利用树脂原位吸附在线分离提纯发酵液中丁醇、丙酮和乙醇的方法技术

利用树脂原位吸附在线分离提纯发酵液中丁醇、丙酮和乙醇的方法，属于生物技术领域，包括如下步骤：①培养丙酮丁醇乙醇生产菌；②发酵的同时利用树脂在线原位吸附丁醇、丙酮和乙醇；③吸附结束后脱附冷凝回收，得到丁醇、丙酮和乙醇粗品，本发明专利技术有益效果为发酵效率高、分离提纯成本低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及利用树脂原位吸附在线分离提纯发酵液中丁醇、丙酮和乙醇的方法，属于生物

技术介绍
丁醇是一种重要的液体能源和化学品，可以通过微生物发酵法获得，通常采用丙酮-丁醇-乙醇（ABE）发酵生产丁醇，同时会产生丙酮和乙醇，及少量有机酸。(详见非专利文献：Kumar，M,Gayen，K..Developments in biobutanol production:new insights.Applied Energy，88:1999-2012，2011).但是发酵液中终点的丁醇浓度通常在1.0～2.0%（w/v）,丙酮浓度在0.5～1.0%（w/v）。并且，丁醇的沸点为117.7℃，高于水的沸点100℃。因此，如果利用传统的精馏或蒸馏分离法，其分离成本极高，经济上是不可行的，很难实现工业化生产（详见非专利文献：Matsumura,M.,Kataoka,H.,Sueki,M.,Araki,K.Energy saving effect of pervaporation using oleyl alcohol liquid membrane in butanolpurification.Bioprocess Eng.3：93-100,1988）。目前国内通常采用精馏，萃取和渗透汽化三种方法进行丁醇的分离。如果利用传统精馏方法，从含有0.5%（w/v）丁醇的发酵液中分离纯化丁醇到99.9%（w/v），需要能量79.5MJ/kg丁醇。如果发酵液中的丁醇浓度提高到1.0%（w/v）,需要的能量可以减少到36MJ/kg丁醇，和丁醇自有的能量相等（详见非专利文献：Oudshoorn,A.,Vander Wielen LAM,Straathof AJJ.Assessment of options for selective 1-butanol recoveryfrom aqueous solutions.Ind Eng Chem Res.48:7325-7336,2009）。另外，采用精馏塔进行分离，通常需要多个精馏塔串联，虽然分离得到的丁醇浓度高，但是需要大量的蒸汽加热，从能量消耗平衡角度看，经济上是不可行的（详见专利文献：李春利，王洪海，王荣良，方静，张鹏。分离乙醇、丙酮和丁醇发酵醪液的精馏工艺方法。公开号CN101397236A；徐西东，孙太喜。一种节能环保的丁醇丙酮生产方法；公开号CN101302542A；欧阳胜利，李永辉，张志强，陶敏莉，钱胜华，吕惠生，董秀芹，张敏华。制备生物丁醇中乙醇塔的热耦合节能系统及操作方法。公开号CN 101530672A）。如果利用萃取的方法，液体油水层之间容易形成乳化层，不容易分离。另外，所用的萃取剂通常对生产菌至少产生轻微毒害，影响发酵效率。最后，对萃取剂层中溶解的丁醇浓度不高，导致分离效率很低，并且再次分离，需要消耗的能量很大。因此，综合考虑，萃取技术尤其很大的弊端和局限性（详见专利文献：应明。一种丙酮丁醇原位萃取连续发酵装置及工艺。CN 101948737A；王建设，王绍鹏。一种连续萃取发酵生产生物丁醇的方法和装置。CN 101787378A;张延平，王鑫昕，李寅，王少华。一种生产丁醇的方法。CN 101418320A）。利用渗透汽化技术分离丁醇的研究也较多，并且渗透汽化分离可以获得相对高浓度的丁醇，但是最大的问题是渗透汽化膜的制作成本高，容易被污染，因此给分离过程带来生产安全隐患（详见专利文献：秦培勇，李树峰，谭天伟，秦帆。一种生物质发酵耦合渗透汽化分离生产丁醇。CN 102757984A;王建设，王绍鹏。一种连续渗透汽化耦合发酵生产生物丁醇的装置。CN201686697U）。因此，需要开发新技术对产物进行提纯，提高分离效率。因此，本专利技术利用树脂吸附法进行发酵产物丁醇，丙酮和乙醇的原位分离纯化，可以有效得到高浓度的丁醇，丙酮和乙醇，降低分离成本。其中，树脂吸附法的优势在于，通过微生物发酵与吸附耦合原位分离丁醇，丙酮和乙醇，可以边发酵，边移除抑制性产物丁醇，丙酮和乙醇。并且，树脂可以快速吸附发酵液中的丁醇，丙酮和乙醇，并通过加热快速脱附回收丁醇，丙酮和乙醇。由于树脂的比热容很低，因此加热脱附需要的能量相应很低，整个工艺过程的能耗极低。到目前为止，未见使用树脂原位吸附法偶联发酵装置对丁醇，丙酮和乙醇同时进行分离纯化的报道和相关专利。
技术实现思路
本专利技术通过利用树脂原位吸附在线分离提纯发酵液中丁醇、丙酮和乙醇，不仅能提高发酵效率产生更多的丁醇、丙酮和乙醇，分离纯化丁醇、丙酮和乙醇时还能节约大量能耗。本专利技术提供了利用树脂原位吸附在线分离提纯发酵液中丁醇、丙酮和乙醇的方法，包括如下步骤：①将丙酮丁醇乙醇生产菌接入已除氧和灭菌的种子营养基，培养丙酮丁醇乙醇生产菌，得到种子液；②将步骤①种子液接入已除氧和灭菌的发酵营养基，利用丙酮丁醇乙醇生产菌发酵生产丁醇、丙酮和乙醇，发酵的同时利用树脂在线原位吸附丁醇、丙酮和乙醇；③吸附结束后脱附冷凝回收，得到丁醇、丙酮和乙醇粗品。本专利技术所述树脂为天然树脂或合成树脂；其为离子交换型树脂、大孔型树脂、吸附型树脂或转型树脂；其外观形态为粉状、颗粒状、柱状、球形、纤维状、长方形、不规则颗粒状或圆柱形；其粒度为纳米级、微米级、毫米级或更大尺寸。本专利技术所述树脂优选为Dowex Optipore L-493、Dowex Optipore SD-2、DiaionHP-2、Diaion HP-2MG或Amberlite XAD-4中的至少一种。现有技术中通常能产生丁醇的菌种发酵的同时也产生其他物质，不仅发酵效率低，得到的产物纯度也低，本专利技术利用树脂原位吸附在线分离提纯发酵液中丁醇、丙酮和乙醇，本专利技术有益效果为：第一：发酵过程中产生的丁醇、丙酮和乙醇是抑制性产物，利用树脂移除丙酮、丁醇和乙醇能有效提高生产效率；第二：树脂能使发酵液与产物分离；第三：树脂可以富集丁醇、丙酮和乙醇，且具有选择性吸附，对丁醇吸附能力最强，有利于得到高浓度的含丁醇混合物粗品。现有技术中分离提纯发酵液中丁醇、丙酮和乙醇，常见方法为萃取、精馏和渗透汽化。萃取的缺点为通常的萃取剂沸点高，比热容大，分离时消耗大量能量，液体油水层之间容易形成乳化层，不容易分离；精馏的缺点为耗能大，分离丁醇耗能一般为36～79.5MJ/kg；渗透汽化的缺点为制膜成本高，膜容易污染。本专利技术树脂原位吸附分离产物的能耗为6MJ/kg，如采用精馏对脱附回收的产物进行二次分离，获得99%以上纯度的产物，总能耗为12MJ\本文档来自技高网...

【技术保护点】
利用沸石原位吸附在线分离提纯发酵液中丁醇、丙酮和乙醇的方法，包括如下步骤：①将丙酮丁醇乙醇生产菌接入已除氧和灭菌的种子营养基，培养丙酮丁醇乙醇生产菌，得到种子液；②将步骤①种子液接入已除氧和灭菌的发酵营养基，利用丙酮丁醇乙醇生产菌发酵生产丁醇、丙酮和乙醇，发酵的同时利用沸石在线原位吸附丁醇、丙酮和乙醇；③吸附结束后脱附冷凝回收，得到丁醇、丙酮和乙醇粗品。

【技术特征摘要】
1.利用沸石原位吸附在线分离提纯发酵液中丁醇、丙酮和乙醇的方法，包括如下
步骤：
①将丙酮丁醇乙醇生产菌接入已除氧和灭菌的种子营养基，培养丙酮丁醇乙醇生
产菌，得到种子液；
②将步骤①种子液接入已除氧和灭菌的发酵营养基，利用丙酮丁醇乙醇生产菌发
酵生产丁醇、丙酮和乙醇，发酵的同时利用沸石在线原位吸附丁醇、丙酮和乙醇；
③吸附结束后脱附冷凝回收，得到丁醇、丙酮和乙醇粗品。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述发...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛闯，杨尚天，白凤武，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：