ZIF-L/PDMS混合基质膜蒸气渗透耦合发酵强化乙醇生产效率的研究

• 作者: 王艳芳 毛恒 蔡玮玮 张傲率 徐李昊 赵之平
• 来源期刊: 化工学报
• 关键词: 聚二甲基硅氧烷 混合基质膜 乙醇发酵 蒸气渗透 膜分离
• 年，卷（期）: 2021,（10）
• 所属期刊栏目: 分离工程
• 页码范围: 5226-5236
• 页数: 10页
• 分类号: TQ028.8
• 语种: 中文
• DOI: 10.11949/0438-1157.20210337

摘要

蒸气渗透(VP)膜分离不存在膜污染风险，在生物乙醇生产中具有广阔的应用前景。将聚二甲基硅氧烷(PDMS)膜和以二维沸石咪唑骨架(ZIF-L)为填充基质制备的PDMS(ZIF-L/PDMS)混合基质膜，分别用于VP膜分离与菊粉水解液发酵制乙醇过程的耦合，分析了二者在耦合过程中的分离性能和发酵性能。探究了不同膜分离方式、不同类型膜及操作条件对膜分离性能的影响。实验结果表明，当料液浓度为5%(质量)、蒸气循环流量为1.5L·min−1时，ZIF-L/PDMS混合基质膜的VP性能高于渗透汽化(PV)，归一化总通量达到1148.78g·m−2·h−1，分离因子高达19.14，显著提升了乙醇分离性能。ZIF-L/PDMS混合基质膜用于VP耦合发酵，实现了耦合过程的高渗透性和乙醇选择性，与文献报道相比，乙醇移除效果最优，乙醇产率和时空产率分别达到0.421g·g−1、3.07g·L−1·h−1，两个指标明显高于单独发酵，极大地提高了乙醇生产效率。因此，ZIF-L/PDMS混合基质膜在原位分离发酵乙醇方面具有很大的应用潜力。