节水节能式丁醇萃取发酵联产改良型生物柴油和丁醇

摘要

生物柴油是一种清洁、可再生的液态燃料，然而生物柴油普遍存在点火性能差、燃烧功率低等缺点。以生物柴油为萃取剂开展丁醇萃取发酵，萃取有10g/L以上丁醇的生物柴油可作为“高品质改良型”的生物柴油而被直接使用，大幅降低了丁醇精馏回收过程的能耗。但是，萃取发酵会产生大量的萃余液（发酵废液），萃余液中仍含有8g/L左右的丁醇。废液直接排放既严重污染环境，又浪费了废液中宝贵的发酵产品和水资源。
　　 本论文旨在提高丁醇萃取发酵中萃余液的回用率，以最为节水、节能的方式生产“高品质改良型”生物柴油。与此同时，以最为经济和节能的方式回收萃余液中的大部残余丁醇，提高目标产物-丁醇的得率，实现以生物柴油为萃取剂的丁醇萃取发酵联产“高品质改良型”的生物柴油和纯丁醇溶剂，以及产品多样性的目标。研究的主要结果如下：
　　 (1)利用正辛醇（正辛醇/萃余液体积比0.2：1）萃取回收萃余液中的残余丁醇，萃余液中56％的丁醇可被浓缩回收，正辛醇中的丁醇浓度达到25.7g/L，有利于丁醇蒸馏精制的进行。此条件下，主目标产物-丁醇的得率提高了44％。
　　 (2)活性炭作为色素类物质的高效吸附剂，可将萃余液中绝大部分发酵抑制性物质-类黑精去除。采用3％(w/v)活性炭吸附处理萃余液，可将一次性萃余液回用率从50％提高至100％，丁醇发酵性能不受影响。
　　 (3)以生物柴油为萃取剂的丁醇萃取发酵中，利用活性炭吸附法处理萃余液，反复全回用14次，萃取发酵性能稳定，生物柴油中丁醇浓度稳定在10g/L以上，达到“高品质改良型”生物柴油的丁醇含量标准。
　　 (4)利用7L静态厌氧发酵罐，进一步验证了节水节能式丁醇萃取发酵联产“高品质改良型”生物柴油和丁醇溶剂的可行性。在此操作模式下，目标丁醇得率达到20％，每升发酵液产0.97L“改良型”生物柴油，产纯丁醇溶剂5g左右。

目录

文摘

英文文摘

第一章 前言

1.1 研究背景

1.1.1 丁醇、丙酮溶剂产品及其利用现状

1.1.2 丁醇发酵（丙酮-丁醇发酵）及其利用现状

1.1.3 以生物柴油为萃取剂的丁醇萃取发酵、研究进展及其利用现状

1.1.4 液态燃料发酵废水处理的研究现状

1.2 立题意义

1.3 本课题的主要研究内容

1.3.1 课题整体研究思路

1.3.2 研究目标

1.3.3 研究内容

第二章 材料与方法

2.1 试剂与材料

2.2 仪器与设备

2.3 发酵菌种

2.4 培养基

2.5 培养方法

2.5.1 菌种活化方法

2.5.2 发酵方法

2.6 分析方法

2.6.1 溶剂产量的测定

2.6.2 产气量的测定方法

2.6.3 淀粉的测定方法

2.6.4 萃余液脱色率的测定

2.7 类黑精和焦糖模拟溶液的制备

2.8 发酵废液的回用方法

2.8.1 批量发酵萃余液的制备

2.8.2 正辛醇萃取、回收残余丁醇

2.8.3 利用活性炭处理萃余液

2.8.4 利用萃余液调配发酵培养基

2.8.5 萃余液反复多次全回用的方法

第三章 结果与讨论

3.1 使用正辛醇萃取、回收萃余液中的残余丁醇

3.2 回用萃余液的传统分批发酵研究

3.2.1 类黑精对丙丁梭菌的毒性作用

3.2.2 残留溶剂对萃余液回用发酵的影响

3.2.3 使用活性炭处理萃余液，提高传统丁醇发酵的萃余液一次性回用率

3.3 丁醇萃取发酵联产改良型生物柴油和纯丁醇溶剂过程中萃余液反复多次全回用的研究

3.4 静态厌氧发酵罐下丁醇传统发酵及生物柴油萃取发酵的研究

3.5 结论与展望

3.5.1 主要结论

3.5.2 展望

致谢

参考文献

附录: 作者在攻读硕士学位期间发表的论文