1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文献综述

固定床发酵制备生物丁醇的研究

丙酮和丁醇是非常重要的化工原料、工业溶剂及燃料，广泛应用于化工、塑料、有机合成、油漆等工业[1-2]。随着石化资源的耗竭、石油价格的飞涨，丁醇所具有的优良化学特性使生物丁醇成为重要的新兴生物燃料之一[3]。由于比乙醇多两个亚甲基，丁醇具有更高的疏水性，较低的挥发性，可与汽油以任意比例混合，并具有与汽油相当的热值[4]。因此，近年来生物丁醇得到了越来越广泛的关注。丙酮丁醇发酵的主要产物是丙酮、丁醇和乙醇，产物比例为3：6：1。直到20世纪50年代中叶，abe发酵一直作为生产丙酮丁醇的主要途径，后来由于石化工业的发展，发酵法生产丙酮丁醇的底物成本高及产物回收耗能大，逐渐被淘汰。用于进行丙酮丁醇发酵的微生物一般称为丙酮丁醇梭菌，或产溶剂梭菌(丙酮、乙醇和丁醇)。该菌是严格厌氧的革兰氏阳性细菌，在发酵过程中形成孢子，能将糖类物质等转化为溶剂[5]，发酵初期产生大量的有机酸如乙酸、丁酸等，ph值迅速下降；当达到一定酸度后，进入产溶剂期，此阶段有机酸被还原，产生大量溶剂，主要为丁醇和丙酮[6]。菌种改良是提高丙酮一丁醇发酵经济竞争力的关键手段之一。除此之外，固定床，将丙酮丁醇梭菌固定于其上的固定化技术也是提高丙酮-丁醇发酵效率的有效手段。本文通过寻找合适的固定化材料并且构建固定化纤维床发酵制备丁醇的方法，展开了对发酵法制备生物丁醇的研究。

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

传统丁醇发酵产业普遍存在的问题有①丁醇产量、产率低，菌体密度低。由于丁醇对菌体的毒害作用,丁醇的质量浓度lt; 13 g/L,丁醇产量lt; 4.46g/(L#183;h),丁醇产率lt;25%(质量分数)。②溶剂终浓度低。传统的ABE发酵,总溶剂质量分数≤2%,水分质量分数可达98%以上,采用常规精馏方法加大了设备、电力和能源的消耗,这也是丁醇高成本的关键所在。③丁醇在总溶剂中的比例低,一般只占60%,其余30%为丙酮,10%为乙醇,加大了后期丁醇回收、分离的成本。常规的发酵过程中,受细胞浓度、产物抑制等因素的影响,反应器的生产率常低于0.50 g/(L#183;h),而且细胞质量浓度一般小于4 g/L。为促进细胞生长,提高反应器的生产率和底物的转化率,可采用细胞固定化和细胞循环技术。细胞固定化可以增强细胞的稳定性,实现高密度的培养,从而提高反应器的生产能力。试验中我们采用甘蔗渣作为固定化的材料，并对固定化材料（甘蔗渣）进行了表面改性，用聚乙烯亚胺和戊二醛进行预处理，将物理吸附和共价结合联用，实现生物丁醇的高效、高转化率、连续制备。