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.     

PDMS-b-PPO共聚物的合成及优先透醇性能研究

利用PDMS和PPO端基羟氨缩合反应制备得到可应用于渗透汽化膜材料的嵌段共聚物,并将其应用于乙醇/水二元混合体系的分离.实验采用氨丙基封端的PDMS和羟基封端的PPO在120℃、稀H2SO4存在的条件下冷凝回流反应10 h以上,得到含有"软-硬"嵌段的白色粉末状共聚物,利用核磁共振仪表征了产物的组成,并根据结果预测嵌段共聚物的构型为AB和ABA型.通过溶剂挥发法制备成均质膜,渗透汽化实验表明,PDMS-b-PPO共聚物膜具有优先透醇的性能,相比于PDMS膜,分离性能和成膜性能均有提高.     

分离甲醇水溶液复合渗透汽化膜的制备与研究

用交联聚乙烯醇膜上下包覆添加纳米SiO2粉末的丙烯酸/丙烯腈共聚膜,制备出新型优先透水复合渗透汽化膜,通过扫描电镜、红外光谱分析等方法对复合渗透汽化膜进行了结构表征,并通过渗透汽化实验对甲醇质量分数为85%～98%的水溶液进行分离.结果表明:添加纳米SiO2粉末后膜的分离性有显著提高,当纳米SiO2质量分数达到0.15%时,在65℃对98%甲醇溶液进行分离,其分离因子可达1 534,通量可达583 g/(m2.h),与不添加SiO2纳米粉末的膜相比,分离因子可提高8倍.通过对不同浓度甲醇水溶液的分离实验确认,所制备的渗透汽化复合膜适用于高浓度甲醇溶液的分离.     

聚丙烯腈膜改性制备正渗透复合膜基膜

为提高聚丙烯腈(PAN)膜的亲水性,在聚丙烯腈膜表面接枝超支化聚乙烯亚胺(HPEI),得到亲水性的PAN膜;然后用界面聚合方法在膜表面涂覆一层聚酰胺层,得到正渗透复合膜.测试结果表明:水接触角由64.5°降到23.4°.与PAN膜相比,PAN-g-PEI孔径减小,制备得到的正渗透复合膜水通量下降,由7.4 L/(m2·h)降至3.5 L/(m2·h);反向溶质渗透通量下降,由38.7 g/(m2·h)降至22.2 g/(m2·h).这说明接枝聚乙烯亚胺的聚丙烯腈膜(PAN-g-PEI)亲水性得到明显改善.     

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。     

PEO正渗透膜的制备与表征

为提高正渗透膜的抗污染性能,以O,O′-二(2-氨基丙基)聚丙二醇-嵌段-聚乙二醇-嵌段-聚丙二醇和均苯三甲酰氯(TMC)为水相、油相反应单体在聚砜基膜上进行界面聚合,制备聚环氧乙烷(PEO)亲水型聚酰胺正渗透膜(PSf-Jeff/TMC复合膜),采用红外光谱、X光电子能谱和水接触角等手段研究选择分离层的化学结构和亲水性能,考察界面聚合时间、反应单体浓度和后处理温度等制备条件对正渗透膜渗透分离性能的影响,并以牛血清蛋白作为污染物分析其抗污染性能.结果表明:聚合时间30 s、TMC质量浓度1.5 mg/m L、水相单体质量分数3%、热处理温度为60℃时所制备的PSf-Jeff/TMC正渗透膜,在1 mol/L氯化钠、室温条件下测得水通量1.75 L/(m~2·h),反向盐通量140 g/(m~2·h);与间苯二胺复合膜PSf-MPD/TMC相比,PSf-Jeff/TMC复合膜接触角更小,亲水性能更好,具有一定的抗污染性能,通量恢复率达到91.4%.     

聚苯醚/聚砜复合膜对乙醇/水混合体系的渗透汽化分离

以聚砜超滤膜为基膜,采用溶剂蒸发法制备聚苯醚/聚砜复合膜.用红外光谱(FT-IR)表征复合膜的制备效果,通过扫描电镜(SEM)观察其断面形貌;研究了聚苯醚(PPO)含量、进料液乙醇含量及进料液温度对复合膜渗透汽化分离性能的影响.结果表明,随铸膜液中PPO质量分数的增大,复合膜的分离因子增大,渗透通量减小;随进料液中乙醇质量分数的增大,复合膜的分离因子减小,而渗透通量增大;随进料液温度的升高,复合膜的分离因子及渗透通量均增大.对铸膜液中PPO质量分数为14%的复合膜,在进料液乙醇含量10%、进料液温度60℃时,膜的渗透通量157.2 g/(m2.h),膜对乙醇的选择系数为15.6.     

PAN／PEI／PAA复合膜组装及其渗透汽化性能

为了制备高性能的渗透汽化复合膜,采用水解处理后的PAN超滤膜作为基膜,通过静电层层吸附聚电解质PEI/PAA组装渗透汽化复合膜,研究了基膜水解条件对复合膜渗透汽化性能的影响,确定适宜的水解条件为温度65℃,碱液浓度为2mol/L,时间为60min;并且对制膜过程进行优化,采用未质子化的水解后基膜,选用乙醇作为PEI溶剂;同时,考察了渗透汽化过程中,操作条件以及不同醇/水分离体系对复合膜分离性能的影响.结果表明,醇类物质分子量越高,复合膜渗透汽化性能越好.当进料液为70℃的质量分数为95%的异丁醇/水溶液时,透过液中水的质量分数可达98.26%,渗透通量为346g/(m~2·h).     

硅橡胶膜生物反应器苹果原汁发酵研究(I)

基于细胞生长更新和产物原位分离的思想,设计了一套硅橡胶膜生物反应器进行苹果原汁的发酵实验,对2种自然选育的苹果酒酵母和一种工业化的酿酒高活性干酵母进行驯化,筛选出了一株较为理想的发酵菌株2401(驯化糖度为13%).发酵-渗透蒸发耦合实验表明,25 ℃时细胞密度24 h即可达到108 个/ml,经过渗透气化分离出产物后,细胞浓度有所提高;发酵96 h,残糖浓度下降到4%以下;膜渗透蒸发分离出的渗透液中轻组分浓度w(当量乙醇)最高可达28%,渗透通量超过1000 g/(m2·h).改变膜器结构和扩大膜面积后进行了发酵实验.自制的硅橡胶复合膜表现出优良的性能.结果表明,该膜生物反应器系统用于苹果原汁发酵在产物原位分离和发酵液封闭循环及反应条件控制等方面具有独特优点,在苹果加工制造苹果白兰地和发酵苹果汁软饮料方面具有工业开发前景.     

渗透汽化复合膜分离甲醇-水溶液的研究

用不同摩尔比的丙烯酸（AA）和丙烯腈（AN）进行水溶液共聚，把所得共聚物溶液刮膜，并夹在聚乙烯醇（PVA）缩甲醛交联膜之间制备渗透汽化复合膜，采用该膜对60％-90％醇-水溶液进行渗透汽化分离实验，并与自制的聚乙烯醇缩甲醛交联膜进行对比．结果表明：丙烯酸和丙烯腈单体摩尔比为1：1时，渗透汽化效果较好，在50℃分离90％的甲醇-水溶液时，渗透通量为2300g／（m^2·h），分离系数达到18；1：1共聚复合膜的渗透汽化分离指数约为41．4kg／（m^2·h），是聚乙烯醇缩甲醛交联膜的1．53倍．     

树干毕赤酵母发酵木糖制备乙醇补料工艺研究

以树干毕赤酵母m4为发酵菌株,在5 L发酵罐条件下进行补料分批发酵木糖产乙醇工艺研究,以期提高发酵水平和乙醇浓度.结果表明,补料发酵时木糖初始浓度108 g/L,总浓度150g/L,发酵周期84 h;在发酵36 h时一次性补糖,酵母生长旺盛,产乙醇量最高为53.4 g/L,而补加木糖与全料培养基相比,最终乙醇浓度变化不大;在36 h前后分两次补料时,木糖转化乙醇的速率较大,乙醇产量最高为54.9 g/L.与150 g/L、108 g/L分批发酵相比,乙醇质量浓度分别提高了11.1%、19.3%.结果表明采用补料工艺可以进一步提高乙醇的产量.     

原位水热合成b轴Silicalite-1膜时间控制及乙醇-水物系分离

以石英载玻片为基质,正硅酸乙酯为硅源,四丙基氢氧化铵为模板剂,对比研究在动态和静态环境下通过原位水热合成法合成Silicalite-1膜的生长行为及乙醇-水混合物的分离性能.采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和傅立叶红外光谱(FT-IR)对膜层形貌、厚度和晶形进行表征.结果表明:静态水热环境比动态水热更有利于b轴取向Silicalite-1膜的定向生长,在水热温度170℃,水热时间为3h时,获得了致密覆盖、结构有序、高度b轴取向排列的Silicalite-1膜层;动态水热合成Silicalite-1膜速率快、膜层厚度均匀,晶面呈随机取向.通过渗透汽化实验在60℃分离5wt.%乙醇/水溶液,动态和静态水热合成Silicalite-1膜的渗透通量分别为1.52kg·m~(-2)·h~(-1)和3.01kg·m~(-2)·h~(-1),分离因子分别为3.14和2.35.     

NaA分子筛膜的合成及其表征

分别采用原位水热二次合成法、微波密闭合成法,在管状-αAl2O3陶瓷管的外表面上合成出了一系列的NaA型分子筛膜,考察了四种原料配比、四种涂晶方法对合成分子筛膜的影响,对合成条件进行了优化.分别采用XRD、SEM、及乙醇水溶液的渗透汽化实验(用氮气吹扫渗透侧作渗透推动力)对合成的膜进行了表征.结果表明当原料配比为Na2O∶Al2O3∶SiO2∶H2O=1∶1∶3.6∶100,清液涂晶种,微波密闭合成出的分子筛膜对水和乙醇的选择性较好,分离因子远远大于空白管的分离因子,95%(wt)的乙醇水溶液通过膜渗透后,渗透侧乙醇的含量则降至21%(wt),水的含量升高到79%(wt),分离因子可达63.8.     

单面超疏水单面亲水Janus-CA纤维膜的制备及其油水分离性能

传统油水分离装置能耗高、操作复杂,针对这一问题,采用等离子体气相接枝的方法,将八甲基环四硅氧烷(D4)聚合于静电纺丝制备的醋酸纤维(CA)膜表面,制备单面超疏水单面亲水的Janus型CA纤维膜。利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)及视频接触角测试仪等对纤维形貌、元素组成及表面接触角进行表征。结果表明:当纺丝液浓度为20 wt%,推注速度为0.20 mm/min,电压为13 kV,接收距离为20 cm时,制备所得纤维较细且粒径分布较为集中;当等离子体处理时间为8 min,功率为80 W时,Janus-CA纤维膜疏水面接触角为150.5°;将8 min、80 W等离子体处理得到的Janus-CA纤维膜用于去离子水和1,2-二溴乙烷混合液的分离,分离率达97.02%±1.25%,且膜通量达(592.59±23.40) L/(m~2·h),在经历5次分离后膜通量仍为(507.94±8.23) L/(m~2·h),分离率为85.06%±0.52%,表明其具有良好的重复利用性。该Janus纤维膜制备工艺简单,分离过程方便,可有效解决油水分离问题。     

共价反应型多层有机-无机复合膜组装及其渗透汽化性能

对共价反应型多层有机-无机复合膜组装及其渗透汽化性能进行了研究.采用经硅烷偶联剂改性后的管式陶瓷膜作为基膜,通过动态层层吸附自组装(layer-by-layer,LbL)技术在管式陶瓷膜内表面分别组装聚丙烯酸(poly acrylic acid,PAA)/聚乙烯醇(poly vinyl alcohol,PVA)/戊二醛(glutaraldehyde,GA),再通过热交联引发层间反应,生成共价键,形成稳定性较强的多层复合分离膜,并将其用于渗透汽化领域.考察了组装层数、复合时间、交联温度和PVA相对分子质量等条件对复合膜性能的影响.结果表明:当组装层数为5层、进料液温度为75℃时,有机-无机复合膜对95%的乙醇/水体系,其透过液水的质量分数为99.5%,渗透通量可达102 g/(m2·h).     

渗透汽化过程分离乙醇-水的模型分析

为了预测渗透汽化过程中渗透通量与渗透液中水的质量分数,对分离乙醇-水体系的连续操作错流型渗透汽化过程建立了数学模型,并在特定操作条件下进行了模拟计算,模拟计算值与实验值基本吻合.对渗透物水的质量分数进行了理论计算,并与实验值进行比较,为操作条件的进一步优化提供了理论依据.利用实验数据分别对乙醇和水的渗透通量进行回归,得到了乙醇和水的质量浓度的三次方程,根据该方程可以对渗透通量进行预测.     

MWNTs-Ag~+/壳聚糖膜渗透汽化分离苯/环己烷

采用异烟酸与酸化后的多壁碳纳米管(MWNTs)发生酯化反应,将Ag+与酯化后的MWNTs上的吡啶环发生络合反应,使MWNTs接上Ag+.改性后的MWNTs与壳聚糖共混制备以聚砜为底膜的复合杂化膜.用FT-IR、TEM和XPS表征改性后的MWNTs以证实MWNTs上接了Ag+.并且利用SEM观察复合杂化膜的表面与断面.通过渗透汽化实验的结果表明:MWNTs-Ag+/壳聚糖杂化膜的分离性能优于MWNTs/壳聚糖杂化膜,并且随着Ag+质量分数的增加,渗透通量J增加,分离因子先增加后减小,当膜中MWNTs-Ag+相对于壳聚糖的质量比为1.5%时,分离因子α达到最大值为30.88,通量为237.78g/(m2·h)(苯质量分数为10%,温度为20℃).     

有机废水产酸发酵典型类型的产氢能力

通过连续流搅拌槽式反应器的运行,比较了丙酸型发酵、丁酸型发酵和乙醇型发酵等3种不同有机废水产酸发酵类型的产氢能力.在进水COD浓度为5 000 mg/L、HRT 8 h、(35±1)℃等条件下,丙酸型发酵厌氧活性污泥的比产氢速率平均仅为0.022 mol/(kgMLVSS·d);丁酸型发酵的产氢能力平均为0.57 mol/(kgMLVSS·d),是丙酸型发酵的25.79倍;乙醇型发酵厌氧活性污泥的平均比产氢速率为2.89 mol/(kgVSS·d),是丁酸型发酵的5.1倍,是丙酸型发酵的131.65倍.乙醇型发酵是有机废水发酵法生物制氢的最佳产氢发酵类型.     

两亲性三嵌段PDMAEMA/PMMA聚合物共混改性PVDF膜的制备与性能表征

为了制备pH刺激响应型智能膜,并为膜改性提供结构可控的两亲性聚合物共混改性剂,以聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(PDMAEMA)为亲水链段、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为疏水链段,通过RAFT聚合合成两亲性三嵌段聚合物PDMAEMA-b-PMMA-b-PDMAEMA(PDMD),采用1H-NMR对其化学结构进行了表征.以PDMD作为改性剂,通过NIPS法制备PVDF改性膜,采用ATR-FTIR、XPS、SEM和接触角测定仪对PDMD/PVDF改性膜的表面化学结构、微观形貌和亲水性进行了表征.结果表明:随着聚合物改性剂的增加,PDMD/PVDF改性膜表面PDMAEMA含量增加,改性PVDF膜的初始接触角由纯膜的108.9°降低至92.4°,纯水(pH 5.2)通量由纯膜的15.0 L/(m2·h)增大至250.0 L/(m2·h);并且改性膜随着纯水pH值的逐渐减小,膜通量减小,纯水pH值从11降到3时,通量从225.6 L/(m2·h)降至91.2 L/(m2·h).因此PDMD的加入改善了PVDF膜亲水性,可为pH刺激响应型智能膜的构建提供新材料.     

硅氮烷疏水改性介孔分子筛填充PDMS制备杂化复合膜及渗透汽化性能

采用硅烷偶联剂对介孔分子筛疏水改性,并将其掺杂在聚二甲基硅氧烷(PDMS)中涂覆在聚砜基膜上制备有机无机杂化复合膜.对疏水改性介孔分子筛进行了BET测试及FT-IR等表征.BET测试结果显示,改性前后孔径分布发生明显变化;从FT-IR图中看出,改性后介孔分子筛的羟基峰明显减小甚至消失并且出现烷基等特征峰.通过扫描电镜(SEM)观察了有机无机杂化复合膜的形貌结构,并研究了分子筛添加量、料液浓度和操作温度等对杂化复合膜渗透汽化性能的影响.结果表明:采用1,1,3,3-四甲基二硅氮烷对介孔分子筛疏水改性最有效;疏水改性后介孔分子筛/PDMS杂化复合膜对醇/水溶液有较好的分离效果,当分子筛填充质量分数为20%、操作温度为40℃、进料液质量分数为3%时,杂化膜对乙醇/水体系的分离因子最高为9.8,渗透通量为1 002 g/(m2·h),对正丁醇/水体系的分离因子最高为65.4,渗透通量为1402 g/(m2·h).