背景技术
[0002] 能源危机导致石油价格上涨,作为汽油添加剂或汽油的替代产品生物丁醇再一次受到人们的重视。但受发酵产物丁醇的抑制作用,发酵液中总溶剂浓度只能达到约20gL-1,生产能力较低。由于丁醇的沸点高于水,工业上利用精馏法分离丁醇的时候需要把98%水从发酵液中分离出去,整个过程经济性差,成本偏高,为了解决上述问题,科学家尝试将一些分离方法,渗透汽化(PV)、吸附、液液萃取、气提和反渗透等。直接与发酵过程耦合以实现丁醇的原位分离,减轻丁醇的抑制作用,提高发酵强度和原料利用率。相比之下,渗透汽化要优于其他的分离方法,体现在:1、实现分离与浓缩过程的统一,丁醇从发酵液中被选择性的分离,在渗透液中浓缩,后续分离成本降低;2、不引入其他的物质,不影响发酵培养基的营养成分。
[0003] 渗透汽化分离效果与膜材料的选择和制备有关,目前应用于丙酮/丁醇/乙醇分离的渗透汽化膜主要有高分子聚合膜,无机膜以及液体膜,其中高分子聚合膜研究较多,如聚氨酯膜等(施璇等.聚氨酯膜分离丙酮/正丁醇溶液的渗透汽化性能研究[J].中国材料科技与设备, 2008,5(4):35-37),Liu制备了厚度100μm的聚醚共聚酰胺(PEBA)聚合膜,在23℃条件下对含5wt%丁醇的二元体系中丁醇的分离因子为8.2,总渗透通量为65.3 gm-2h-1(Liu, F., L. Liu, and X. Feng, Separation of acetone-butanol-ethanol (ABE) from dilute aqueous solutions by pervaporation. Separation and Purification Technology, 2005. 42(3): p. 273-282.)。 K. Srinivasan制备了改性的聚偏氟乙烯(PVDF)膜,该膜在50℃条件下,对含7.5wt%丁醇的料液中丁醇的分离因子为6.4,总渗透通量为4126gm-2h-1 (Srinivasan, K., K. Palanivelu, and A.N. Gopalakrishnan, Recovery of 1-butanol from a model pharmaceutical aqueous waste by pervaporation. Chemical Engineering Science, 2007. 62(11): p. 2905-2914.)。
[0004] 聚二甲基硅氧烷(PDMS)因其具有良好的疏水性能,常被用来制备渗透汽化分离膜来分离有机小分子,但受其机械强度限制,需要依靠一定强度的底膜作为支承层来共同完成渗透汽化分离过程。聚丙烯腈(PAN)具有优异的化学稳定性、一定的耐热性能、以及耐微生物侵蚀等特点,在微滤和超滤工艺中得到广泛应用,也可作为硅橡胶渗透汽化复合膜的支承层,但受机械强度影响,制成的复合膜使用寿命有限,尤其是中空纤维复合膜。
[0005] 本发明使用疏水改性的纳米碳酸钙对PAN进行填充,不仅可以提高PAN的机械强度,增加膜的使用寿命,还能改善PAN的疏水性,从而提高复合膜的整体疏水性能,提高膜对有机醇的选择性。