Kỹ thuật tinh lọc butanol sinh học mới pptx

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
được sử dụng hiện nay. Butanol sinh học được
chiết xuất từ đường lên men với số lượng lớn
trong sinh khối xenluloza (từ gỗ), với mức calori
cao hơn (34 MJ/kg) so với ethanol (C
2
H
5
OH -
27 MJ/kg). Quá trình lên men đường dưới tác
động của vi khuẩn tạo ra một dung dịch chứa
nước với độ tập trung butanol thấp (khoảng 0,5 -
1,5%). Khi độ tập trung này tăng lên, các vi

khuẩn sẽ chuyển sang trạng thái “ngủ đông” và
quá trình sản xuất bị dừng lại. Do vậy, cần phải
tách nước ra để thu được dung dịch có độ tập
trung butanol lớn. Chưng cất là một kỹ thuật đơn
giản giúp thực hiện phân tách butanol. Tuy
nhiên, số năng lượng cần sử dụng để tạo ra dung
dịch chứa 99,9% butanol từ dung dịch 1% là 37
MJ/kg, nhiều hơn 3 MJ/kg so với mức calorie
của butanol. Do đó, kỹ thuật trên không thể áp
dụng được trong trường hợp này.



Giải pháp thay thế hiện đang được nghiên cứu là
phân tách bằng cách thoát hơi nước qua màng
(pervaporation) bằng gốm silic có hoặc không
phủ bột silicalite. Phương pháp này cho phép đạt
được độ tập trung butanol trong dung dịch lên
tới 37% đối với gôm không phủ bột và 53% với
gôm phủ bột. Dung dịch này sau đó sẽ được cho
bay hơi lần nữa cho tới khi đạt mức tập trung tối
đa. Tuy vậy, nếu độ tập trung thấp hơn mức 80%
thì dung dịch sẽ bị phân tách một cách tự nhiên
thành 2 pha lỏng xếp chồng lên nhau, trong đó
pha trong chứa 8% butanol và pha ngoài 80%.
Do vậy, cần xử lý riêng biệt 2 pha theo quy trình
sau: Để khắc phục tình trạng chia pha nói trên,
AIST đã phát triển một loại màng phân tách mới
bằng chất 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, tổng
mức năng lượng cần để sản xuất butanol tinh
khiết chỉ còn 4,3 MJ/kg (13% lượng calorie của
butanol), thấp hơn 50 và 70% so với các quy
trình sử dụng gôm silic phủ và không phủ bột
silicalite.