文 献 综 述

1.1 国内外丁醇研究基本现状

能源短缺已经成为制约人类社会发展的重要因素，因此对于新能源的开发与利用，是现代科技发展的主要课题之一。正丁醇不仅可以用作化工原料，还可以用作有机染料、溶剂等，发展前景十分广阔。正丁醇的理化性质与乙醇类似，但是作为燃料的燃烧性能远大于乙醇。2010年世界丁醇的生产能力为388.7万t/a，丁醇的产能主要集中在美国、西欧、中国。[1]我国丁醇生产始于20世纪50年代，目前主要的生产产家有山东齐鲁石化、大庆石化、北京化学工业集团公司化工四厂、吉林化学工业公司、中国石化与德国巴斯夫合资的扬子-巴斯夫公司。近年来我国丁醇生产基本保持稳定，石油化工合成路线装置开工负荷在90%以上。我国丁醇的生产能力约为69.5万t/a。在实际应用中，丁醇主要通过丙烯羰基合成法以及生物发酵法合成。但是由于化学合成法昂贵的工艺技术，该方法并没有商业化成功。因此，大量的丁醇制备方法集中于发酵法生产丁醇。

1.2 生物丁醇的合成工艺

丁醇的生物发酵法以谷物（玉米、小麦等）淀粉作为主要的原料，加水混合后经水解得到发酵液，加入丙酮丁醇梭菌于36~37℃下进行发酵，精馏分离后得到正丁醇、丙酮和乙醇混合液。[2]此法工艺简便，原料易得。然而，混合液的分离却成为制约丁醇燃料发展的主要因素。当前，丙酮丁醇的分离主要采取气提法、液液萃取法、渗透蒸发法以及吸附法。

1.3 丁醇分离的主要工艺方法

1.3.1 气提法

气提法[4,5]主要用于脱去溶于水中的气体以及挥发性的物质。气体（载气）通入发酵液中，二者充分接触后，溶解气体提取挥发性的丁醇丙酮混合液（ABE），随后于冷凝器中压缩收集。浓缩后，载气被回收到发酵液中重新利用，开始进行第二轮的气提。气提不仅能够与底物的预处理过程相耦合，提高底物的利用率，而且能与发酵、产物移除等相耦合，降低能耗，提高发酵的产率。Qureshi等[3]以CFAX糖（葡萄糖、木糖、半乳糖、树胶醛糖）为原料，利用丙酮丁醇梭菌进行发酵生成ABE，将底物水解、发酵、气提耦合后，大大提高了原料的转化率，以及ABE的产量和产率。气提法不仅简便实用，而且避免了产物对发酵微生物产生的毒害作用。但是此法受底物种类、气液比、载气的回收速率、气泡大小等因素的制约，因此也有一定不足之处。

1.3.2 液液萃取法

液液萃取法是将不溶于水的有机萃取剂混合于发酵液中，由于ABE的溶解度在有机萃取剂中较高，可以有选择性的富集于萃取相中，从而能够从发酵液中被分离出来。液液萃取法可以在分离ABE的同时将底物保留在发酵液中，以提高原料的转化率、ABE的产量和产率。然而，对ABE具有较高分配系数的有机萃取剂对菌体的毒性大，且萃取剂在发酵中的损失等因素造成该法在实际应用中受到了限制。