纤维素乙醇制备过程中,酶解后较低的糖液浓度和水解过程产生的抑制物都会使得后续发酵效率较低l1],因此,糖液浓缩和抑制物的脱除是纤维素乙醇发酵过程的一个重要步骤.常用的糖液浓缩技术有:开式浓缩罐浓缩、多效蒸发浓缩、真空薄膜浓缩等.操作温度一般达到90℃ 以上,需耗大量的汽、水、电,且高温浓缩会发生结焦现象,损失有效糖组分.而发酵抑制物糠醛,脂肪酸和芳香族化合物主要以吸附法、石灰中和法和离子交换法去除为主[2],这些方法或脱毒效果不理想,或引进了较高的过程成本,不利于工业化生产.因此,开发低能耗的糖液浓缩协同发酵抑制物脱除技术将有助于纤维素乙醇的工业化进程.
真空膜蒸馏是以疏水微孔膜两侧蒸汽压力差为传质驱动力而实现溶液浓缩和分离的膜过程,通常在常压和接近于常温下操作,具有有效成分损失少,浓缩倍数高,可利用低品位热源等优势,特别适合于热敏性溶液的浓缩.唐建军l3]等采用减压膜蒸馏浓缩不同浓度的硫酸稀土溶液,硫酸截留率大于98.9 ;Ashehl4]对质量分数为l2.7 的蔗糖溶液在4O℃条件下进行真空膜蒸馏浓缩,透过液几乎为纯水;张凤君_5]等采用中空纤维膜蒸馏技术处理料液浓度为0.306 mol/ml的糠醛废水,去除率为40.1 9/6.虽然膜蒸馏在浓缩稀溶液并回收其中有价值组分的研究上有较理想的结果,但多数研究停留在单组分模拟液的浓缩或挥发性物质的脱除上,对于纤维素乙醇制备过程中同时浓缩糖液和去除发酵抑制物涉及不多,特别是对真实酶解糖液的浓缩与抑制物去除的可行性研究方面未见报道.
本文采用真空膜蒸馏技术浓缩模拟葡萄糖溶液并脱除其中的糠醛,考察料液流速、料液温度、料液浓度等对膜通量和抑制物糠醛去除率的影响,优化上述操作参数,并依此对真实酶解液进行浓缩后发酵,以评价膜蒸馏浓缩纤维素糖液的可行性. |