[发明专利]一种高硅分子筛材料吸附分离丁醇的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高硅分子筛材料吸附分离丁醇的方法，属于无机功能材料应用领域，具体地说涉及一种用水热合成法直接制备高硅分子筛材料并将所制备材料进一步应用到动态穿透实验中。

背景技术

经济发展，石油价格上涨，能源危机越发突出，迫切寻求性能相近、廉价、可再生的新能源，生物丁醇作为一种新型的生物燃料，具有亲水性弱、腐蚀性小、与汽油任意比例混合，可替代汽油做发动机燃料，高的辛烷值和热值等优势，是一种具有巨大的市场潜力的新型能源。

传统生物发酵又称ABE(acetone-butanol-ethanol)发酵过程中，丙酮：乙醇：丁醇：水=1:0.5:2:96.5wt%(LiuD,ChenY.BioresourceTechnol.2013;129:321-328.)，从如此稀的溶液中将产物分离出来需要消耗大量的能量，并产生大量的废水，从而影响经济效益。造成发酵液中产物浓度较低的因素很多，其中最主要的原因是产物对微生物有抑制作用，解决产物抑制的一个有效途径是在发酵的同时将产物分离出来。

目前，用于ABE发酵产物分离的方法包括：汽提法（3295kcal/kg）、渗透汽化法（3295kcal/kg）、精馏法（5789kcal/kg）和吸附法（1948kcal/kg）等（QureshiN,HughesS,MaddoxIS,CottaMA.BioprocBiosystEng.2005;27:215-222.），但是吸附法所需的能耗是最低的。ArjanOudshoorn（OudshoornA,VanderWielenLAM,StraathofAJJ.BiochemEngJ.2009;48:99-103.）等用沸石吸附分离生物丁醇，考察了三种商业沸石对丁醇的吸附性能，但是只涉及了单组份丁醇的静态吸附研究，并没有对其进行动态穿透实验的考察，对技术的实际应用存在局限性。CousinSaintRemi（CousinSaintRemiJ,RémyT,VanHunskerkenV.ChemSusChem.2011;4:1074-1077.）采用类沸石咪唑酯材料—ZIF-8，对ABE生物发酵液进行穿透实验，但是发酵液并没有得到较好的分离。

综上所述，急需提供一种简单易行、经济高效的方法用于ABE发酵产物的分离。

发明内容

本发明旨在提供一种高硅分子筛材料吸附分离丁醇的方法，采用动态穿透实验，以廉价易得、水热稳定性和化学稳定性高的高硅分子筛为吸附剂，提供一种高效分离丁醇的方法。

本发明提供了一种高硅分子筛材料吸附分离丁醇的方法，采用动态穿透实验，以高硅分子筛材料作为吸附剂，在20~30℃条件下，发酵液的流速为0.2~0.8ml/min，吸附剂的填料高度为15~25cm，最后将丁醇分离。

上述方法中，所述高硅分子筛材料为高硅MFI、MTW或BEA型沸石中的一种。

上述方法中，所述高硅分子筛材料制备成20-40目颗粒。

上述方法中，所述动态穿透实验中，模拟的ABE发酵液由高压注射泵以0.2~0.8ml/min的流速自下而上流过填料层，填料层为吸附床层，在液体流过吸附床层之前，对吸附床层进行N₂吹扫，以保证整个吸附床层填料均匀，填料层的高度为15~25cm，在填料层的出口处定时收集液体，最后收集的液体用气相色谱进行定量分析。

进一步地，所述动态穿透实验中，使用不锈钢管作为吸附装置，在不锈钢管内填充石英棉，用于固定吸附剂，不锈钢管下端与氮气相通，通入氮气的流量为30ml/min。

本发明中，乙醇、丙酮和丁醇存在竞争吸附，乙醇首先被吸附，在乙醇逐渐达到饱和（即纵坐标接近1时），这是由于丙酮的亲和力大于乙醇，使得吸附剂开始吸附丙酮，把已经吸附的乙醇被丙酮置换出来，使得乙醇的纵坐标大于1；然后当吸附剂开始吸附丁醇时，把已经吸附的丙酮被丁醇置换出来，最后达到吸附丁醇的目的。

本发明的有益效果：

本发明采用廉价易得、易合成、水热稳定性和化学稳定性高的高硅分子筛作为吸附剂，对模拟的ABE发酵液进行穿透实验，丁醇的分离效果好，能耗低。

附图说明

图1为三种高硅分子筛的XRD衍射图。

图2为实施例2的穿透曲线图。

图3为实施例3的穿透曲线图。

图4为实施例4的穿透曲线图。

图5为实施例5的穿透曲线图。

图6为实施例6的穿透曲线图。

图7为实施例7的穿透曲线图。