活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　活性炭处理如何影响乙醇生产,乙醇一般工艺是用玉米浆来生厂的，伴随生产同时排出的水解产物是具有污染性的，我们研究了水解产物中的污染物通过活性炭处理和去除有毒物质的最佳条件以及这种治理过程对乙醇生产会产生什么影响。

　　由于近期农作物生产价格上涨(如玉米，大米等)，使用农副产品中的木质纤维素材料作为生物乙醇生产的资源已引起人们极大的兴趣。其中，甘蔗渣，高粱秸秆，小麦秸秆，，稻草，玉米秸秆，玉米芯和玉米壳(即玉米纤维)目前正在研究用作生物乙醇生产的资源。为此，研究了它们的可发酵糖含量，最佳发酵过程及其水解策略。在生物乙醇发酵之前，这些副产物的水解通常使用稀硫酸溶液，磷酸或盐。另外还有，利用酶水解和使用酶和稀酸的组合水解的方法。

　　图1、活性炭处理去除酚类化合物(n = 3)。

　　据报道，酸水解产物中的呋喃衍生物(糠醛和5-羟甲基糠醛)和酚类化合物是有毒的并且可以抑制生物乙醇生产，在酸水解产物中发现约0.6-3.0g / l的水平。以前的报告回顾了酸性水解产物的治理。活性炭处理导致呋喃衍生物减少92%，5-羟甲基糠醛减少68%，酚类化合物总量减少约1.25-0.5克/ 升。通过活性炭处理从水解产物中去除有毒物质是非常可靠的。

　　活性炭处理水解产物

　　用NaOH将水解产物的pH调节至5.5后，混合100ml水解产物和10g活性炭，然后通过真空过滤除去活性炭。

　　活性炭处理去除酚类化合物

　　在生物乙醇生产过程中，有毒的呋喃衍生物(糠醛和5-羟甲基糠醛)和酚类化合物在酸解过程中生成，已知会抑制细胞生长和乙醇生成。在使用20g玉米壳和4%(v / v)H 2 SO 4的水解物制备后，我们通过活性炭处理除去了这些化合物。如图4所示，该过程导致总酚值从2015.2降至153.3 mg / l，相当于总酚类化合物减少92.3%。然后将该活性炭处理的水解产物用于生物乙醇生产，并与未处理的水解产物进行比较。

　　图2、嗜热脂肪杆菌在烧瓶培养物中的生长曲线。

　　烧瓶培养中的生物乙醇生产

　　为了探索酸水解玉米壳的活性炭处理如何影响生物乙醇生产，我们进行了两种烧瓶培养：一种使用未处理的水解产物，另一种使用活性炭处理的水解产物作为酵母培养物的碳源。如图2所示，在两种培养基中，嗜糖单胞菌的细胞生长曲线相似，尽管当水解产物未经处理时，OD 600受到中等颜色的更严重影响。然而，葡萄糖，木糖和阿拉伯糖的消耗量显着不同(图3)。当使用活性炭处理的水解产物时，单糖在培养192小时几乎完全消耗(图3B)，即使在培养480小时，当使用未处理的水解产物时，它们也没有被完全消耗(图3A)。例如，当使用未处理的水解产物时，葡萄糖消耗减慢; 具体地说，当使用未处理的水解产物时，葡萄糖在72小时完全消耗，而当使用活性炭处理的水解产物时，葡萄糖在24小时完全消耗。

　　图3、嗜热脂肪芽孢杆菌的烧瓶培养肉汤的TLC分析。G，A和X分别表示葡萄糖，阿拉伯糖和木糖标准品。

　　活性炭处理对生物乙醇生产动力学参数的影响

　　为了评价水解产物的活性炭处理如何影响生物乙醇生产的动力学参数，如表1所示计算生物乙醇生产率(P)和特定生物乙醇生产率(Q p)。当使用活性炭处理的水解产物，在此期间NA1和A1(即，葡萄糖消耗周期)p略高和Q p是当使用未经处理的水解产物大于1.6倍。此外，当使用活性炭处理的水解产物，在此期间NA2和A2(即，木糖和阿拉伯糖消耗周期)P和Q p分别是未处理的水解产物的2.4倍和3.4倍。有趣的是，当使用活性炭处理的水解产物时，木糖和阿拉伯糖在生物乙醇生产(A2，A3和A4期间)期间继续被消耗，而当使用未处理的水解产物时，木糖和阿拉伯糖仅在NA2期开始消耗; 此后，生物乙醇开始与木糖和阿拉伯糖同时消耗(时期NA3)。然而，当使用活性碳处理的水解产物时，到期间A5木糖和阿拉伯糖已被完全消耗，只有这时生物乙醇开始被消耗。

　　综上所述，本研究的结果表明，当活性炭处理水解液用于嗜热脂肪芽孢杆菌生物乙醇生产时，P和Q p得到改善，木糖/阿拉伯糖利用期间生物乙醇生产的持续性更好。

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