CN105566094A - 生物质固废厌氧发酵-电渗析法制取短链羧酸盐 - Google Patents

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Abstract

生物质固废使用混合菌种进行厌氧发酵可以转化为短链羧酸盐，短链羧酸盐可用于许多生物处理和生产过程中，具有较高的利用价值。当前，限制生物质固废规模化生产短链羧酸盐的一个重要因素就是缺少一种经济高效的产物提取方法。使用电渗析法提取发酵短链羧酸盐，可将发酵液中不可电离的大部分杂质和短链羧酸盐分离，达到初步的提纯效果。同时，通过降低发酵液中短链羧酸盐浓度，可获得更高的发酵产量。通过实验证明，本发明可在3小时内提取原液中23.5%的短链羧酸盐，能耗较低，具有规模化应用的潜质。

Description

生物质固废厌氧发酵-电渗析法制取短链羧酸盐
技术领域
本发明涉及生物质固废资源化利用技术和电渗析技术领域，具体涉及到一种使用电渗析法制取发酵短链羧酸盐的方法。
背景技术
我们的社会每天产生大量的生物质固废，通过发酵可以将这些生物质固废转化为有价值的化合物，比如有机酸和酒精等。在生物质固废的发酵处理中，可以分为单一菌种处理和混合菌种处理两种。在实际应用中，混合菌种处理比单一菌种处理拥有明显的优势，具体表现为：发酵过程更易控制、操作运行更简便、可处理的生物质固废种类更广泛。通过使用混合菌种进行厌氧发酵，生物质固废可转化为短链的羧酸盐，例如醋酸钠、丁酸钠和戊酸钠等。这些物质可用于许多生物处理和生产过程中，例如生物产沼气、生物高聚物生产和污水处理中营养物质的去除。
由于生物质固废中含有许多不同成分，并且使用了混合菌种进行处理，发酵液中除了短链羧酸盐还含有许多不可电解的杂质。在实际应用中，生物处理和生产需要的短链羧酸一般为高纯度羧酸，因此亟需发明一种方法将短链羧酸盐从发酵液中提取出来。同时，羧酸盐是一种抑制发酵进行的产物，通过从发酵液中直接回收短链羧酸盐，可以降低发酵液中短链羧酸盐浓度，使得生物质固废更多的转化为短链羧酸盐，取得更高的产量。
利用电渗析技术，可以将发酵液中的短链羧酸盐分离提取出来，不可电解的杂质留在发酵液中。
发明内容
本发明目的在于提供一种简洁经济高效的方法，以提取发酵液中的短链羧酸盐。
本发明的技术方案按如下的步骤操作：
1.制备模拟发酵液溶液，溶液中醋酸钠、丁酸钠以及氯化钠浓度均为0.08mol/L，溶液pH用2mol/L盐酸调节至5.5，作为电渗析中淡化室溶液；
2.制备氯化钠溶液，其电导率与模拟发酵液一致，溶液pH调节至7，作为电渗析中浓缩室溶液；
3.制备0.08mol/L硫酸钠溶液，作为电渗析中极室溶液；
4.将上述溶液分别加入电渗析设备相应的溶液室中，开启设备运行5分钟，待溶液电导率稳定后，以恒定电流0.23A模式进行电渗析提取3小时，溶液流速为400ml/min。
本发明优点：本发明采用电渗析提取发酵液中的短链羧酸盐，可以直接将短链羧酸盐和发酵液中不可电解的杂质分离。同时，由于短链羧酸盐在发酵液中浓度较高时会抑制新的短链羧酸盐产生，通过本发明的方法直接提取短链羧酸盐，可以提高短链羧酸盐的发酵产量。本发明电渗析提取采用较低的电流强度进行，能耗低，具有规模化应用的潜质。
附图说明
图1是电渗析原理图其中：CM:阳离子交换膜；AM：阴离子交换膜；浓缩液：NaCl溶液；淡化液：0.08MNaAc+NaBu+NaCl溶液；：醋酸离子；：丁酸离子
在提取最初阶段，淡化液中的醋酸根和丁酸根离子在外加电场和扩散的双重作用下转移到浓缩液中。随着浓缩液中醋酸根和丁酸根离子浓度逐渐增加，扩散作用逐渐减小，提取耗能增大。当把本发明应用到发酵液的在线提取中时，出于高效利用能源方面的考虑，不需要把发酵液中的醋酸根和丁酸根离子完全提取，只需把两种离子的浓度降低到不会抑制新的短链羧酸盐产生即可。
具体实施方式
实施例：
1.在160ml容器中加入100ml基础培养基（具体成分为KH2PO49850mg/L、K2HPO4170mg/L、NH4Cl800mg/L、NaCl440mg/L、CaCl2*2H2O50mg/L、MgCl2*6H2O330mg/L），并将厨余垃圾以8000mgCOD/L加入到容器中，将含有混合菌种的颗粒污泥加入容器至溶液中颗粒污泥的浓度为1%。使用2mol/L的NaOH或HCl溶液调节溶液pH至5，使用橡胶塞将容器密封，通入氮气10分钟将容器中空气去除。将容器置于恒温摇床中，在30℃下以170rpm速度摇晃发酵15天。15天后发酵液中主要短链羧酸盐为醋酸钠和丁酸钠，浓度大约为0.05-0.11mol/L。
2.准确称量醋酸钠6.56g、丁酸钠8.8g、氯化钠4.68g溶于1L蒸馏水中，当所有溶质完全溶解后，用2mol/L盐酸溶液将溶液pH调节至5.5，测定其电导率，转移至电渗析装置淡化室中。
3.根据1中溶液的电导率，制备1L氯化钠溶液，使其电导率等于1中溶液电导率，然后用2mol/L盐酸溶液将溶液pH调节至7，转移至电渗析装置浓缩室中。
4.准确称量11.36g硫酸钠溶于1L蒸馏水中，待硫酸钠完全溶解后转移至电渗析装置极室中。
5.启动电渗析装置（此时不启动外加电源），淡化室、浓缩室和极室的流速均为400ml/min，运行5分钟后测定各室电导率。待电导率稳定后启动外加电源，以恒定电流0.23A模式进行电渗析提取，提取时间3小时。经过测定，3小时内短链羧酸盐的一次提取效率为23.5%。

Claims (4)

1.一种使用电渗析法提取发酵短链羧酸盐的方法，其特征在于：
（1）用2mol/L盐酸将发酵液pH调节至5.5；
（2）浓缩液为电导率与发酵液一致的氯化钠溶液，pH调节为7；
（3）电渗析提取采用恒流模式，电流强度0.23A，溶液流速400ml/min，提取时间为3小时。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于所述第（1）步中使用2mol/L盐酸将发酵液调节至5.5。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于所述第（2）步中使用的浓缩液为与发酵液电导率一致的氯化钠溶液，pH值调节为7。
4.根据权利要求1所述方法，其特征在于所述第（3）步中电渗析提取采用恒流模式，电流强度0.23A，溶液流速400ml/min，提取时间3小时。
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