一种利用水体修复植物高效制乙醇的方法
【技术领域】
[0001]本发明是关于生物乙醇制备工艺领域，特别涉及一种利用水体修复植物高效制乙醇的方法。
【背景技术】
[0002]人工湿地是近年来新兴的污水处理模式，水体修复植物是人工湿地的核心，可以有效去除有机及重金属等污染物，具有效果好、费用低、方便维护等优点，在国内外已被广泛应用。特别是某些水生植物，繁殖能力强，生物量大，能够高效去除氮磷及各类重金属，受到了环境工作者的青睐，例如绿苇、香根草、再力花、美人蕉、梭鱼草、芒草、菖蒲等。
[0003]然而，目前水体修复植物的后续处理问题并没有很好解决，怎样将其进行的有效资源化利用仍是各国政府的重要课题。因此，开展水体修复植物的资源化利用对解决其资源浪费、二次污染等问题具有重要意义。
[0004]随着石、煤炭等非再生能源的日益枯竭，开发新型的可再生能源受到了国际越来越高的重视。生物乙醇作为一种高效、无污染的可替代汽车燃油的清洁能源，目前已成为国际能源领域的研究热点。纤维素、半纤维素在一些水体修复植物中含量较高，在合适的工艺条件下，可以有效转化为葡萄糖、木糖，从而进一步通过发酵转化为乙醇。完善以水体修复植物为原材料的生物乙醇制备工艺，不仅有效后续处理了湿地植物，并且得到了燃料乙醇，遵循了可持续发展战略，达到了保护环境，提高经济效益的目的。
【发明内容】
[0005]本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供利用总糖含量较高的水体修复植物高效制生物质燃料乙醇的方法。为解决上述技术问题，本发明的解决方案是:
[0006]提供一种利用水体修复植物高效制乙醇的方法，包括水体修复植物的筛选，所述利用水体修复植物高效制乙醇的方法具体包括下述步骤:
[0007]步骤A:通过测定水体修复植物的生物量、纤维素、半纤维素含量，筛选出生物量大、纤维素和半纤维素含量高的水体修复植物；
[0008]步骤B:收集步骤A中选定的水体修复植物的全株，进行风干处理，得到植物干样;
[0009]步骤C:向反应釜中加入质量浓度为I %的稀硫酸，再向反应釜中投入植物干样，并使稀硫酸与植物干样的质量比为10: 1，然后在180°C条件下水解5分钟；
[0010]步骤D:过滤分离步骤C水解反应之后的产物，得到固体残渣和水解液，向水解液中加入用于脱毒的生物炭，并使生物炭与水解液的质量比为1: 200;
[0011]步骤E:过滤分离步骤D中的生物炭和水解液，然后将水解液与步骤D中的固体残渣混合得到混合物，再向所得的混合物中加入胰蛋白胨、酵母提取物和氯化钠，混匀后得到混合液，将混合液置于发酵罐中；
[0012]其中，每升混合液中投加1g胰蛋白胨、5g酵母提取物、1g氯化钠；
[0013]步骤F:向步骤E的发酵罐中投入纤维素酶和基因工程菌株K011，然后在pH为
7.0、温度为37°C的条件下发酵60小时；
[0014]其中，所述纤维素酶采用β -1, 4-葡聚糖-4-葡聚糖水解酶(西格玛C2730，市购产品)，所述基因工程菌株KOll采用产乙醇重组大肠杆菌(保藏于-80度，购于美国菌种保藏中心ATCC)，且混合液、纤维素酶、基因工程菌株KOll的质量比为1000: 2: 10；
[0015]步骤G:过滤分离发酵结束后发酵罐中的反应产物，将分离得到的液体送入蒸馏塔，通过蒸馏得到乙醇。
[0016]在本发明中，所述纤维素酶的纤维素酶活力为30FPU。
[0017]在本发明中，所述基因工程菌株KOll的初始OD值为I。
[0018]在本发明中，所述步骤A中，水体修复植物的筛选条件为:生物量不小于1.32kg/m2、纤维素含量不小于27.6%、半纤维素不小于11.3%。
[0019]在本发明中，根据步骤A的筛选条件，选定的水体修复植物为绿苇、菖蒲、香根草、再力花、芒草、美人蕉或者梭鱼草中的任意一种(绿苇:生物量2.20kg/m2，纤维素含量34.1 %，半纤维素含量18% ;菖蒲:生物量1.32kg/m2，纤维素含量33.5%，半纤维素含量
11.3% ;香根草:生物量1.73kg/m2，纤维素含量32.3%，半纤维素含量17.4% ;再力花:生物量1.52kg/m2，纤维素含量31.2%，半纤维素含量12.2% ;芒草:生物量1.6kg/m2，纤维素含量29.3%，半纤维素含量21.3%;美人蕉:生物量2.53kg/m2，纤维素含量27.6%，半纤维素含量14.2% ;梭鱼草:生物量1.62kg/m2，纤维素含量27.6%，半纤维素含量11.8% )。
[0020]本发明的原理为:本发明以生物量大、水质净化效率高的植物，如绿苇、香根草、再力花、美人蕉、梭鱼草、芒草、菖蒲等为原材料，通过高温高压稀硫酸预处理，以同时利用葡萄糖和木糖为基质的基因工程菌KOll为发酵菌株，通过同步糖化发酵技术制备生物燃料乙醇。
[0021]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0022]本发明是特别适合于富营养化水体生态修复与生物能源一体化的工程技术，不仅有效后续处理了湿地植物，能制得燃料乙醇，而且遵循了可持续发展战略，达到了保护环境，提尚经济效益的目的。
【附图说明】
[0023]图1为不同水体修复植物的生物量、纤维素、半纤维素含量示意图。
[0024]图2为不同水体修复植物预处理后的可利用性葡萄糖、木糖含量示意图。
[0025]图3为不同水体修复植物发酵后的乙醇含量及计算得出的单位面积乙醇总产量示意图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图与【具体实施方式】对本发明作进一步详细描述:
[0027]下面的实施例可以使本专业的专业技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。本发明实施例中，纤维素酶是指β_1，4-葡聚糖-4-葡聚糖水解酶，选用西格玛C2730，获取方式可以是市购产品；基因工程菌株KOll是指产乙醇重组大肠杆菌，保藏于-80度，其直接来源为市购于美国菌种保藏中心ATCC。
[0028]实施例1
[0029]以绿苇为原材料制备乙醇的方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0030](I)收集绿苇的全株，进行风干处理，得到绿苇干样；
[0031](2)向反应釜中加入1L质量浓度为I %的稀硫酸，再投入Ikg干绿_，在180°C条件下水解5分钟；稀硫酸与绿苇的质量比为10: I;
[0032](3)过滤分离固体残渣和水解液，向水解液中加入生物炭用于脱毒，生物炭与水解液的质量比为1: 200。
[0033](4)过滤分离生物炭和水解液，将水解液与步骤(3)中的固体残渣混合，每升混合液中投加胰蛋白胨10g，酵母提取物5g，氯化钠1g ;混匀后置于发酵罐中；
[0034](5)向步骤(4)中的发酵罐中投入30FPU(纤维素酶活力)的纤维素酶和OD值为I的基因工程菌株K011，在pH 7.0、37°C条件下发酵60小时；控制投入量使(4)中的混合液:纤维素酶:基因工程菌株KOll的质量比为1000: 2: 10 ;
[0035](6)过滤分离发酵罐中反应产物，测定其中的乙醇总量为190g。将分离所得的液体送入蒸馏塔进行，得到乙醇。
[0036]实施例2
[0037]以菖蒲为原材料制备乙醇的方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0038](I)收集菖蒲的全株，进行风干处理，得到菖蒲干样；
[0039](2)向反应釜中加入1L质量浓度为I %的稀硫酸，再投入Ikg干菖蒲，在180°C条件下水解5分钟；稀硫酸与菖蒲的质量比为10: I;
[0040](3)过滤分离固体残渣和水解液，向水解液中加入生物炭用于脱毒，生物炭与水解液的质量比为1: 200。
[0041](4)过滤分离生物炭和水解液，将水解液与步骤(3)中的固体残渣混合，每升混合液中投加胰蛋白胨10g，酵母提取物5g，氯化钠1g ;混匀后置于发酵罐中；
[0042](5)向步骤(4)中的发酵罐中投入30FPU(纤维素酶活力)的纤维素酶和OD值为I的基因工程菌株K011，在pH 7.0、37°C条件下发酵60小时；控制投入量使(4)中的混合液:纤维素酶:基因工程菌株KOll的质量比为1000: 2: 10 ;
[0043](6)过滤分离发酵罐中反应产物，测定其中的乙醇总量为134g。将分离所得的液体送入蒸馏塔进行，得到乙醇。
[0044]实施例3
[0045]以香根草为原材料制备乙醇的方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0046](I)收集香根草的全株，进行风干处理，得到香根草干样；
[0047](2)向反应釜中加入1L质量浓度为I %的稀硫酸，再投入Ikg干香根草，在180°C条件下水解5分钟；稀硫酸与香根草的质量比为10:1 ;
[0048](3)过滤分离固体残渣和水解液，向水解液中加入生物炭用于脱毒，生物炭与水解液的质量比为1: 200。
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