贵的成本，都与这一概念背道而驰。首次对生物乙醇分离超疏水膜的一步低成本制备进行了持续的研究，以应对这些挑战。在我们之前的工作中，我们采用喷涂的方法在低成本的莫来石载体上制备了一层活性层疏水( OALH ) Silicalite-1 /聚二甲基硅氧烷( PDMS )膜。本工作采用喷涂法制备了双层活性层超疏水( TALS )硅石- 1 / PDMS膜，其中新型活性层由两层不同疏水性和密度的活性层组成。采用接触角测量、表面电荷测定、扫描电镜、原子力显微镜和5wt %乙醇溶液渗透汽化分离等方法，对OALH和TALS膜的污垢/生物污垢阻力和渗透汽化性能进行静态评价。TALS膜表现出较好的电阻和性能。动态试验采用Box-Behnken设计，以底物、微生物和营养物质含量为主导指标，确定发酵液对TALS膜性能的影响，以便长期利用。获得了渗透通量、分离因子和渗透汽化分离指数分别为1.88、32.34和59.04 kg / m2·h的最大性能。利用所有被测膜的能量色散X射线谱图也表征了TALS膜的动态污垢/生物污垢性能。TALS膜表现出膜污染和生物污染的协同抗性。最终，新型TALS膜被发现具有生物燃料回收的潜力，特别是生物乙醇。