成果報告書詳細
管理番号20110000001019
タイトル平成21年度成果報告書 エコイノベーション推進事業「温度差制御気化浸透法によるバイオエタノール濃縮工程の高効率化」
公開日2011/10/12
報告書年度2009 - 2009
委託先名学校法人関西大学 兵庫県立工業技術センター
プロジェクト番号P07026
部署名研究開発推進部
和文要約 本探索研究では,バイオマス発酵から得られる希薄なエタノール水溶液 (約10wt%) を濃縮するため,従来有機液体混合物の分離濃縮に用いられている浸透気化(ペーベパレーショ,PV)法,またPV法の利点を生かし、欠点を改良した気化浸透(エバポミエション,EV)法,さらにEV法では供給液と膜とが離れた状態にあるので供給液温度と膜周辺温度とに温度差をもたせた温度差制御気化浸透(TDEV)法の3種類の膜透過分離法にエタノールに対して高い親和性を有する疎水性高分子膜を適用し,それらのエタノール水溶液に対する透過分離特性が詳細に検討された。疎水性高分子膜をPV 法に用いると,膜の膨潤のためエタノール選択透過性はそれ程高くなかった。また,EV 法にこの疎水性膜を適用した場合,ほとんど分離が行われなかった。一方, TDEV 法に疎水性高分子膜を適用させると,供給液温度を一定とし,膜周辺温度を供給液温度より低く設定すると,供給蒸気中のエタノール蒸気濃度が高くなるにつれ透過速度,エタノール選択透過性共に増加した。また,TDEV法で膜周辺温度を変化させると,供給液温度と膜周辺温度との間に特定の温度差が設定される時に透過速度は最大値を示した。一方,エタノール選択透過性は温度差の増加と共に向上した。特定の温度差で透過速度が最大になったのは,供給蒸気側圧力(PF)と透過側圧力(PP)との圧力差~P(PF - PP)に依存していた。以上の希薄エタノール水溶液のTDEV法によるエタノール濃縮は,TDEV法のシステム効果と疎水性高分子膜の分離機能効果とによっていた。また,透過分離性能を向上させる目的で,疎水性膜を薄膜化すると,高いエタノール選択透過性は保持されたままで透過速度が著しく改善された。これらの結果はTDEV法におけるエタノール水溶液の濃縮分離が,膜内での多段蒸留による濃縮分離でなく,膜による濃縮分離が行われていることを示唆している。
 また,エレクトロスピニング法で試作したポリエチレンテレフタレート膜は,多孔質膜であり,TDEV に適用すると,エタノール選択透過性を示した。
英文要約Improvement of Efficiency in Concentration of Bio-ethanol by Temperature-difference
Controlling Evapomeation
 In this search study, in order to concentrate an aqueous solution of dilute ethanol (ca. 10wt% ethanol), a hydrophobic polymer membrane was applied to three kinds of techniques for the membrane permeation and separation; pervaporation (PV) which has been previously applied to the separation of organic liquid mixtures, evapomeation (EV) which has been developed as a new membrane separation technique which keeps advantages of PV while removing their disadvantages, and temperature-difference controlling evapomeation (TDEV) that can establish a temperature difference between the feed solution and the membrane surroundings, and their permeation separation characteristics for an dilute ethanol solution through hydrophobic polymer membranes by these membrane separation techniques were investigated in detail. When a hydrophobic polymer membrane was used in PV, the ethanol/water selectivity was not high. As same polymer membrane was employed in EV, the ethanol selectivity was hardly shown. On the other hand, when this hydrophobic polymer membrane was applied to TDEV in which the temperature of feed solution was kept constant and the temperature of membrane surroundings was set up lower than the temperature of feed solution, both the permeation rate and the ethanol/water selectivity increased with increasing ethanol concentration in the feed vapor. When the temperature of the membrane surroundings was changed in TDEV, the permeation rate showed a maximum at a certain temperature difference between temperatures of the feed solution and membrane surroundings but the ethanol/water selectivity increased with increasing temperature difference. This maximum permeation rate was significantly dependent on the pressure difference ~P (PF ~PP) between the pressures on the feed vapor side (PF) and on the permeation side (PP). Above ethanol concentration of a dilute ethanol solution through hydrophobic membranes during TDEV could be attributed to both the system effect in TDEV and separation function effect based on the hydrophobic polymer membrane. When thin membranes were prepared from this hydrophobic polymer, the ethanol/water selectivity was kept still but the permeation rate was significantly enhanced. Above ethanol concentration of a dilute ethanol solution through hydrophobic membranes suggested that the concentration of an aqueous solution of ethanol in TDEV was not due to the concentration separation by the multi distillation in the membrane and could be attributed to the concentration separation by the hydrophobic polymer membrane.
 A poly(ethylene terephtalate) (PET) membrane prepared by electrospining method was porous. When this PET membrane was applied to TDEV for the concentration of an aqueous solution of dilute ethanol, the PET membrane showed high ethanol selectivity
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