粗甘油高值化利用研究现状及发展趋势
发布时间：2021-11-02 01:36
粗甘油是生物柴油生产过程的副产品,对其进行绿色处理和应用已成为迫切研究的课题。本文分类介绍了粗甘油生物、化学和电化学转化方法的研究现状。在此基础上分别对粗甘油通过生物转化方式生产1,3-丙二醇、氢气等化学品,利用化学转化方式生产丙烯醛和聚氨酯高分子材料和电化学转化方式制备燃料电池的研究现状进行了综述,并分析了粗甘油高值化利用研究及发展趋势。粗甘油生物转化存在培养基成本较高、产物分离困难等不足,限制了目前的工业化应用;化学转化方式还处于初期研究阶段;电化学转化方式作为新兴技术,具有良好的发展空间。本文指出粗甘油可以作为一种新型的生物质资源,粗甘油基化学品与新材料的开发研究具有广阔的发展前景。
【文章来源】：化工进展. 2020,39(08)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
粗甘油高值化利用技术
1,3-丙二醇（1,3-PD）属于二醇类化合物，其末端有两个—OH基团，是一种在塑料工业中具有很大潜力的单体，广泛地应用于多种药品和氧化剂的合成[12-13]。甘油生成1,3-PD的代谢反应可分为氧化途径和还原途径，反应原理如图2所示。在氧化途径中，甘油在甘油脱氢酶的作用下生成二羟丙酮，并进一步代谢为磷酸丙酮酸，磷酸丙酮酸进一步氧化生成乙酸、丁酸等代谢产品，同时生成能量ATP和NADH；在还原途径中，甘油脱水生成3-羟基丙醛，然后在氧化还原酶的催化作用下被还原为1,3-PD，同时消耗氧化途径生成的NADH[14]。近年来，利用微生物发酵将粗甘油转化为1,3-PD的研究汇总如表1所示。理论上，甘油转化为1,3-PD的最高产率为0.72g1,3-PD/ggly[15]，在发酵过程中，可加入其他廉价的有机物作为辅助底物，使其作为发酵过程中的NADH和能量ATP供体，促进甘油利用还原途径生成1,3-PD[16]。Vivek等[17]以粗甘油和从稻草获得的酸预处理液（APL）作为混合碳源，使用克雷伯氏菌生产1,3-PD,APL中含有木糖、阿拉伯糖、葡萄糖和半乳糖，当APL添加量为0.5%（体积比）时，1,3-PD产量达到20.88g/L，与粗甘油作为唯一碳源相比，1,3-PD的产量明显提高。同时，研究者还利用甘油-葡萄糖作为混合碳源发酵生产1,3-PD，在厌氧条件下，当粗甘油和2.5%葡萄糖作为底物时，获得比纯甘油和葡萄糖更高的产率，最终1,3-PD浓度为18.60g/L[18]。
有学者尝试评估了在粗甘油发酵产氢的过程中同时使用暗发酵和光发酵的可能性。暗发酵-光发酵联合产氢原理如图5所示，暗发酵过程中，培养基中的碳源不能完全被氧化，暗发酵的发酵液中含有丰富的有机酸，可用于光发酵，这样能够消除有机酸对暗发酵制氢的限制；而光发酵中的光合细菌对有机酸的利用能够能够降低废水的化学需氧量（COD）值[26]。Chookaew等[27]分别使用肺炎克雷伯氏菌sp.TR17和沼泽红假单胞菌TN1进行暗发酵和光发酵生产氢气，两阶段的总产氢为6.42mmol/gCOD，甘油转化率为80.21%。Sarma等[28]对使用暗发酵和光发酵从粗甘油生产氢气的技术和经济方面进行了评估，将1kg粗甘油转化的生产成本为330美元，生长培养基的成分占生产成本的82%。但使用粗甘油作为发酵原料具有很好的环境效益，1kg粗甘油的转化可减少7.66kg的温室气体的排放。1.3 二十二碳六烯酸
【参考文献】：
期刊论文
[1]粗甘油生物基聚氨酯泡沫的改性研究[J]. 刘利威,常春,戚小各,白净,李攀,陈俊英. 高校化学工程学报. 2019(02)
[2]基于生物柴油副产物粗甘油的聚氨酯硬泡的制备[J]. 戚小各,何玉远,常春,肖泽,白净,方书起. 聚氨酯工业. 2018(01)
[3]第二代生物柴油及其生物炼制关键技术[J]. 修志龙,郭峰,梁志霞,滕虎,孙亚琴. 化工进展. 2010(S1)
[4]微生物转化法生产1,3-丙二醇的研究进展[J]. 朱春杰,方柏山. 华侨大学学报(自然科学版). 2009(05)
[5]降低生物柴油生产成本的研究进展[J]. 熊犍,宋炜,叶君. 化工进展. 2007(06)
[6]两步发酵法生产1，3-丙二醇的研究[J]. 刘海军,徐友海,张代佳,修志龙. 食品与发酵工业. 2006(02)
硕士论文
[1]污泥混合菌种暗发酵与光发酵联合制氢[D]. 吴梦佳.天津大学 2014
本文编号：3471087
【文章来源】：化工进展. 2020,39(08)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
粗甘油高值化利用技术
1,3-丙二醇（1,3-PD）属于二醇类化合物，其末端有两个—OH基团，是一种在塑料工业中具有很大潜力的单体，广泛地应用于多种药品和氧化剂的合成[12-13]。甘油生成1,3-PD的代谢反应可分为氧化途径和还原途径，反应原理如图2所示。在氧化途径中，甘油在甘油脱氢酶的作用下生成二羟丙酮，并进一步代谢为磷酸丙酮酸，磷酸丙酮酸进一步氧化生成乙酸、丁酸等代谢产品，同时生成能量ATP和NADH；在还原途径中，甘油脱水生成3-羟基丙醛，然后在氧化还原酶的催化作用下被还原为1,3-PD，同时消耗氧化途径生成的NADH[14]。近年来，利用微生物发酵将粗甘油转化为1,3-PD的研究汇总如表1所示。理论上，甘油转化为1,3-PD的最高产率为0.72g1,3-PD/ggly[15]，在发酵过程中，可加入其他廉价的有机物作为辅助底物，使其作为发酵过程中的NADH和能量ATP供体，促进甘油利用还原途径生成1,3-PD[16]。Vivek等[17]以粗甘油和从稻草获得的酸预处理液（APL）作为混合碳源，使用克雷伯氏菌生产1,3-PD,APL中含有木糖、阿拉伯糖、葡萄糖和半乳糖，当APL添加量为0.5%（体积比）时，1,3-PD产量达到20.88g/L，与粗甘油作为唯一碳源相比，1,3-PD的产量明显提高。同时，研究者还利用甘油-葡萄糖作为混合碳源发酵生产1,3-PD，在厌氧条件下，当粗甘油和2.5%葡萄糖作为底物时，获得比纯甘油和葡萄糖更高的产率，最终1,3-PD浓度为18.60g/L[18]。
有学者尝试评估了在粗甘油发酵产氢的过程中同时使用暗发酵和光发酵的可能性。暗发酵-光发酵联合产氢原理如图5所示，暗发酵过程中，培养基中的碳源不能完全被氧化，暗发酵的发酵液中含有丰富的有机酸，可用于光发酵，这样能够消除有机酸对暗发酵制氢的限制；而光发酵中的光合细菌对有机酸的利用能够能够降低废水的化学需氧量（COD）值[26]。Chookaew等[27]分别使用肺炎克雷伯氏菌sp.TR17和沼泽红假单胞菌TN1进行暗发酵和光发酵生产氢气，两阶段的总产氢为6.42mmol/gCOD，甘油转化率为80.21%。Sarma等[28]对使用暗发酵和光发酵从粗甘油生产氢气的技术和经济方面进行了评估，将1kg粗甘油转化的生产成本为330美元，生长培养基的成分占生产成本的82%。但使用粗甘油作为发酵原料具有很好的环境效益，1kg粗甘油的转化可减少7.66kg的温室气体的排放。1.3 二十二碳六烯酸
【参考文献】：
期刊论文
[1]粗甘油生物基聚氨酯泡沫的改性研究[J]. 刘利威,常春,戚小各,白净,李攀,陈俊英. 高校化学工程学报. 2019(02)
[2]基于生物柴油副产物粗甘油的聚氨酯硬泡的制备[J]. 戚小各,何玉远,常春,肖泽,白净,方书起. 聚氨酯工业. 2018(01)
[3]第二代生物柴油及其生物炼制关键技术[J]. 修志龙,郭峰,梁志霞,滕虎,孙亚琴. 化工进展. 2010(S1)
[4]微生物转化法生产1,3-丙二醇的研究进展[J]. 朱春杰,方柏山. 华侨大学学报(自然科学版). 2009(05)
[5]降低生物柴油生产成本的研究进展[J]. 熊犍,宋炜,叶君. 化工进展. 2007(06)
[6]两步发酵法生产1，3-丙二醇的研究[J]. 刘海军,徐友海,张代佳,修志龙. 食品与发酵工业. 2006(02)
硕士论文
[1]污泥混合菌种暗发酵与光发酵联合制氢[D]. 吴梦佳.天津大学 2014
本文编号：3471087
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