CN1594339A - 一种从生物质水解发酵废液中回收木糖的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种从生物质发酵水解废液中净化回收木糖的方法。已经发酵后的生物质水解废液依次通过纳滤膜和反渗透膜装置中。使得生物质发酵水解液中的木糖得以回收和净化，以适合下一步木糖的利用对原料的要求，同时反渗透过程中生成的透过水可以作为去离子水加以利用，产生附加的经济效益。从而降低了生物质水解发酵制酒精过程的成本和费用。

Description

一种从生物质水解发酵废液中回收木糖的方法
                            技术领域
本发明涉及一种从废液中回收净化有用物质的方法，特别涉及一种以含木糖的生物质水解发酵废液为原料，联合使用纳滤膜和反渗透膜净化和回收其中木糖的方法。
                            背景技术
随着化石类不可再生能源的逐渐枯竭，开发利用资源丰富、不会造成环境污染的生物质能具有重要的战略意义。由于生物质在其生长过程中吸收大气中的CO2，因此生物质能的使用可以减轻由于使用化石燃料带来的环境问题和温室效应。生物质作为唯一可转化为液体燃料的可再生资源，正日益受到世界各国的重视。
生物质中含有的纤维素和半纤维素，经水解后得到的水解液中主要含有五碳糖和六碳糖，通过发酵，水解液中的六碳糖可得到乙醇，水解液中的五碳糖很难被酵母发酵，因此五碳糖基本全部存在于发酵后的水解液中。水解产生的五碳糖主要是木糖，由于木糖在新陈代谢中不需要胰岛素的促进，能直接通过细胞膜进入细胞组织，所以是糖尿病患者很好的营养剂和辅助治疗剂，而且木糖不被口腔中的细菌发酵，是儿童食品、保健食品的理想甜味剂，因此经济价值很高。但发酵后的水解液中存在大量的大分子杂质，如代谢产物、未用完的菌体、酵母细胞和细胞碎片，还含有蛋白质、胶状物、木聚糖、多糖、少量纤维素、色素、木质素等物质，木糖浓度很低，不能直接利用。
水解液中除木糖外的其它杂质都应除去，生成纯净的木糖水溶液。传统的从废水中回收有用物质的方法如：蒸发、精馏、萃取、吸附、萃取、等，不但设备复杂，能耗高，而且会产生三废污染环境，同时设备的投资和维护费用也较高。
纳滤膜可以截留分子量200以上的物质，因此先使用纳滤膜可以去除水解液中的大分子的杂质；反渗透膜只有水分子可以透过，因此用反渗透膜浓缩经纳滤净化后的木糖水溶液。
                            发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种联合使用纳滤膜和反渗透膜从生物质水解发酵废液中净化并回收木糖的方法，以此解决现有技术存在的空白。
技术方案如下：
将生物质水解发酵液加入料液槽中，让料液在压力为0.1-3.0MPa，温度为5-50℃，进料流速为4.0-15.0L/min的条件下通过纳滤膜，收集到透过液I；将透过液I在温度为5-50℃，压力为0.5-6.0MPa，进料流速为6.0-20.0L/min的条件下通过反渗透膜，收集到浓缩液II和透过液III，浓缩液II即为回收的木糖。
当料液体积低于可操作体积后，再分批加水顶洗。
所述的透过液III可作为顶洗用水循环使用。
本发明与传统的处理方法相比，膜分离技术一般较简单，经济性较好，往往没有相变，分离系数较大，节能，高效，无二次污染，可在常温下连续操作，可直接放大，可专一配膜等。具体有以下几点优点：
a)在膜分离过程中不发生相变化，对比之下，传统分离过程都伴随着从液相至气相的变化，而相变化的潜热是很大的，因此膜分离过程能耗比较低。
b)在膜分离技术过程中不需要从外界加进其他物质，这样可以省原料和化学药品。
c)膜分离过程是在常温下进行的，因而特别适用于对热敏感的物质，如对果汁、酶、药品等的分离、分级、浓缩与富集过程。
d)膜分离是一个高效的分离过程，不仅适用于有机物和无机物，从病毒、细菌到微粒的广泛分离，而且还适用于许多特殊溶液体系的分离，如一些共沸物或近沸点物质的分离等常规分离方法无法胜任的领域。
e)根据膜的选择透过性和膜孔径的大小不同，可有选择的将不同粒径的物质浓缩分离，回收有用物质。
f)膜分离法分离装置简单，操作容易且易控制，便于维修，占地小，处理效率高。而且通常可以直接插入已有的工艺流程，不需对其进行大的改变。
g)膜分离工艺实用性强，处理规模可大可小，操作及维护方便，易于实现自动化控制。
同时反渗透过程中生成的透过水可以作为去离子水加以利用，产生附加的经济效益。从而降低了生物质水解发酵制酒精过程的成本和费用。
                            附图说明
图1是膜分离法回收生物质水解发酵液中的木糖装置示意图。
其中：1-膜组件；2-料液槽；3-压力表；4-温度表；5-控制阀门；6-过滤网；7-流量计；8-泵；9-浓缩液取样口；10-透过液取样口；11-排液口。
                            具体实施方式
本发明内容通过以下的实施例和附图作进一步阐述，但并不限制本发明的范围。
将含木糖的生物质水解发酵液加入料液槽2中，启动电源，打开高压泵8，此时旁通阀全开，首先使母液作封闭循环，以保证母液浓度得到充分混合。然后缓慢调节膜组件1的出口阀门(操作压力)，首先让料液慢慢进入纳滤膜组件中，操作压力控制在0.1-3.0MPa，温度5-50℃，进料流速4.0-30.0L/min，开始去除杂质的过程。当料液体积低于可操作体积后，再分批加水顶洗，使原料液中的木糖透过。然后将透过液在温度5-50℃，压力0.5-6.0MPa，进料流速6.0-30.0L/min下使其通过反渗透膜，以达到浓缩木糖的目的。
纳滤膜净化过程中采用加水顶洗的方式将水解发酵液中的木糖洗脱出来，同时反渗透膜的透过水可作为顶洗用水循环使用。
                            实施例1
纳滤过程的操作压力是0.1MPa，温度是10℃，进料流速4.2L/min，该过程操作时间为170分钟，原料液中木糖浓度为17.2g/L，色值(IU)为14096，经纳滤膜处理后的色值(IU)为968，色素去除率为93.1％，木糖的回收率为87.4％。反渗透过程的开始压力为0.5MPa，温度是10℃，进料流速6.0L/min，随着过程的进行，浓度逐渐增加，相应逐渐增加操作压力至6.0MPa，最终浓缩比为2.5，木糖回收率为95.6％，该过程的操作时间为60分钟。
                            实施例2
纳滤过程的操作压力是2.8MPa，温度是40℃，进料流速17.3L/min，该过程的操作时间为51分钟，原料木糖浓度15.0g/L，色值(IU)为13773，经纳滤膜处理后的色值(IU)为1139，色素去除率为91.7％，木糖的回收率为88.8％。反渗透过程的操作压力保持为6.0MPa不变，温度是35℃，进料流速16.2L/min，随着过程的进行，浓度逐渐增加，流速逐渐减小至6.0L/min，，最终浓缩比为2.85，木糖回收率为96.2％，该过程的操作时间为42分钟。
                            实施例3
纳滤过程的操作压力是0.2MPa，温度是20℃，进料流速7.1L/min，该过程操作时间为110分钟，原料液中木糖浓度为16.9g/L，色值(IU)为12383，经纳滤膜处理后的色值(IU)为914，色素去除率为92.7％，木糖的回收率为92.3％。反渗透过程的开始压力为0.7MPa，温度是25℃，进料流速6.0L/min，随着过程的进行，浓度逐渐增加，操作压力也随之增加，浓缩比为3.0，木糖回收率为98％，该过程的操作时间为72分钟。

Claims (3)

1.一种从生物质水解发酵废液中回收木糖的方法，其特征在于，将生物质水解发酵液加入料液槽中，让料液在压力为0.1-3.0MPa，温度为5-50℃，进料流速为4.0-15.0L/min的条件下通过纳滤膜，收集到透过液I；将透过液I在温度为5-50℃，压力为0.5-6.0MPa，进料流速为6.0-20.0L/min的条件下通过反渗透膜，收集到浓缩液II和透过液III，浓缩液II即为回收的木糖。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当料液体积低于可操作体积后，再分批加水顶洗。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的透过液III可作为顶洗用水循环使用。
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