[发明专利]化学改性纤维类固定化载体及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及属于生物化工技术领域，具体的，涉及化学改性纤维类固定化载体及其制备方法和用途，更具体的，涉及制备化学改性纤维类固定化载体的方法，化学改性纤维类固定化载体，用于制备丁醇的设备以及利用该设备制备丁醇的方法。

背景技术

受世界石油资源、价格、环保和全球气候变化的影响，发展生物燃料已成为许多国家提高能源安全、减排温室气体、应对气候变化的重要措施。生物丁醇主要是由梭菌通过厌氧发酵产生，该方法可有效缓解能源短缺和环境污染两大突出问题，作为一种新型的液体燃料，具有能量密度大，腐蚀性小、可直接用于内燃机、运输方便等优点，在能源危机日益严峻的今天，生物丁醇作为燃料有着广阔的发展前景。生物丁醇与乙醇相似，可以和汽油混合，但却具有许多优于乙醇之处，例如，丁醇具有较高的能量密度，和汽油相近，而乙醇的能量密度比汽油低35%；因其类似烃类的结构，丁醇对水的溶解性比乙醇小得多，并且可在炼油厂调和并用管道运送，而乙醇必须在分销终端进行调和；生物丁醇可利用炼油厂原有基础设施，而乙醇不行。因此，生物丁醇的研究开发日益受到许多国家的重视。

丁醇又称正丁醇，作为一种良好的化工原料和新型液体燃料受到广泛的重视，可用作油漆和表面涂料，也用于生产邻苯二甲酸二丁酯（DBP）和邻苯二甲酸丁苄酯（BBP）等增塑剂，还用来制造醋酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸丁酯、乙二醇醚，并可用于表面涂料、皮革处理、香料、橡胶加工助剂和农用化学品等方面。与传统的化学方法不同，生物丁醇主要是由梭菌通过厌氧发酵产生，该方法可有效缓解能源短缺和环境污染两大突出问题，目前已经成为研究热点。随着我国化学工业和医药工业的不断发展，丁醇需求量将有一定增长。

目前，丁醇主要通过化学法合成，随着石油资源加速枯竭和价格飞涨，生物发酵法制备丁醇又受到了广泛的重视。然而，生物法制备丁醇存在发酵周期长、生产速率低、转化率低以及产物浓度低等瓶颈。

目前制备丁醇的手段仍有待改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。

根据本发明的实施例，本发明提出了一种制备化学改性纤维类固定化载体的方法，其包括：

（1）将纤维类固定化载体浸泡在聚乙烯亚胺溶液中，以便获得聚乙烯亚胺改性的载体，其中，所述聚乙烯亚胺改性的载体在其表面上形成有聚乙烯亚胺分子。

（2）将所述聚乙烯亚胺改性的载体浸泡在戊二醛溶液中，以便使聚乙烯亚胺分子中的氨基和戊二醛的醛基反应，从而获得所述化学改性纤维类固定化载体。

根据本发明的实施例所得到的经过化学改性的纤维类固定化载体可以作为细胞固定化载体装填成固定化纤维床，应用于生物丁醇的单批发酵和重复批次发酵中。根据本发明的实施例，通过在聚乙烯亚胺溶液中浸泡，可以使聚乙烯亚胺中的氨基与纤维结构中的羟基反应形成化学键，在纤维类固定化载体表面形成上大量的聚乙烯亚胺分子，通过在戊二醛溶液中浸泡，可以使聚乙烯亚胺分子中的氨基和戊二醛的醛基反应，完成聚乙烯亚胺分子的交联，完成交联后会在纤维类固定化载体表面形成一层具有强化学吸附力的分子膜。进而，可以提高纤维类材料表面的粗糙度，正电荷量，活性基团数，从而提高纤维类固定化材料对丙酮丁醇梭菌的固定化效率，缩短发酵周期，提高生产强度。

根据本发明的实施例，上面所述制备化学改性纤维类固定化载体的方法还可以具有下列附加技术特征：

根据本发明的实施例，所述纤维类固定化载体可以为植物秸秆，优选甘蔗渣、稻草和玉米秸秆。这些材料中含有纤维素成分，表面带有大量的羟基。由此，可以进一步提高经过化学改性的纤维类固定化载体作为细胞固定化载体装填成固定化纤维床，应用于生物丁醇的单批发酵和重复批次发酵中的效率。

根据本发明的实施例，所述聚乙烯亚胺溶液的浓度为4g/L，pH为7.0~8.0，根据本发明的实施例，所述戊二醛溶液的浓度为1 g/L。根据本发明的实施例，可以分别按照下列方法配置所述聚乙烯亚胺溶液和所述戊二醛溶液。在通风厨中向纯水中加入适量的聚乙烯亚胺，搅拌10~30分钟，溶解后调节PH稳定至7.0~8.0之间，4℃下密封保存所得到的聚乙烯亚胺溶液。由于戊二醛具有强烈的杀菌效果，根据本发明的一个实施例，所述戊二醛交联剂溶液的浓度为1 g/L，但可根据所需固定的细胞对戊二醛的耐受力情况适当提高其浓度，以增强交联效果，提高固定化效率。本发明中使用的是25%的戊二醛溶液，将其加入到磷酸盐缓冲溶液（PH=7.0）中稀释至1 g/L，4℃下密封保存所得到的戊二醛溶液。