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生物液体燃料 ——丁醇 背景 ?全球变暖、化石能源日渐 消耗国际局势紧张，能源 争端频发，导致国际原油 价格急剧上涨，能源紧缺， 直接影响到城乡居 民的生 活，乃至国家的经济腾飞。 开发廉价、清洁的替代能 源已迫在眉睫。原油价格 的不断攀升,让人们对生物质能源寄予了更 多希望。 原理以及该领域的进展 利用细菌，藻类，非粮纤维素（我国因为粮食生产无法自给自足需要进口，所以禁用粮食生产）制造丁醇 以一定比例与化石燃料调和或100%丁醇，减轻或代替化石燃料的危机以及减少化石燃料带来的污染 丙酮-丁醇发酵( 产物中含有大量的丁醇、丙酮和少量的乙醇, 简称为ABE 发酵). 在传统的ABE 发酵过程中, 由于丁醇对微生物具有严重的抑制作用, 发酵液中丁醇的浓度一般都低于13 g / L, ABE 浓度不超过20 g / L[ 3] 改良：将化工分离技术与发酵过程耦合的新工艺, 将ABE 从发酵液中快速而连续移出, 减少发酵产物的抑制作用, 从而提高整个发酵过程的经济性. 目前用于ABE 发酵耦合的分离技术包括： 吸附( Adsorption) 液液萃取( Liquid-liquid extract ion) 气提( Gas st ripping ) 膜蒸馏( Membrane dist illat ion) 渗透汽化( Pervapo ration, PV) 反渗透( Reverse osmosis) 等 渗透汽化技术 作为一种新型的膜分离技术, 与其它分离技术相比, 不仅具有高效、节能和环保的优点, 而且在与发酵过程耦合的过程中, 不会移除培养基中的营养物质, 并且对微生物没有毒害作用. 对于后续的丁醇- 水共沸物的分离, 渗透汽化与传统的共沸精馏相比也具有明显的技术上和经济上的优势. 关键问题之一是开发和制备高性能( 高的渗透通量和选择性)的渗透汽化膜. 渗透汽化膜可以分为疏水膜和亲水膜, 分别对应着渗透汽化技术在燃料丁醇制备过程中的两个关键部分的应用: 1) 渗透汽化疏水膜与ABE 发酵过程耦合, 原位移出发酵产物ABE, 降低产物抑制作用, 提高发酵产率; 2) 渗透汽化亲水膜用于丁醇/ 水共沸物的脱水, 替代传统的共沸精馏过程, 高效节能环保. 目前用于低浓度丁醇回收或提浓的疏水性渗透汽化膜主要有: 聚二甲基硅氧烷( poly dimethy lsiloxane,PDMS) 及其共聚、改性和掺杂膜 液膜( liquidmembr ane) 聚三甲基硅丙炔膜( poly [- 1-( t rimethy lsilyl)- 1- propyne] , PTMSP) 聚醚酰胺嵌段共聚物膜( Poly ( ether block amide ) , PEBA) 聚丙烯膜( PP) 聚四氟乙烯膜( PTFE)等 此外, 还有学者研究了PTMSP 膜 .PEBA膜、PP 膜、PTFE 膜在丁醇- 水溶液中的渗透汽化性能。 缺陷：PTMSP 膜材料本身存在稳定性差的问题。 PEBA 膜、PP 膜和PT FE 膜对丁醇的选择性都比较低。 渗透汽化亲水膜 渗透汽化亲水膜是目前研究最为广泛也是最为成熟的渗透汽化膜. 常用于丁醇脱水的渗透汽化膜材料有: 聚乙烯醇( Poly ( vinyl alcoho l ) ,PVA ) 聚酰亚胺( Poly imide, PI ) 二氧化硅 NaA 分子筛 壳聚糖( Chitosan,CS) 藻酸钠( Sodium Alginate, SA) 聚电解质等. ABE 发酵- 渗透汽化耦合工艺 采用各种分离技术与发酵过程相耦合, 原位移出发酵产物ABE, 降低产物抑制作用, 提高葡萄糖的转化率和溶剂产率,从而提高整个发酵过程的经济性. （耦合：物理学上指两个或两个以上的体系或两种运动形式间通过相互作用而彼此影响以至联合起来的现象） 不足：耦合工艺中的膜污染[在ABE 发酵- PV 耦合过程中, 由于真实发酵液的密度、黏度、pH 值等物性参数的差异以及存在的无机盐、葡萄糖、其它代谢产物、微生物细胞等复杂成分, 导致渗透汽化膜的性能相比在模拟的丁醇或ABE 水溶液中都会有所下降] Qureshi 等将液- 液萃取、膜萃取、气提和渗透汽化与ABE 发酵过程耦合, 比较了四种不同的分离耦合技术对发酵过程的溶剂产率和生产效率的影响. 结论： 他们认为气提和渗透汽化是与ABE 发酵耦合最有前景的分离技术, 气提分离技术对ABE 溶剂的选择性可达6~ 23, 而渗透汽化技术由于操作简单、分离效率高, 可成为替代精馏作为ABE 的后续提浓方法. 案例及案例分析 埃克森美孚公司