О нас
Новости
Исследования
Сотрудники
Публикации
Сотрудничество
Гранты
Патенты
Контакты
Ссылки
ИНХС РАН
 

Rambler's Top100

Первапорационный мембранный биореактор для получения спиртов (этанола и бутанола) из биомассы

В последние годы все большее внимание привлекает производство жидких органических продуктов и топлив (прежде всего, этанола и бутанола) из возобновляемых источников сырья на основе биомассы. Одним из интенсивно разрабатываемых подходов к проведению непрерывной ферментации биомассы является интегрирование стадии выделения спиртов с процессом ферментации – так называемая экстрактивная ферментация. Проведение процесса по такой технологии позволяет минимизировать ингибирующее действие спиртов на микроорганизмы, повысить производительность реактора и снизить энергозатраты на последующее концентрирование целевого продукта. Использование для этих целей первапорационного мембранного биореактора открывает перспективный путь экономичного получения биоэтанола и биобутанола.

Принцип действия мембранного биореактора (первапорация) - получение биоэтанола и биобутанола
Принцип действия мембранного биореактора

Первапорация - это процесс разделения жидких сред путем испарения через мембрану.

Первапорация активно исследуется применительно к задачам разделения ферментационных смесей и одним из наиболее перспективных органофильных полимеров является поли-1-триметилсилил-1-пропин (ПТМСП) – самый высокопроницаемый из известных на сегодняшний день полимеров. Нанопористая природа этого органофильного полимера обеспечивает высокие селективности первапорационного выделения большого класса органических соединений из водно-органических смесей. В этой связи, в рамках ряда национальных и международных программ в России ведутся исследования по разработке технологии получения мономера, полимера и высокопроизводительных первапорационных мембран из ПТМСП.

Нами впервые проведено систематическое исследование первапорационного разделения искусственных и реальных смесей этанольной и ацетон-бутанол-этанольной (АБЭ) ферментации через образцы ПТМСП, синтезированные в различных условиях и имеющих различные молекулярно-массовые характеристики и микроструктуру цепи (синтез ПТМСП - лаборатория №23). Показано, что в отличие от сложившегося в литературе мнения (данные для традиционного катализатора TaCl5), образцы ПТМСП, полученные на катализаторах TaCl5/Al(i-Bu)3 и NbCl5, обладают хорошей химической стабильностью в условиях разделения ферментационных смесей.

Изучен механизм засорения нанопористых мембран ПТМСП в процессе первапорационного разделения ферментационных смесей, что связано с сорбцией в нанопустотах ПТМСП низколетучих и практически не проникающих через мембрану в режиме вакуумной первапорации побочных продуктов ферментации (например, диолов). Предложена методика регенерации свойств ПТМСП мембран периодической экстракцией низколетучих веществ из мембраны с помощью обогащенного по органическим компонентам пермеата.

Разработана методика формования и получены лабораторные образцы асимметричных мембран из ПТМСП, демонстрирующие высокий уровень селективности и проницаемости в процессах органофильной первапорации.

На базе ПТМСП создан и запатентован новый органофильный первапорационный материал и мембраны на его основе. Материал представляет собой смесь ПТМСП и полидиметилсилметилена (ПДМСМ) (синтез ПДМСМ – лаборатория №10). Обнаружена экстремальная зависимость фактора разделения бутанол/вода от состава полимерной смеси. Максимум наблюдается в области низких содержаний ПДМСМ (4 - 5% мас.). Полученные факторы разделения бутанол/вода (a=130) оказались в два раза выше соответствующих показателей для чистого ПТМСП, до сих пор считавшегося самым селективным материалом для рассматриваемых смесей.

Все права защищены © 2005-2018 Лаборатория Полимерных Мембран
Лаборатория Полимерных Мембран