活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　活性炭處理如何影響乙醇生產,乙醇一般工藝是用玉米漿來生廠的，伴隨生產同時排出的水解產物是具有污染性的，我們研究了水解產物中的污染物通過活性炭處理和去除有毒物質的最佳條件以及這種治理過程對乙醇生產會產生什么影響。

　　由于近期農作物生產價格上漲(如玉米，大米等)，使用農副產品中的木質纖維素材料作為生物乙醇生產的資源已引起人們極大的興趣。其中，甘蔗渣，高粱秸稈，小麥秸稈，，稻草，玉米秸稈，玉米芯和玉米殼(即玉米纖維)目前正在研究用作生物乙醇生產的資源。為此，研究了它們的可發酵糖含量，最佳發酵過程及其水解策略。在生物乙醇發酵之前，這些副產物的水解通常使用稀硫酸溶液，磷酸或鹽。另外還有，利用酶水解和使用酶和稀酸的組合水解的方法。

　　圖1、活性炭處理去除酚類化合物(n = 3)。

　　據報道，酸水解產物中的呋喃衍生物(糠醛和5-羥甲基糠醛)和酚類化合物是有毒的并且可以抑制生物乙醇生產，在酸水解產物中發現約0.6-3.0g / l的水平。以前的報告回顧了酸性水解產物的治理。活性炭處理導致呋喃衍生物減少92%，5-羥甲基糠醛減少68%，酚類化合物總量減少約1.25-0.5克/ 升。通過活性炭處理從水解產物中去除有毒物質是非�？煽康�。

　　活性炭處理水解產物

　　用NaOH將水解產物的pH調節至5.5后，混合100ml水解產物和10g活性炭，然后通過真空過濾除去活性炭。

　　活性炭處理去除酚類化合物

　　在生物乙醇生產過程中，有毒的呋喃衍生物(糠醛和5-羥甲基糠醛)和酚類化合物在酸解過程中生成，已知會抑制細胞生長和乙醇生成。在使用20g玉米殼和4%(v / v)H 2 SO 4的水解物制備后，我們通過活性炭處理除去了這些化合物。如圖4所示，該過程導致總酚值從2015.2降至153.3 mg / l，相當于總酚類化合物減少92.3%。然后將該活性炭處理的水解產物用于生物乙醇生產，并與未處理的水解產物進行比較。

　　圖2、嗜熱脂肪桿菌在燒瓶培養物中的生長曲線。

　　燒瓶培養中的生物乙醇生產

　　為了探索酸水解玉米殼的活性炭處理如何影響生物乙醇生產，我們進行了兩種燒瓶培養：一種使用未處理的水解產物，另一種使用活性炭處理的水解產物作為酵母培養物的碳源。如圖2所示，在兩種培養基中，嗜糖單胞菌的細胞生長曲線相似，盡管當水解產物未經處理時，OD 600受到中等顏色的更嚴重影響。然而，葡萄糖，木糖和阿拉伯糖的消耗量顯著不同(圖3)。當使用活性炭處理的水解產物時，單糖在培養192小時幾乎完全消耗(圖3B)，即使在培養480小時，當使用未處理的水解產物時，它們也沒有被完全消耗(圖3A)。例如，當使用未處理的水解產物時，葡萄糖消耗減慢; 具體地說，當使用未處理的水解產物時，葡萄糖在72小時完全消耗，而當使用活性炭處理的水解產物時，葡萄糖在24小時完全消耗。

　　圖3、嗜熱脂肪芽孢桿菌的燒瓶培養肉湯的TLC分析。G，A和X分別表示葡萄糖，阿拉伯糖和木糖標準品。

　　活性炭處理對生物乙醇生產動力學參數的影響

　　為了評價水解產物的活性炭處理如何影響生物乙醇生產的動力學參數，如表1所示計算生物乙醇生產率(P)和特定生物乙醇生產率(Q p)。當使用活性炭處理的水解產物，在此期間NA1和A1(即，葡萄糖消耗周期)p略高和Q p是當使用未經處理的水解產物大于1.6倍。此外，當使用活性炭處理的水解產物，在此期間NA2和A2(即，木糖和阿拉伯糖消耗周期)P和Q p分別是未處理的水解產物的2.4倍和3.4倍。有趣的是，當使用活性炭處理的水解產物時，木糖和阿拉伯糖在生物乙醇生產(A2，A3和A4期間)期間繼續被消耗，而當使用未處理的水解產物時，木糖和阿拉伯糖僅在NA2期開始消耗; 此后，生物乙醇開始與木糖和阿拉伯糖同時消耗(時期NA3)。然而，當使用活性碳處理的水解產物時，到期間A5木糖和阿拉伯糖已被完全消耗，只有這時生物乙醇開始被消耗。

　　綜上所述，本研究的結果表明，當活性炭處理水解液用于嗜熱脂肪芽孢桿菌生物乙醇生產時，P和Q p得到改善，木糖/阿拉伯糖利用期間生物乙醇生產的持續性更好。

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