ZIF-L/PDMS混合基质膜蒸气渗透耦合发酵强化乙醇生产效率的研究

摘要

蒸气渗透(VP)膜分离不存在膜污染风险,在生物乙醇生产中具有广阔的应用前景.将聚二甲基硅氧烷(PDMS)膜和以二维沸石咪唑骨架(ZIF-L)为填充基质制备的PDMS(ZIF-L/PDMS)混合基质膜,分别用于VP膜分离与菊粉水解液发酵制乙醇过程的耦合,分析了二者在耦合过程中的分离性能和发酵性能.探究了不同膜分离方式、不同类型膜及操作条件对膜分离性能的影响.实验结果表明,当料液浓度为5％(质量)、蒸气循环流量为1.5L·min-1时,ZIF-L/PDMS混合基质膜的VP性能高于渗透汽化(PV),归一化总通量达到1148.78 g·m-2·h-1,分离因子高达19.14,显著提升了乙醇分离性能.ZIF-L/PDMS混合基质膜用于VP耦合发酵,实现了耦合过程的高渗透性和乙醇选择性,与文献报道相比,乙醇移除效果最优,乙醇产率和时空产率分别达到0.421g·g-1、3.07g·L-1·h-1,两个指标明显高于单独发酵,极大地提高了乙醇生产效率.因此,ZIF-L/PDMS混合基质膜在原位分离发酵乙醇方面具有很大的应用潜力.