[发明专利]用于分离醇水体系的渗透汽化膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种分离醇水体系的渗透汽化膜的制备方法，特别是一种针对纤维素发酵制得的乙醇进行浓缩的渗透汽化膜的制备方法。

背景技术

目前醇一水体系中优先透水的渗透汽化分离研究国内外已有较多报道，渗透汽化用于制备无水乙醇已经进入工业应用。但优先透水的渗透汽化过程只适于处理富含有醇类而水含量低的体系，如浓度99％(w)的乙醇脱水制取无水乙醇工艺。而在工业生产中，存在着很多醇类含量较低的水溶液体系，如生物发酵法制乙醇工艺中，发酵液中乙醇浓度在7％(w)左右。在对这些醇类含量较低的水溶液体系进行处理时，使用优先透水的渗透汽化膜是不合适的，而唯有优先透醇的渗透汽化膜才能满足实际工艺的需要，故对其进行深入的研究有着重要的实际价值。

尤其是目前随着石油价格的不断高涨，世界范围内开始进行大规模的开发生物燃料，其形势令人振奋。作为一种不可再生的自然矿产资源，全球石油开采已经进入到中期，2004年以来油价高涨就显示出供应的增长赶不上需求的增长。能源市场上供需的缺口，只能由生物燃料来填补。全球对生物燃料的潜力需求非常大，虽然世界上可再生的能源种类繁多，但是可以替代石油做动力燃料的却少而又少。而生物燃料是目前唯一进入市场且可替代石油燃料的大宗可再生能源；因此，作为汽油添加剂的生物酒精(乙醇)是石油替代的首善之举。

乙醇是产量最大的发酵产品。目前，传统的乙醇发酵生产存在的问题是：

(1)多用间歇发酵过程，生产率低，设备庞大，产品质量不稳定；

(2)目前国际粮食供应紧缺，以农产品为主要原料发酵生产乙醇的方法违背了国家实行可持续发展的战略要求；

(3)发酵法一般都只能生产8％-10％以下的乙醇稀溶液，而且乙醇作为产物对反应具有强烈的抑制作用，对大多数酵母而言，当乙醇浓度达到5％时就会停止生长，当乙醇浓度从6％增加到12％时，乙醇的产率就会逐渐减为零，这将大大降低反应产率。

因此，要提高产品性能必须使发酵过程连续化，应用有足够选择性的分离技术，使发酵过程中的抑制性产物乙醇及时脱除，才能加快反应的进程，提高乙醇的生产效率。

为了响应国家号召，始终贯彻可持续发展的战略方针，人们提出使用秸秆、草皮和树皮等纤维素生产乙醇；这些纤维素人类并不能食用，根本就不会威胁人类的食物供应。研究人员通过使用特定的酶将纤维素进行分解获得简单的糖类物质，再把这些糖类物质转化成能量使用。纤维素在自然界是大量存在的，通过纤维素所获的乙醇是非常洁净的，可以和汽油一样有效驱动汽车行驶，更重要的一个原因，我们不再需要重新发明汽车，这将使我们的汽车工业继续发展下去，不会造成巨大的浪费。

60年代后，各种膜分离技术得到了迅速的发展，包括生物物质在内的分离纯化过程得到越来越广泛的应用，膜分离技术已成为最重要的分离技术之一。膜技术的发展为提高连续发酵过程的性能提供了一系列有效而简便的方法。其中，渗透汽化膜技术是正在开发应用中的膜技术之一，它主要用于有机物-水、有机物-有机物的分离，是最有希望取代某些高能耗的精馏技术的膜分离过程。

渗透汽化(渗透蒸发，Pervaporation)是利用致密高聚物膜对液体混合物中组分的溶解扩散性能不同来实现其分离的一种膜过程。有机混合物原料液经加热器加热到一定温度后，在常压下送入膜分离器与膜接触，在膜的下游侧用抽真空或载气吹扫的方法维持低压。这样，渗透物组分在膜两侧的蒸汽分压差(或化学位梯度)的作用下透过膜，并在膜的下游侧汽化，被冷凝成液体而除去不能透过膜的截留物流出膜分离器。它的特点有：高效，选择合适的膜单级就能实现很高的分离度；低能耗，一般比恒沸蒸馏法节能1/2～2/3；过程简单，附加的处理少，操作方便；过程不引入其它试剂，产品和环境不会受到污染；便于放大及与其它过程耦合和集成。目前发酵液中的乙醇分离浓缩主要采用蒸馏、萃取、吸附、超滤、反渗透等方法，与上述方法相比，渗透汽化膜分离法具有一次性分离程度高、过程简单、能耗低、无污染等特点。