ABE-fermentoinnin tuotteiden talteenotto zeoliitin ja polymeerin seoksista valmistetuilla kalvoilla

Abstract

Asetonia, butanolia ja etanolia voidaan tuottaa fermentoinnilla (ABE-fermentointi), jossa bakteerit käyttävät monenlaista biomassaa ravinnon lähteenä. Näitä yhdisteitä valmistetaan pääasiassa fossiilisista luonnonvaroista erilaisten polttoaineiden jatkeaineiksi, koska petrokemianteollisuudessa saadaan korkea tuotantokapasiteetti suhteellisen alhaisilla kustannuksilla. Ehkä tärkeimmät syyt asetonin, butanolin ja etanolin tuottamiseksi fermentoinnilla ovat nimenomaan uusiutuvien raaka-aineiden käyttö ja kestävä kehitys. Fermentoinnin käyttöön ottaminen teollisessa mittakaavassa on vielä toistaiseksi alkuvaiheessa tuotteiden vähäisen saannon vuoksi.

Fermentoinnin yhteydessä ollaan käytetty erilaisia in situ-erotusmenetelmiä, joista esimerkiksi pervaporaation avulla on saatu tuotteeseen korkeampi butanolipitoisuus sopivalla energiankulutuksella. Kalvomateriaalina pervaporaatiossa voidaan käyttää useita eri materiaaleja, joista yksi esimerkki ovat tässä työssä tarkastellut polymeereistä ja silikaateista valmistettavat seosmatriisimembraanit.

Tässä kandidaatintyössä suoritettiin sarja pervaporaatiokokeita etanolin erottamiseksi puoliläpäisevällä kalvolla. Kokeiden tarkoituksena oli tutkia lämpötilan, permeaattipaineen ja syötteen koostumuksen muutosten vaikutuksia pervaporaation erotustehokkuuteen, jota havainnollistaa etanolin ja veden välinen erotustekijä.

Koetulosten mukaan syötteen ja kalvon lämpötilalla oli keskeisin rooli erotustekijän muutoksissa. Kokeet suoritettiin 40 °C ja 60 °C lämpötiloissa. Korkein erotustekijä saatiin 1 %:n etanolin syöttöpitoisuudella 60 °C lämpötilassa. Korkeammassa lämpötilassa (60 °C) saavutettiin myös korkeampi vuo. Kokeellisessa osiossa on listattuna saavutetut permeaattikoostumukset, vuot ja erotustekijät kaikista koepisteistä, joista erotustekijän ja etanolin vuon muutoksia on havainnollistettu kuvaajien avulla.