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研究开发出发酵产物新型高效绿色转化工艺

来源:青岛能源所 2018-08-05 21:06






过去几十年,传统制造业在将资源转变为产品的过程中,消耗了大量有限资源,并造成严重的环境污染,绿色制造继而成为21世纪可持续发展的重要话题。生物发酵作为绿色制造的重要一环,经过20多年的发展,其产品质量、技术创新能力和资源综合利用水平均得到全面提高,发展重点也由过去注重量的增加转变为追求质的提升、效益的提高以及全方位绿色生产的推行。

目前,我国生物发酵产业在下游加工核心技术水平上与国外仍具有较大差距。而发酵产物的下游加工过程先进与否直接关系到发酵产业的经济效益,关系到整个生物技术产业的兴衰。在发酵产品的生产过程中,产品从水中分离及精制过程所需费用占总成本的60-90%;同时分离纯化过程操作复杂、使用了有毒有机溶剂,违背了绿色化工的初衷,且大大提高了衍生产品的成本,降低了其市场竞争力,这一点在大宗化学品的合成中表现尤为突出。此外,随着生物技术产业规模的扩大,废水污染问题越来越突出。发酵废水水质特点是“两高”,即:高有机物浓度和高悬浮物浓度。直接排放将对环境造成巨大危害,而常规处理方法成本高,企业负担大。因此,研发更加绿色的下游加工及水处理工艺已成为发酵工业发展的新趋势。

针对发酵产物分离精制加工成本高的问题,中国科学院青岛生物能源与过程研究所生物基材料组群冯德鑫研究组提出发酵产品水相原位转化技术。区别于传统分离精制过程的最大特点是原位转化不需要对发酵产物进行分离提纯直接进行衍生化制备得到高附加值化学品。该研究组通过合成多种固体酸复合催化剂替代传统高污质子酸催化剂,将发酵液中单糖、酮、长链羧酸等生物基产品原位转化为呋喃类化合物、呋咱类化合物和生物柴油等,原料转化率均可达到90%以上,从而实现水相条件下高效绿色转化。相关成果已申请专利10篇,发表论文5篇。

针对发酵废水后续处理,梁凤兵等研究人员围绕绿色、高效、无害化废水处理,开展了环保技术研究,旨在提供系统的发酵废水处理节能环保新途径,建立“近零污染发酵废水无害化处理回用系统”。针对废水中有机污染物,设计研发了TiO2基复合催化剂,建立了光催化氧化工艺并申请专利1项;通过新型Fenton 氧化催化剂研发,将反应速率提升到传统方法的3倍,COD去除率提升到传统方法的1.4倍以上,并通过非均相Fenton 氧化催化剂研发,实现了催化剂回用,解决了传统Fenton 氧化造成铁盐污染的产业应用瓶颈问题,已申请专利3项,授权1项;通过筛选、诱变得到耐酸性高效降解菌,处理废水酸度可达到pH=1,已申请专利1项。发酵废水经集成处理后,水资源回用率达到60%以上。

上述研究获得了国家自然科学基金、山东省重点研发计划等的支持。(生物谷Bioon.com)
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