Kỹ thuật tinh lọc butanol sinh học mới

Một nhóm nghiên cứu viên thuộc Viện Khoa học và Kỹ thuật công nghiệp tiên tiến Quốc gia của Nhật Bản (AIST) đã phát triển một kỹ thuật tinh lọc butanol sinh học mới, giúp tăng độ đậm đặc của dung dịch lên tới 82% (% khối lượng butanol) và từ đó, giảm đáng kể tổng số năng lượng cần thiết cho quy trình loại bỏ nước trong dung dịch butanol. Butanol sinh học (hay xăng sinh học) là một trong số những loại nhiên liệu lỏng thế hệ tiếp theo thay thế cho các sản phẩm hóa dầu đang...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Kỹ thuật tinh lọc butanol sinh học mới Kỹ thuật tinh lọcbutanol sinh học mớiMột nhóm nghiên cứu viên thuộc Viện Khoahọc và Kỹ thuật công nghiệp tiên tiến Quốcgia của Nhật Bản (AIST) đã phát triển một kỹthuật tinh lọc butanol sinh học mới, giúp tăngđộ đậm đặc của dung dịch lên tới 82% (%khối lượng butanol) và từ đó, giảm đáng kểtổng số năng lượng cần thiết cho quy trình loạibỏ nước trong dung dịch butanol.Butanol sinh học (hay xăng sinh học) là mộttrong số những loại nhiên liệu lỏng thế hệ tiếptheo thay thế cho các sản phẩm hóa dầu đangđược sử dụng hiện nay. Butanol sinh học đượcchiết xuất từ đường lên men với số lượng lớntrong sinh khối xenluloza (từ gỗ), với mứccalori cao hơn (34 MJ/kg) so với ethanol(C2H5OH - 27 MJ/kg). Quá trình lên menđường dưới tác động của vi khuẩn tạo ra mộtdung dịch chứa nước với độ tập trung butanolthấp (khoảng 0,5 - 1,5%). Khi độ tập trung nàytăng lên, các vi khuẩn sẽ chuyển sang trạngthái “ngủ đông” và quá trình sản xuất bị dừnglại. Do vậy, cần phải tách nước ra để thu đượcdung dịch có độ tập trung butanol lớn. Chưngcất là một kỹ thuật đơn giản giúp thực hiệnphân tách butanol. Tuy nhiên, số năng lượngcần sử dụng để tạo ra dung dịch chứa 99,9%butanol từ dung dịch 1% là 37 MJ/kg, nhiềuhơn 3 MJ/kg so với mức calorie của butanol.Do đó, kỹ thuật trên không thể áp dụng đượctrong trường hợp này.Giải pháp thay thế hiện đang được nghiên cứulà phân tách bằng cách thoát hơi nước quamàng (pervaporation) bằng gốm silic có hoặckhông phủ bột silicalite. Phương pháp này chophép đạt được độ tập trung butanol trong dungdịch lên tới 37% đối với gôm không phủ bộtvà 53% với gôm phủ bột. Dung dịch này sauđó sẽ được cho bay hơi lần nữa cho tới khi đạtmức tập trung tối đa. Tuy vậy, nếu độ tậptrung thấp hơn mức 80% thì dung dịch sẽ bịphân tách một cách tự nhiên thành 2 pha lỏngxếp chồng lên nhau, trong đó pha trong chứa8% butanol và pha ngoài 80%. Do vậy, cần xửlý riêng biệt 2 pha theo quy trình sau: Để khắcphục tình trạng chia pha nói trên, AIST đãphát triển một loại màng phân tách mới bằngchất liệu silicalite với lớp gôm silic làm nền,cho phép thu được dung dịch tập trung 82%chỉ qua 1 lần bay hơi (hình vẽ). Do vậy, tổngmức năng lượng cần để sản xuất butanol tinhkhiết chỉ còn 4,3 MJ/kg (13% lượng caloriecủa butanol), thấp hơn 50 và 70% so với cácquy trình sử dụng gôm silic phủ và không phủbột silicalite.