專利名稱：一種從生物質(zhì)水解發(fā)酵廢液中回收木糖的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種從廢液中回收凈化有用物質(zhì)的方法，特別涉及一種以含木糖的生物質(zhì)水解發(fā)酵廢液為原料，聯(lián)合使用納濾膜和反滲透膜凈化和回收其中木糖的方法。
背景技術(shù)：
隨著化石類不可再生能源的逐漸枯竭，開發(fā)利用資源豐富、不會造成環(huán)境污染的生物質(zhì)能具有重要的戰(zhàn)略意義。由于生物質(zhì)在其生長過程中吸收大氣中的CO2，因此生物質(zhì)能的使用可以減輕由于使用化石燃料帶來的環(huán)境問題和溫室效應(yīng)。生物質(zhì)作為唯一可轉(zhuǎn)化為液體燃料的可再生資源，正日益受到世界各國的重視。
生物質(zhì)中含有的纖維素和半纖維素，經(jīng)水解后得到的水解液中主要含有五碳糖和六碳糖，通過發(fā)酵，水解液中的六碳糖可得到乙醇，水解液中的五碳糖很難被酵母發(fā)酵，因此五碳糖基本全部存在于發(fā)酵后的水解液中。水解產(chǎn)生的五碳糖主要是木糖，由于木糖在新陳代謝中不需要胰島素的促進(jìn)，能直接通過細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞組織，所以是糖尿病患者很好的營養(yǎng)劑和輔助治療劑，而且木糖不被口腔中的細(xì)菌發(fā)酵，是兒童食品、保健食品的理想甜味劑，因此經(jīng)濟(jì)價(jià)值很高。但發(fā)酵后的水解液中存在大量的大分子雜質(zhì)，如代謝產(chǎn)物、未用完的菌體、酵母細(xì)胞和細(xì)胞碎片，還含有蛋白質(zhì)、膠狀物、木聚糖、多糖、少量纖維素、色素、木質(zhì)素等物質(zhì)，木糖濃度很低，不能直接利用。
水解液中除木糖外的其它雜質(zhì)都應(yīng)除去，生成純凈的木糖水溶液。傳統(tǒng)的從廢水中回收有用物質(zhì)的方法如蒸發(fā)、精餾、萃取、吸附、萃取、等，不但設(shè)備復(fù)雜，能耗高，而且會產(chǎn)生三廢污染環(huán)境，同時(shí)設(shè)備的投資和維護(hù)費(fèi)用也較高。
納濾膜可以截留分子量200以上的物質(zhì)，因此先使用納濾膜可以去除水解液中的大分子的雜質(zhì)；反滲透膜只有水分子可以透過，因此用反滲透膜濃縮經(jīng)納濾凈化后的木糖水溶液。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是提供一種聯(lián)合使用納濾膜和反滲透膜從生物質(zhì)水解發(fā)酵廢液中凈化并回收木糖的方法，以此解決現(xiàn)有技術(shù)存在的空白。
技術(shù)方案如下將生物質(zhì)水解發(fā)酵液加入料液槽中，讓料液在壓力為0.1-3.0MPa，溫度為5-50℃，進(jìn)料流速為4.0-15.0L/min的條件下通過納濾膜，收集到透過液I；將透過液I在溫度為5-50℃，壓力為0.5-6.0MPa，進(jìn)料流速為6.0-20.0L/min的條件下通過反滲透膜，收集到濃縮液II和透過液III，濃縮液II即為回收的木糖。
當(dāng)料液體積低于可操作體積后，再分批加水頂洗。
所述的透過液III可作為頂洗用水循環(huán)使用。
本發(fā)明與傳統(tǒng)的處理方法相比，膜分離技術(shù)一般較簡單，經(jīng)濟(jì)性較好，往往沒有相變，分離系數(shù)較大，節(jié)能，高效，無二次污染，可在常溫下連續(xù)操作，可直接放大，可專一配膜等。具體有以下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)a)在膜分離過程中不發(fā)生相變化，對比之下，傳統(tǒng)分離過程都伴隨著從液相至氣相的變化，而相變化的潛熱是很大的，因此膜分離過程能耗比較低。
b)在膜分離技術(shù)過程中不需要從外界加進(jìn)其他物質(zhì)，這樣可以省原料和化學(xué)藥品。
c)膜分離過程是在常溫下進(jìn)行的，因而特別適用于對熱敏感的物質(zhì)，如對果汁、酶、藥品等的分離、分級、濃縮與富集過程。
d)膜分離是一個(gè)高效的分離過程，不僅適用于有機(jī)物和無機(jī)物，從病毒、細(xì)菌到微粒的廣泛分離，而且還適用于許多特殊溶液體系的分離，如一些共沸物或近沸點(diǎn)物質(zhì)的分離等常規(guī)分離方法無法勝任的領(lǐng)域。
e)根據(jù)膜的選擇透過性和膜孔徑的大小不同，可有選擇的將不同粒徑的物質(zhì)濃縮分離，回收有用物質(zhì)。
f)膜分離法分離裝置簡單，操作容易且易控制，便于維修，占地小，處理效率高。而且通?？梢灾苯硬迦胍延械墓に嚵鞒?，不需對其進(jìn)行大的改變。
g)膜分離工藝實(shí)用性強(qiáng)，處理規(guī)模可大可小，操作及維護(hù)方便，易于實(shí)現(xiàn)自動化控制。
同時(shí)反滲透過程中生成的透過水可以作為去離子水加以利用，產(chǎn)生附加的經(jīng)濟(jì)效益。從而降低了生物質(zhì)水解發(fā)酵制酒精過程的成本和費(fèi)用。


圖1是膜分離法回收生物質(zhì)水解發(fā)酵液中的木糖裝置示意圖。
其中1-膜組件；2-料液槽；3-壓力表；4-溫度表；5-控制閥門；6-過濾網(wǎng)；7-流量計(jì)；8-泵；9-濃縮液取樣口；10-透過液取樣口；11-排液口。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明內(nèi)容通過以下的實(shí)施例和附圖作進(jìn)一步闡述，但并不限制本發(fā)明的范圍。
將含木糖的生物質(zhì)水解發(fā)酵液加入料液槽2中，啟動電源，打開高壓泵8，此時(shí)旁通閥全開，首先使母液作封閉循環(huán)，以保證母液濃度得到充分混合。然后緩慢調(diào)節(jié)膜組件1的出口閥門(操作壓力)，首先讓料液慢慢進(jìn)入納濾膜組件中，操作壓力控制在0.1-3.0MPa，溫度5-50℃，進(jìn)料流速4.0-30.0L/min，開始去除雜質(zhì)的過程。當(dāng)料液體積低于可操作體積后，再分批加水頂洗，使原料液中的木糖透過。然后將透過液在溫度5-50℃，壓力0.5-6.0MPa，進(jìn)料流速6.0-30.0L/min下使其通過反滲透膜，以達(dá)到濃縮木糖的目的。
納濾膜凈化過程中采用加水頂洗的方式將水解發(fā)酵液中的木糖洗脫出來，同時(shí)反滲透膜的透過水可作為頂洗用水循環(huán)使用。
實(shí)施例1納濾過程的操作壓力是0.1MPa，溫度是10℃，進(jìn)料流速4.2L/min，該過程操作時(shí)間為170分鐘，原料液中木糖濃度為17.2g/L，色值(IU)為14096，經(jīng)納濾膜處理后的色值(IU)為968，色素去除率為93.1％，木糖的回收率為87.4％。反滲透過程的開始壓力為0.5MPa，溫度是10℃，進(jìn)料流速6.0L/min，隨著過程的進(jìn)行，濃度逐漸增加，相應(yīng)逐漸增加操作壓力至6.0MPa，最終濃縮比為2.5，木糖回收率為95.6％，該過程的操作時(shí)間為60分鐘。
實(shí)施例2納濾過程的操作壓力是2.8MPa，溫度是40℃，進(jìn)料流速17.3L/min，該過程的操作時(shí)間為51分鐘，原料木糖濃度15.0g/L，色值(IU)為13773，經(jīng)納濾膜處理后的色值(IU)為1139，色素去除率為91.7％，木糖的回收率為88.8％。反滲透過程的操作壓力保持為6.0MPa不變，溫度是35℃，進(jìn)料流速16.2L/min，隨著過程的進(jìn)行，濃度逐漸增加，流速逐漸減小至6.0L/min，，最終濃縮比為2.85，木糖回收率為96.2％，該過程的操作時(shí)間為42分鐘。
實(shí)施例3納濾過程的操作壓力是0.2MPa，溫度是20℃，進(jìn)料流速7.1L/min，該過程操作時(shí)間為110分鐘，原料液中木糖濃度為16.9g/L，色值(IU)為12383，經(jīng)納濾膜處理后的色值(IU)為914，色素去除率為92.7％，木糖的回收率為92.3％。反滲透過程的開始壓力為0.7MPa，溫度是25℃，進(jìn)料流速6.0L/min，隨著過程的進(jìn)行，濃度逐漸增加，操作壓力也隨之增加，濃縮比為3.0，木糖回收率為98％，該過程的操作時(shí)間為72分鐘。
權(quán)利要求
1.一種從生物質(zhì)水解發(fā)酵廢液中回收木糖的方法，其特征在于，將生物質(zhì)水解發(fā)酵液加入料液槽中，讓料液在壓力為0.1-3.0MPa，溫度為5-50℃，進(jìn)料流速為4.0-15.0L/min的條件下通過納濾膜，收集到透過液I；將透過液I在溫度為5-50℃，壓力為0.5-6.0MPa，進(jìn)料流速為6.0-20.0L/min的條件下通過反滲透膜，收集到濃縮液II和透過液III，濃縮液II即為回收的木糖。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，當(dāng)料液體積低于可操作體積后，再分批加水頂洗。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述的透過液III可作為頂洗用水循環(huán)使用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種從生物質(zhì)發(fā)酵水解廢液中凈化回收木糖的方法。已經(jīng)發(fā)酵后的生物質(zhì)水解廢液依次通過納濾膜和反滲透膜裝置中。使得生物質(zhì)發(fā)酵水解液中的木糖得以回收和凈化，以適合下一步木糖的利用對原料的要求，同時(shí)反滲透過程中生成的透過水可以作為去離子水加以利用，產(chǎn)生附加的經(jīng)濟(jì)效益。從而降低了生物質(zhì)水解發(fā)酵制酒精過程的成本和費(fèi)用。
文檔編號C07H3/00GK1594339SQ200410025420
公開日2005年3月16日 申請日期2004年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月24日
發(fā)明者顏涌捷, 李翔宇, 張素平, 袁傳敏 申請人:華東理工大學(xué)