硅橡胶膜生物反应器乙醇连续发酵传质动力学实验研究

利用新型的硅橡胶平板复合膜构造乙醇连续发酵膜生物反应器,研究了连续发酵-渗透蒸发操作稳态过程的膜传质动力学问题,实验分析了发酵液循环流量、发酵温度、膜表面液体流动模式对膜性能的影响。在长达500h的连续发酵过程中,膜的分离性能维持相对稳定,没有出现膜污染现象。硅橡胶膜对发酵液中的乙醇的原位分离有效地减轻了代谢产物对细胞抑制作用,在发酵过程的前后阶段,膜的总传质系数从5.21×10-7m/s提高到7.94×10-7m/s。膜对实际发酵液的分离性能表现比对乙醇-水模型溶液的高。     

硅橡胶膜生物反应器连续发酵与乙醇分离 耦合动力学研究

在发酵罐体积为4 L、膜面积为0.08 m2的硅橡胶膜生物反应器中,进行了酿酒酵母连续发酵生成乙醇和产物原位分离的耦合动力学研究。建立了耦合过程中细胞生长、产物合成和基质消耗随时间变化的数学模型,通过对实验数据的非线性拟合,得出了对应的动力学模型参数值;该模型计算结果与实验值吻合良好,可较好地预测膜生物反应器稳定操作参数,对该类膜生物反应器的开发设计和操作具有指导意义。     

膜生物反应器苹果原汁发酵研究（Ⅱ） —产物特性和膜器放大

在前期工作的基础上,采用扩大膜面积的新型硅橡胶膜生物反应器进行了苹果原汁发酵的进一步深入研究。整个系统运行稳定,硅橡胶复合膜分离性能良好。膜下游通过两级冷凝,得到了酒度适宜的苹果白兰地,酒味浓烈,果香优雅;膜上渗余液营养丰富,含有大量的有机酸,可用于生产苹果酸性饮料。     

硅橡胶膜生物反应器生物转化制备香草醛

在硅橡胶膜生物反应器(SRMBR)系统中用丁香油为原料和大豆酯氧化酶(SBLOX)为催化剂,进行了生物转化制备香草醛的实验研究.与摇瓶发酵实验相比,在SRMBR中的发酵由于硅橡胶膜的渗透萃取即时分离,在很大程度上消除了产物香草醛的氧化损失和酶的产物抑制,原料丁香油转化率从0.038%提高到1.01%.高效液相色谱(HPLC)分析表明,香草醛在膜下游萃取液中的最高质量浓度达到了121.53 mg/L,远高于摇瓶实验的8.14 mg/L,香草醛的峰面积比为70.08%.又在反应器中加入活性炭吸附剂,使转化率进一步提高到1.14%,膜下游萃取液最高质量浓度为140.27 mg/L,香草醛的峰面积比达到93.53%.     

适合硅橡胶膜生物反应器乙醇发酵的酵母选育（Ⅰ）

从水果中筛选出一株野生型酵母S3,并将其运用于膜牛物反应器封闭循环乙醇发酵.运用酵母S3进行了3次摇瓶发酵实验,得到细胞浓度、乙醇产率以及葡萄糖转化率的最大值分别为:5.37g/L,1.90g/(L·h),87.9%;将S3菌株接人膜牛物反应器封闭循环发酵系统,进行了524.4 h的封闭循环发酵实验,整个发酵过程乙醇产率为1.48g/(L·h).葡萄糖消耗速率为3.55g/(L·h),发酵结束时,细胞存活率为30%,葡萄糖转化率为81.4%,均高于菌株SO的发酵结果,乙醇-细胞比产率以及乙醇-细胞得率分别为0.148 g/(g·h)和77.63 g/g,分别是菌株SO的1.57倍和1.71倍.结果表明,酵母菌在膜生物反应器封闭循环发酵过程中有被定向驯化以适应此发酵环境的可能性,并且野生酵母S3比工业安琪酵母SO更容易被定向驯化.     

硅橡胶膜在乙醇发酵-渗透蒸发耦合过程中的分离性能

为掌握乙醇发酵 -渗透蒸发耦合过程中的膜分离行为 ,在发酵液温度 30～ 4 0℃、糖浓度 0～ 10 0g/L以及有无细胞存在的实验条件下 ,测试了乙醇通过硅橡胶膜的传质分离速率。结果表明 ,发酵温度升高促进渗透蒸发 ,但乙醇产率同时降低 ,导致过膜总通量增加而乙醇通量无明显变化 ,说明耦合过程操作温度应以实现高浓度连续发酵为控制因素 ;糖浓度增加对水分子在膜面的吸附有抑制作用 ,导致水的渗透通量减少 ,从而相对提高了膜对乙醇的选择性 ,分离因子提高 ;发酵液中细胞的存在促进了膜面的传质 ,有利于乙醇的渗透蒸发 ,过膜通量增加。     

发酵-渗透汽化-蒸汽分离集成工艺生产乙醇

发酵的低效率和产物分离的高能耗是目前燃料乙醇生产的主要技术瓶颈。采用发酵-PDMS膜渗透汽化-乙醇蒸汽二次分离集成工艺进行乙醇的发酵实验。发酵与渗透汽化膜分离操作连续耦合,用常温水对膜下游的渗透蒸汽进行部分冷凝,未冷凝的高浓度乙醇蒸汽经真空泵输送到大气条件下自然冷凝,实现了渗透蒸汽的二次分离。发酵实验持续264 h,得到细胞的平均浓度为19.8 g/L,葡萄糖的平均消耗速率为6.09 g/(L·h),乙醇的平均体积产率为2.31 g/(L·h),乙醇的得率系数为0.38,发酵液的乙醇累积产量达610 g/L。能耗分析表明,采用这种集成工艺生产乙醇的蒸汽输送段能耗仅为传统低温冷凝段能耗的26%。     

硅橡胶膜生物反应器及其用于乙醇连续发酵的研究

简述硅橡胶膜生物反应器应用于生物转化、生物降解和生物发酵的过程原理和研究现状、重点介绍乙醇连续发酵硅橡胶膜生物反应器的技术特点及应用研究进展，提出实现中试或工业规模生产需要解决的主要问题，包括高性能硅橡胶复合膜的研发，生物发酵反应动力学和膜分离传质动力学研究，以及反应器系统的结构设计，并报道了四川大学膜工程研究室在提高膜性能方面取得的突破进展。     

纳米磁粉生物反应系统处理效能研究

为了提高序批式活性污泥法(SBR Sequence Batch Reactor)工艺水处理效果和缩短处理后泥水分离时间,采用纳米磁粉生物法与磁分离技术结合的新型工艺处理淀粉废水.在SBR反应器中投加修饰过的纳米磁粉悬浮液(Fe3O4),对活性污泥进行磁化驯化,利用磁粉菌胶团降解废水中有机物,在外加磁场下快速分离处理后的磁性泥水混合液,并与SBR法进行了对比.实验结果表明:磁粉活性污泥增长快,驯化成熟时间短,污泥浓度、沉降性能、单位容积处理能力和抗冲击负荷能力明显提高.在各自最佳运行条件下,磁粉生物法在生物反应器中曝气时间节省2.0 h;沉淀时间缩短50 min;统计分析知对COD、NH4+-N和TN去除率分别提高10%、9.3%和8.4%.该新型污水处理工艺操作简单、运行管理方便、污水处理效果明显提高,具有广阔的市场应用前景.     

膜生物反应器处理医院污水的实验研究

为解决我国医院污水存在的严重污染问题,利用膜生物反应器技术开展了医院污水处理的实验研究,分析了COD、BOD5、MLSS、MLVSS历时变化规律,讨论了体积负荷与COD和BOD去除率及出水质量浓度的关系.研究结果表明:利用膜生物反应器处理医院污水,平均COD去除率达95 2%,平均BOD5去除率达99 6%.出水水质与MLSS、MLVSS的高低无关,整个实验期间的平均BOD5体积负荷为1 61kg/(m3·d).可见由于膜的"强制分离"作用,使处理后的水质好而且稳定,降低了处理费用,提高了污水处理率.     

无机膜和无机膜反应器

简要介绍了无机膜的用途、特点、传质机理和制备方法，对无机膜反应器的应用类型，以及无机膜反应器应用面临的挑战进行了综述。将无机膜按致密膜和多孔膜进行划分，并分别加以介绍。按催化剂与无机膜的结合方式介绍了四种类型的无机膜反应器以及它们目前主要的六种应用场合，即严格计量的快速反应，提高多相反应速率，反应耦合，均相催化反应，部分氧化反应，脱氢反应。     

膜材料和膜结构的静力性能计算

介绍了膜结构中两种常用的膜材料PTFE和ETFE的组成;分析了两种材料的性能和特点;并运用结构软件对算例进行计算,对比几种PTFE膜和ETFE膜在结构静力性能方面的表现;给出了在几种均布荷载作用下的膜面最大位移、膜面第一主应力、第二主应力及最大主应力幅值;分析其在不同参数下的变化,得出结论：在对结构进行分析时,要根据具体的情况分析确定选用合理的膜材．‘     

空间薄膜反射镜圆薄膜模态分析

空间薄膜反射镜是一种空间应用新技术。聚酰亚胺圆薄膜的模态分析能够给薄膜反射镜夹持结构的设计和动态特性分析提供重要依据。通过对薄膜振动贝塞尔方程的求解,得到了300mm聚酰亚胺圆薄膜的前四阶振动频率,并利用ANSYS有限元仿真软件进行了模拟验证,求得了前四阶振型和相应振动频率。薄膜反射镜的固有频率很低,一阶固有频率为9.3Hz左右。这对于反射镜夹持结构和整个光学系统设计,以及载荷的施加、面形调整等提出了特定要求,以避免发生共振影响工作。     

膜材料和膜结构的静力性能计算

介绍了膜结构中两种常用的膜材料PTFE和ETFE的组成;分析了两种材料的性能和特点;并运用结构软件对算例进行计算,对比几种PTFE膜和ETFE膜在结构静力性能方面的表现;给出了在几种均布荷载作用下的膜面最大位移、膜面第一主应力、第二主应力及最大主应力幅值;分析其在不同参数下的变化,得出结论：在对结构进行分析时,要根据具体的情况分析确定选用合理的膜材．‘     

现代膜结构

介绍了膜结构在世界范围内的发展过程及目前在我国的应用情况．阐述了膜结构的结构形式、膜材料种类及其应用范围．分析了膜结构的自身特点和其设计过程及方法中的关键问题．     

移动载体膜生物反应器膜污染控制研究

研究了移动载体复合式膜生物反应器(MCMBR)的膜污染特性和机理.通过对比MCMBR和传统膜生物反应器(CMBR)的跨膜压力变化,分析了MCMBR反应器的膜过滤特性.应用RIS(resistance-in-series)模型分析比较了MCMBR和CMBR的膜阻力构成,通过共聚焦显微镜拍照对滤饼层微观结构进行了研究.结果表明:跨膜压力达到30 kPa时,MCMBR的跨膜压力平均上升速率为CMBR的37.5%;MCMBR反应器膜污染状况的改善主要表现在移动载体对滤饼层阻力的减缓作用;相同操作时间下,MCMBR膜滤饼比阻仅为CMBR的25%,MCMBR反应器过滤性能增强的根本原因是移动载体的存在有利于减小滤饼层质量和增大滤饼层孔隙率.     

无机膜反应器

综述了无机膜反应器的出现、发展、最新研究和应用, 介绍了各种无机膜和无机膜反应器的类型和作用, 着重强调了无机膜反应器在高温气相反应中的应用。     

一体式膜生物反应器中膜过滤过程的模糊评定

建立了一体式膜生物反应器中膜过滤过程的模糊评定模型，评价了膜过滤过程受主、客观模糊性和随机性诸因素的影响，并通过此模型确定膜过滤过程的最佳条件，为其优化提供依据。     

膜蒸馏用管式疏水陶瓷膜制备与表征

针对膜蒸馏用管式疏水陶瓷膜盐截留率较低的问题进行了实验研究。首先,用自制的氧化物AB与去离子水按一定比例混合,对陶瓷膜管支撑体两端进行均匀涂抹,然后在高温下烧结,对两端进行玻璃化密封,解决了其端面短路流问题。然后,在室温条件下,采用溶液体积为50 mL、浓度为0.01 mol/L的 1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙基氧硅烷（C₁₆H₁₉F₁₇O₃Si,简称FAS）的异丙醇溶液对玻璃化后的陶瓷膜管进行疏水改性,制备疏水性FAS-ZrO₂-Al₂O₃复合膜。通过增加接枝改性次数（每次疏水改性时间为3 d）,以改性后的疏水陶瓷膜管纯水穿透压力为指标,考察膜管的疏水性能。然后对每根膜管进行AGMD实验,疏水膜管内表面的SEM分析、IR分析和水接触角测试。结果表明：在NaCl热溶液温度75 ℃、流量25 L/h、质量浓度为2%,冷却水温度15 ℃以及流量为50 L/h的实验条件下,综合性能最好的是3^#膜管,膜蒸馏通量达到4.29 kg/（m²·h）,截留率达到99.83%;使用FAS改性陶瓷膜管内表面的ZrO₂膜层,氟硅烷中的两个疏水基团C_xF_2x+1和Si-CH₂CH₂·C_xF_2x+1都成功地接枝聚合到了陶瓷膜表面形成很好的疏水表面,水接触角达到142°。因此,经过FAS疏水改性后的FAS-ZrO₂-Al₂O₃复合膜符合膜蒸馏用膜要求,可以通过AGMD淡化高盐度苦咸水,得到高纯度的水。     

质子交换膜燃料电池膜电极研究进展

膜电极(Membrane Electrode Assembly, MEA)作为质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC)最核心的部件,为PEMFC提供了多相物质传递的微通道和电化学反应场所,直接决定了PEMFC的性能、寿命和成本.为了实现PEMFC大规模商业化发展,制备高功率密度、低Pt载量、长寿命、低成本的MEA尤为关键. MEA经历了从第一代到第二代的发展,目前已进入新一代有序化型的发展阶段,其性能、寿命得到大幅度提升,成本也不断下降.本文分析了三代类型MEA的优缺点,对开发高性能、长寿命和低成本MEA具有指导意义.