一種利用水體修復植物高效制乙醇的方法技術

本發明專利技術涉及生物乙醇制備工藝領域，旨在提供一種利用水體修復植物高效制乙醇的方法。該種利用水體修復植物高效制乙醇的方法包括下述步驟：風干水體修復植物加入反應釜中，再加入稀硫酸水解得到固體殘渣和水解液，向水解液中加入生物炭，過濾分離生物炭和水解液，然后將得到的水解液與固體殘渣混合得到混合物，向混合物中加入胰蛋白胨、酵母提取物和氯化鈉并置于發酵罐中，再向發酵罐中投入纖維素酶和基因工程菌株KO11，進行發酵，結束后分離發酵產物，將分離得到的液體通過蒸餾即制得乙醇。本發明專利技術不僅有效后續處理了濕地植物，能制得燃料乙醇，而且遵循了可持續發展戰略，達到了保護環境，提高經濟效益的目的。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術是關于生物乙醇制備工藝領域，特別涉及。
技術介紹
人工濕地是近年來新興的污水處理模式，水體修復植物是人工濕地的核心，可以有效去除有機及重金屬等污染物，具有效果好、費用低、方便維護等優點，在國內外已被廣泛應用。特別是某些水生植物，繁殖能力強，生物量大，能夠高效去除氮磷及各類重金屬，受到了環境工作者的青睞，例如綠葦、香根草、再力花、美人蕉、梭魚草、芒草、菖蒲等。然而，目前水體修復植物的后續處理問題并沒有很好解決，怎樣將其進行的有效資源化利用仍是各國政府的重要課題。因此，開展水體修復植物的資源化利用對解決其資源浪費、二次污染等問題具有重要意義。隨著石、煤炭等非再生能源的日益枯竭，開發新型的可再生能源受到了國際越來越高的重視。生物乙醇作為一種高效、無污染的可替代汽車燃油的清潔能源，目前已成為國際能源領域的研究熱點。纖維素、半纖維素在一些水體修復植物中含量較高，在合適的工藝條件下，可以有效轉化為葡萄糖、木糖，從而進一步通過發酵轉化為乙醇。完善以水體修復植物為原材料的生物乙醇制備工藝，不僅有效后續處理了濕地植物，并且得到了燃料乙醇，遵循了可持續發展戰略，達到了保護環境，提高經濟效益的目的。
技術實現思路
本專利技術的主要目的在于克服現有技術中的不足，提供利用總糖含量較高的水體修復植物高效制生物質燃料乙醇的方法。為解決上述技術問題，本專利技術的解決方案是:提供，包括水體修復植物的篩選，所述利用水體修復植物高效制乙醇的方法具體包括下述步驟:步驟A:通過測定水體修復植物的生物量、纖維素、半纖維素含量，篩選出生物量大、纖維素和半纖維素含量高的水體修復植物；步驟B:收集步驟A中選定的水體修復植物的全株，進行風干處理，得到植物干樣;步驟C:向反應釜中加入質量濃度為I %的稀硫酸，再向反應釜中投入植物干樣，并使稀硫酸與植物干樣的質量比為10: 1，然后在180°C條件下水解5分鐘；步驟D:過濾分離步驟C水解反應之后的產物，得到固體殘渣和水解液，向水解液中加入用于脫毒的生物炭，并使生物炭與水解液的質量比為1: 200;步驟E:過濾分離步驟D中的生物炭和水解液，然后將水解液與步驟D中的固體殘渣混合得到混合物，再向所得的混合物中加入胰蛋白胨、酵母提取物和氯化鈉，混勻后得到混合液，將混合液置于發酵罐中；其中，每升混合液中投加1g胰蛋白胨、5g酵母提取物、1g氯化鈉；步驟F:向步驟E的發酵罐中投入纖維素酶和基因工程菌株K011，然后在pH為7.0、溫度為37°C的條件下發酵60小時；其中，所述纖維素酶采用β -1, 4-葡聚糖-4-葡聚糖水解酶(西格瑪C2730，市購產品)，所述基因工程菌株KOll采用產乙醇重組大腸桿菌(保藏于-80度，購于美國菌種保藏中心ATCC)，且混合液、纖維素酶、基因工程菌株KOll的質量比為1000: 2: 10；步驟G:過濾分離發酵結束后發酵罐中的反應產物，將分離得到的液體送入蒸餾塔，通過蒸餾得到乙醇。在本專利技術中，所述纖維素酶的纖維素酶活力為30FPU。在本專利技術中，所述基因工程菌株KOll的初始OD值為I。在本專利技術中，所述步驟A中，水體修復植物的篩選條件為:生物量不小于1.32kg/m2、纖維素含量不小于27.6%、半纖維素不小于11.3%。在本專利技術中，根據步驟A的篩選條件，選定的水體修復植物為綠葦、菖蒲、香根草、再力花、芒草、美人蕉或者梭魚草中的任意一種(綠葦:生物量2.20kg/m2，纖維素含量34.1 %，半纖維素含量18% ;菖蒲:生物量1.32kg/m2，纖維素含量33.5%，半纖維素含量11.3% ;香根草:生物量1.73kg/m2，纖維素含量32.3%，半纖維素含量17.4% ;再力花:生物量1.52kg/m2，纖維素含量31.2%，半纖維素含量12.2% ;芒草:生物量1.6kg/m2，纖維素含量29.3%，半纖維素含量21.3%;美人蕉:生物量2.53kg/m2，纖維素含量27.6%，半纖維素含量14.2% ;梭魚草:生物量1.62kg/m2，纖維素含量27.6%，半纖維素含量11.8% )。本專利技術的原理為:本專利技術以生物量大、水質凈化效率高的植物，如綠葦、香根草、再力花、美人蕉、梭魚草、芒草、菖蒲等為原材料，通過高溫高壓稀硫酸預處理，以同時利用葡萄糖和木糖為基質的基因工程菌KOll為發酵菌株，通過同步糖化發酵技術制備生物燃料乙醇。與現有技術相比，本專利技術的有益效果是:本專利技術是特別適合于富營養化水體生態修復與生物能源一體化的工程技術，不僅有效后續處理了濕地植物，能制得燃料乙醇，而且遵循了可持續發展戰略，達到了保護環境，提尚經濟效益的目的。【附圖說明】圖1為不同水體修復植物的生物量、纖維素、半纖維素含量示意圖。圖2為不同水體修復植物預處理后的可利用性葡萄糖、木糖含量示意圖。圖3為不同水體修復植物發酵后的乙醇含量及計算得出的單位面積乙醇總產量示意圖。【具體實施方式】下面結合附圖與【具體實施方式】對本專利技術作進一步詳細描述:下面的實施例可以使本專業的專業技術人員更全面地理解本專利技術，但不以任何方式限制本專利技術。本專利技術實施例中，纖維素酶是指β_1，4-葡聚糖-4-葡聚糖水解酶，選用西格瑪C2730，獲取方式可以是市購產品；基因工程菌株KOll是指產乙醇重組大腸桿菌，保藏于-80度，其直接來源為市購于美國菌種保藏中心ATCC。實施例1以綠葦為原材料制備乙醇的方法，其特征在于，包括以下步驟:(I)收集綠葦的全株，進行風干處理，得到綠葦干樣；(2)向反應釜中加入1L質量濃度為I %的稀硫酸，再投入Ikg干綠_，在180°C條件下水解5分鐘；稀硫酸與綠葦的質量比為10: I;(3)過濾分離固體殘渣和水解液，向水解液中加入生物炭用于脫毒，生物炭與水解液的質量比為1: 200。(4)過濾分離生物炭和水解液，將水解液與步驟(3)中的固體殘渣混合，每升混合液中投加胰蛋白胨10g，酵母提取物5g，氯化鈉1g ;混勻后置于發酵罐中；(5)向步驟(4)中的發酵罐中投入30FPU(纖維素酶活力)的纖維素酶和OD值為I的基因工程菌株K011，在pH 7.0、37°C條件下發酵60小時；控制投入量使(4)中的混合液:纖維素酶:基因工程菌株KOll的質量比為1000: 2: 10 ;(6)過濾分離發酵罐中反應產物，測定其中的乙醇總量為190g。將分離所得的液體送入蒸餾塔進行，得到乙醇。實施例2以菖蒲為原材料制備乙醇的方法，其特征在于，包括以下步驟:(I)收集菖蒲的全株，進行風干處理，得到菖蒲干樣；(2)向反應釜中加入1L質量濃度為I %的稀硫酸，再投入Ikg干菖蒲，在180°C條件下水解5分鐘；稀硫酸與菖蒲的質量比為10: I;(3)過濾分離固體殘渣和水解液，向水解液中加入生物炭用于脫毒，生物炭與水解液的質量比為1: 200。(4)過濾分離生物炭和水解液，將水解液與步驟(3)中的固體殘渣混合，每升混合液中投加胰蛋白胨10g，酵母提取物5g，氯化鈉1g ;混勻后置于發酵罐中；(5)向步驟(4)中的發酵罐中投入30FPU(纖維素酶活力)的纖維素酶和OD值為I的基因工程菌株K011，在pH 7.0、37°C條件下發酵60小時；控制投入量使(4)中的混合液:纖維素酶:基因工程菌株KOll的質量比為1000: 2: 10 ;本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種利用水體修復植物高效制乙醇的方法，包括水體修復植物的篩選，其特征在于，所述利用水體修復植物高效制乙醇的方法具體包括下述步驟：步驟A：通過測定水體修復植物的生物量、纖維素、半纖維素含量，篩選出生物量大、纖維素和半纖維素含量高的水體修復植物；步驟B：收集步驟A中選定的水體修復植物的全株，進行風干處理，得到植物干樣；步驟C：向反應釜中加入質量濃度為1％的稀硫酸，再向反應釜中投入植物干樣，并使稀硫酸與植物干樣的質量比為10∶1，然后在180℃條件下水解5分鐘；步驟D：過濾分離步驟C水解反應之后的產物，得到固體殘渣和水解液，向水解液中加入用于脫毒的生物炭，并使生物炭與水解液的質量比為1∶200；步驟E：過濾分離步驟D中的生物炭和水解液，然后將水解液與步驟D中的固體殘渣混合得到混合物，再向所得的混合物中加入胰蛋白胨、酵母提取物和氯化鈉，混勻后得到混合液，將混合液置于發酵罐中；其中，每升混合液中投加10g胰蛋白胨、5g酵母提取物、10g氯化鈉；步驟F：向步驟E的發酵罐中投入纖維素酶和基因工程菌株KO11，然后在pH為7.0、溫度為37℃的條件下發酵60小時；其中，所述纖維素酶采用β?1,4?葡聚糖?4?葡聚糖水解酶，所述基因工程菌株KO11采用產乙醇重組大腸桿菌，且混合液、纖維素酶、基因工程菌株KO11的質量比為1000∶2∶10；步驟G：過濾分離發酵結束后發酵罐中的反應產物，將分離得到的液體送入蒸餾塔，通過蒸餾得到乙醇。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊肖娥，賴春宇，趙和平，鄧美華，
申請(專利權)人：浙江大學，
類型：發明
國別省市：浙江;33