Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Sàng lọc chất hấp phụ cho quá trình tách biobutanol bằng phương pháp hấp phụ: động học, isoterm và ảnh hưởng cạnh tranh của các hợp chất khác
Tóm tắt
Butanol, được coi là một trong những lựa chọn tái tạo tốt nhất thay thế cho xăng, đã thu hút sự chú ý đáng kể trong những năm gần đây. Tuy nhiên, việc sản xuất biobutanol thông qua lên men gặp phải khó khăn do nồng độ sản phẩm cuối thấp do sự ức chế của sản phẩm. Có thể nâng cao năng suất bằng cách chọn lọc loại bỏ biobutanol khỏi dịch lên men. Hấp phụ là một trong những kỹ thuật tách biệt và phục hồi butanol hứa hẹn và tiết kiệm năng lượng nhất. Trong nghiên cứu hiện tại, các chất hấp phụ khác nhau đã được thử nghiệm thông qua các thí nghiệm động học và cân bằng nhằm tìm ra chất hấp phụ tốt nhất cho việc tách butanol. Than hoạt tính (AC) F-400 cho thấy tốc độ hấp phụ nhanh nhất và khả năng hấp phụ cao nhất trong số các loại AC và zeolit được thử nghiệm. AC F-400 cũng cho thấy độ ưa thích cao nhất đối với butanol và ở mức thấp hơn đối với axit butyric, trong khi khả năng hấp phụ của nó đối với các thành phần chính khác có mặt trong dịch lên men acetone–butanol–ethanol rất thấp. Thêm vào đó, khả năng hấp phụ butanol không bị ảnh hưởng bởi sự có mặt của ethanol, glucose và xylose, trong khi sự hiện diện của acetone dẫn đến một sự giảm nhẹ trong khả năng hấp phụ ở nồng độ butanol thấp. Ngược lại, sự hiện diện của các axit (axit axetic và axit butyric) có ảnh hưởng đáng kể đến khả năng hấp phụ butanol trên một khoảng rộng nồng độ butanol và hiệu ứng này được thể hiện rõ hơn đối với axit butyric.
Từ khóa
#biobutanol #quá trình hấp phụ #than hoạt tính #động học #isoterm #axit butyric #axit axetic #sản xuất tái tạoTài liệu tham khảo
Antoni, D., Zverlov, V.V., Schwarz, W.H.: Biofuels from microbes (mini review). Appl. Microbiol. Biotechnol. 77, 23–35 (2007)
Dellomonaco, C., Fava, F., Gonzalez, R.: The path to next generation biofuels: successes and challenges in the era of synthetic biology. Microb. Cell Fact. 9, 3 (2010)
Dürre, P.: Biobutanol: An attractive biofuel. Biotechnol. J. 2, 1525–1534 (2007)
El-Zanati, E., Abdel-Hakim, E., El-Ardi, O., Fahmy, M.: Modeling and simulation of butanol separation from aqueous solutions using pervaporation. J. Membr. Sci. 280, 278–283 (2006)
Ezeji, T.C., Qureshi, N., Blaschek, H.P.: Production of acetone, butanol and ethanol by Clostridium beijerinckii BA101 and in situ recovery by gas stripping. World J. Microbiol. Biotechnol. 19, 595–603 (2003)
Ezeji, T.C., Qureshi, N., Blaschek, H.P.: Butanol fermentation research: Upstream and downstream manipulations. Chem. Rec. 4, 305–314 (2004)
Ezeji, T.C., Qureshi, N., Blaschek, H.P.: Bioproduction of butanol from biomass: from genes to Bioreactors. Curr. Opin. Biotechnol. 18, 220–227 (2007)
Feirey, J.L., Speitel, G.E. Jr, katz, L.E.: Impact of natural organic matter on reduction by granular activated carbon: The role of porosity and electrostatic surface properties. Environ. Sci. Technol. 40, 4268–4273 (2006)
Fouad, E.A., Feng, X.: Use of pervaporation to separate butanol from dilutes aqueous solutions: Effects of operating conditions and concentration polarization. J. Membr. Sci. 323, 428–435 (2008)
García, V., Pongracz, E., Muurinen, E., Keiski, R.L.: Recovery of n-butanol from salt containing solutions by pervaporation. Desalination 241, 201–211 (2009)
Groot, W.J., Luyben, K.Ch.A.M.: In situ product recovery by adsorption in the butanol/isopropanol batch fermentation. Appl. Microbiol. Biotechnol. 25, 29–31 (1986)
Groot, W.J., Van der Lans, R.G.J.M., Luyben, K.Ch.A.M.: Technologies for butanol recovery integrated with fermentations. Process Biochem. 27, 61–75 (1992)
Harlick, P.J.E., Tezel, F.H.: An experimental adsorbent screening study for CO2 removal from N2. Microporous Mesoporous Mater. 76, 71–79 (2004)
Harvey, B.G., Meylemans, H.A.: The role of butanol in the development of sustainable fuel technologies. J. Chem. Technol. Biotechnol. 86, 2–9 (2011)
Holtzapple, M.T., Brown, R.F.: Conceptual design for a process to recover volatile solutes from aqueous solutions using silicalite. Sep. Technol. 4, 213–229 (1995)
Li S., Srivastava, R., Parnas, R.S.: Separation of 1-butanol by pervaporation using a novel tri-layer PDMS composite membrane. J. Membr. Sci. 363, 287–294 (2010)
Maddox, I.S.: Use of silicalite for the adsorption of n-butanol from fermentation liquids. Biotechnol. Lett. 4, 759–760 (1982)
Meagher, M.M., Qureshi, N., Hutkins, R.: Silicalite membrane and method for the selective recovery and concentration of acetone and butanol from model ABE solutions and fermentation broth. US patent 5755967, 1998
Nielsen L., Larsson M., Hoist O., Mattiasson B.: Adsorbents for extractive bioconversion applied to the acetone–butanol fermentation. Appl. Microbiol. Biotechnol. 28, 335–339 (1988)
Nielsen D.R., Prather, K.J.: In situ product recovery of n-butanol using polymeric resins. Biotechnol. Bioeng. 102, 811–821 (2009)
Oudshoorn, A., Van der Wielen, L.A.M., Straathof, A.J.J.: Assessment of options for selective 1-butanol recovery from aqueous solution. Ind. Eng. Chem. Res. 48, 7325–7336 (2009a)
Oudshoorn, A., Van der Wielen, L.A.M., Straathof, A.J.J.: Adsorption equilibria of bio-based butanol solutions using zeolite. Biochem. Eng. J. 48, 99–103 (2009b)
Oudshoorn, A., Van der Wielen, L.A.M., Straathof, A.J.J.: Desorption of butanol from zeolite material. Biochem. Eng. J. 67, 167–172 (2012)
Qureshi, N., Blaschek, H.P.: Production of acetone butanol ethanol (ABE) by a hyper-producing mutant strain of Clostridium beijerinckii BA101 and recovery by pervaporation. Biotechnol. Prog. 15, 594-602 (1999)
Qureshi N., Hughes S., Maddox I.S., Cotta M.A.: Energy-efficient recovery of butanol from model solutions and fermentation broth by adsorption. Bioprocess Biosyst. Eng. 27, 215–222 (2005)
Qureshi N., Ezeji, T.C.: Butanol, ‘superior biofuel’ production from agricultural residues (renewable biomass): Recent progress in technology. Biofuels Bioprod. Bioref. 2, 319–330 (2008)
Regdon I., Kiraly, Z., Dekany I., Lagaly G.: Adsorption of 1-butanol from water on modified silicate surfaces. Colloid Polym. Sci. 272, 1129–1135 (1994)
Regdon I., Dekany I., Lagaly G.: A new way for calculating the adsorption capacity from surface excess isotherms. Colloid Polym. Sci. 276, 511–517 (1994)
Remi, J.C.S., Rémy, T., Van Hunskerken, V., Van de Perre, S., Duerinck, T., Maes, M., De Vos, D., Gobechiya, E., Kirschock, C.E.A., Baron, G.V., Denayer, J.F.M.: Biobutanol separation with the metal-organic framework ZIF-8. ChemSusChem 4, 1074–1077 (2011)
Remi, J.C.S., Baron, G.V., Denayer, J.F.M.: Adsorptive separation for the recovery and purification of biobutanol. Adsorption 18, 367–373 (2012)
Saravanan, V., Waijers D.A., Ziari M., Noordermeer M.A.: Recovery of 1-butanol from aqueous solutions using zeolite ZSM-5 with a high Si/Al ratio; suitability of a column process for industrial applications. Biochem. Eng. J. 49, 33–39 (2010)
Shapovalov, O.I., Ashkinazi, L.A.: Biobutanol: Biofuel of second generation. Russ. J. Appl. Chem. 81(12), 2232–2236 (2008)
Sharma, P., Chung, W.J.: Synthesis of MEL type zeolite with different kinds of morphology for the recovery of 1-butanol from aqueous solution. Desalination 275, 172–180 (2011)
Sowerby, B., Crittenden B.D.: Vapour phase separation of alcohol-water mixtures by adsorption onto silicalite. Gas Sep. Purif. 2, 177–183 (1988)
Takeuchi, Y., Iwamotob, H., Miyata, M., Seiichi Asano, S., Haradac, M.: Adsorption of l-butanol and p-xylene vapour with high silica zeolites and their mixtures. Sep. Technol. 5, 23–34 (1995)
Thirmal, C., Dahman, Y.: Comparison of existing pretreatment, saccharification, and fermentation processes for butanol production from agricultural residues. Can. J. Chem. Eng. 90, 745–761 (2012)
Thompson, A.B., Cope, S.J., Swift, T.D., Notestein, J.M.: Adsorption of n-butanol from dilute aqueous solution with grafted calixarenes. Langmuir 27, 11990–11998 (2011)
Tong C., Bai Y., Wu J., Zhang L., Yang L., Qian J.: Pervaporation recovery of acetone–butanol from aqueous solution and fermentation broth using HTPB-based polyurethaneurea membranes. Sep. Sci. Technol. 45, 751–761 (2010)
Yang X., Tsai GJ., Tsao GT.: Enhancement of in situ adsorption on the acetone-butanol fermentation by Clostridium acetobutylicum. Sep. Technol. 4, 81–92 (1994)
Zheng, Y.N., Li, L.Z., Xian, M., Ma, Y.J., Yang, J.M., Xu, X., He, D.Z.: Problems with the microbial production of butanol. J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 36, 1127–1138 (2009)