膜分離技術(shù)在木質(zhì)纖維原料生物煉制領(lǐng)域的應(yīng)用研究進(jìn)展

李 云， 蔣進(jìn)元*， 楊秀山， 白 璐

(1. 中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院 環(huán)境工程設(shè)計(jì)研究中心， 北京 100012； 2. 首都師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院， 北京 100048)

木質(zhì)纖維原料是一種廉價(jià)、豐富、可再生的材料。利用木質(zhì)纖維原料進(jìn)行生物煉制生產(chǎn)生物燃料(乙醇、丁醇、沼氣等)或者其他重要的化工產(chǎn)品(木質(zhì)素、木糖醇、乳酸、糠醛等)已經(jīng)得到世界各國(guó)研究者的廣泛關(guān)注[1-2]。該項(xiàng)技術(shù)一方面可以減少對(duì)日益匱乏的化石能源的依賴(lài)，另一方面也可以消除木質(zhì)纖維原料直接露天燃燒對(duì)環(huán)境帶來(lái)的污染，對(duì)可持續(xù)發(fā)展具有非常重要的意義。膜分離技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)物質(zhì)之間的分離和濃縮，作為一種高效、環(huán)保、易放大的新技術(shù)受到越來(lái)越多的關(guān)注，在水處理工業(yè)中占有重要的地位，近十年膜分離技術(shù)也開(kāi)始被應(yīng)用到生物煉制領(lǐng)域。筆者對(duì)膜分離技術(shù)在生物煉制領(lǐng)域主要是高附加值產(chǎn)品的回收和發(fā)酵產(chǎn)物的分離等方面的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述，并對(duì)膜技術(shù)在該領(lǐng)域今后的發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

1 木質(zhì)纖維原料生物煉制

木質(zhì)纖維素原料生物煉制一般是指以木質(zhì)纖維為原料通過(guò)預(yù)處理、酶解、發(fā)酵等過(guò)程生產(chǎn)化學(xué)品、燃料和其他生物基材料。木質(zhì)纖維原料的主要成分為纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，生物煉制過(guò)程對(duì)纖維素部分的利用居多，而這3種主要成分連接緊密，半纖維素和木質(zhì)素將纖維素牢牢包裹住，阻礙了纖維素酶與纖維素的接觸[3]。因此，木質(zhì)纖維原料生物煉制的首要步驟是采用適當(dāng)?shù)奈锢怼⒒瘜W(xué)、生物和物理化學(xué)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理，使木質(zhì)纖維原料結(jié)構(gòu)松散，有利于后續(xù)處理與利用。由于預(yù)處理?xiàng)l件一般都是高溫高壓條件，預(yù)處理得到的液體部分含有可發(fā)酵利用的糖類(lèi)和一些對(duì)酶水解或者發(fā)酵有抑制作用的副產(chǎn)物(弱酸類(lèi)，如乙酸；呋喃類(lèi)，如糠醛；酚類(lèi)等)[4]；預(yù)處理得到的固體部分主要含有纖維素，可以添加纖維素酶進(jìn)行酶解再發(fā)酵，或者直接進(jìn)行同步糖化發(fā)酵，采用不同的工藝及菌株，可以制備不同的產(chǎn)品，如生物燃料乙醇、丁醇、沼氣、氫氣等。生物煉制過(guò)程各階段會(huì)產(chǎn)生不同類(lèi)型的料液，如預(yù)處理水解液、酶解液、發(fā)酵液等，各料液組成成分不一樣，但都含有高附加值的成分，而膜分離技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的分離與濃縮，因此膜分離技術(shù)被用到生物煉制領(lǐng)域進(jìn)行資源化回收利用受到越來(lái)越多的關(guān)注。

2 膜分離技術(shù)

2.1原理

膜分離是利用一張?zhí)厥庵圃斓?、具有選擇透過(guò)性的薄膜，在外力推動(dòng)下對(duì)混合物進(jìn)行分離、提純、濃縮的一種分離新方法。壓力驅(qū)動(dòng)型的膜過(guò)程是在壓力驅(qū)動(dòng)下，原料液中小分子物質(zhì)從高壓側(cè)透過(guò)膜到低壓側(cè)，而大分子粒子被膜截留，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的分離過(guò)程[5]，主要有微濾(MF)、超濾(UF)、納濾(NF)、反滲透(RO)。另外，還有電驅(qū)動(dòng)的膜過(guò)程，如電滲析、電超濾。

超濾是指在壓力驅(qū)動(dòng)下(一般為0.1～0.5 MPa)，比超濾膜孔徑小的物質(zhì)從高壓側(cè)到低壓側(cè)實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的分離。超濾膜孔徑為0.001～0.1 μm，超濾過(guò)程中被分離組分的直徑為0.01～0.1 μm。超濾一般用于料液的預(yù)處理，去除懸浮物和微生物等。超濾膜的選擇分離特性的機(jī)理是膜表面的孔徑大小不同。

納濾是指在壓力驅(qū)動(dòng)下(一般為0.5～2 MPa)，料液中的小分子物質(zhì)從高壓側(cè)到低壓側(cè)移動(dòng)，大分子物質(zhì)被截留而實(shí)現(xiàn)物質(zhì)分離。納濾膜的孔徑較超濾膜小，截留分子量大小約為200～1 000 u。納濾膜有2個(gè)特性，一是對(duì)溶液中分子質(zhì)量幾百到幾千的小分子有分離性能，二是對(duì)不同價(jià)態(tài)的陰離子有Donnan電荷效應(yīng)[6]。物料的帶電性和離子濃度等對(duì)納濾膜的分離性能影響較大。

反滲透是使用一種耐受壓力強(qiáng)的選擇透過(guò)性膜，施加壓力在膜兩側(cè)形成壓差，克服溶液的滲透壓，使大分子粒子與溶劑實(shí)現(xiàn)分離。反滲透過(guò)程的一般操作壓力是1.5～10.5 MPa，與納濾膜一樣，分子排阻和Donnan效應(yīng)是反滲透膜分離的2種主要機(jī)制。反滲透過(guò)程最初應(yīng)用于海水淡化領(lǐng)域，現(xiàn)在反滲透過(guò)程已經(jīng)逐步擴(kuò)展到了食品、化工等領(lǐng)域。反滲透膜的選擇透過(guò)性與膜表面選擇層的材料、膜表面電荷、料液pH值以及操作條件等相關(guān)。

電滲析是利用離子交換膜的選擇透過(guò)性，在電場(chǎng)的作用下，驅(qū)動(dòng)陰離子穿過(guò)陰膜，陽(yáng)離子穿過(guò)陽(yáng)膜，達(dá)到分離、濃縮和提純的目的。

電超濾技術(shù)是圍繞超濾過(guò)程中嚴(yán)重的濃差極化問(wèn)題而產(chǎn)生的一項(xiàng)組合技術(shù)。在電場(chǎng)作用下，超濾膜表面聚集的粒子減少，膜通量提高。

2.2膜材料和膜組件

膜分離材料可以分為有機(jī)膜材料、無(wú)機(jī)膜材料以及有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化膜。有機(jī)膜種類(lèi)較多，如醋酸纖維膜(CA)、聚酰胺(PAN)、聚醚砜(PES)、聚丙烯(PP)、聚砜(PS)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)等。有機(jī)膜制造成本低廉，裝填密度大，應(yīng)用比較廣泛[7]。無(wú)機(jī)膜是由無(wú)機(jī)材料如金屬(Ti、Ag、Ni、Pd)、金屬氧化物(Al2O3、SiO2、ZrO2、TiO2等)、陶瓷、沸石、無(wú)機(jī)高分子材料等制成的。無(wú)機(jī)膜在熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性方面比有機(jī)膜好，能耐高溫、耐有機(jī)溶劑、耐酸堿等，但制造成本高、制造技術(shù)復(fù)雜、對(duì)設(shè)備要求高[8]。膜組件是將膜以一定形式進(jìn)行組裝，是膜分離裝置的核心部件。膜組件有平板式、管式、卷式、中空纖維等幾種形式。平板膜組件表面積大，清洗組裝簡(jiǎn)單；管式膜組件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、耐高壓、易清洗，但比表面積小，造價(jià)高；卷式膜組件表面積大，但制造要求高，對(duì)料液要求高，清洗不方便；中空纖維膜組件是目前膜組件中裝填面積最大的，設(shè)備價(jià)格低，但膜易堵塞，清洗困難[9]。

3 膜分離技術(shù)在生物煉制中的應(yīng)用

膜分離技術(shù)由于能耗低、易操作、占地面積小和操作模式極其靈活，近十年來(lái)得到了越來(lái)越廣泛的關(guān)注。超濾、納濾和反滲透已經(jīng)被廣泛用于生物煉制領(lǐng)域，用于分離抑制劑、濃縮糖、分離發(fā)酵產(chǎn)物等。

3.1超濾

超濾在生物煉制領(lǐng)域主要用于發(fā)酵菌體的分離和一些大分子化合物的回收，如蛋白質(zhì)、酶、半纖維素、木質(zhì)素聚合物等。

超濾在生物煉制領(lǐng)域用的比較多的是對(duì)纖維素酶進(jìn)行回收。Mores等[10]最早報(bào)道了采用膜技術(shù)從木質(zhì)纖維原料水解液中分離回收纖維素酶。首先通過(guò)沉淀去除分子直徑大于50 μm的粒子，然后通過(guò)微濾進(jìn)一步去除懸浮物，再通過(guò)超濾回收溶解性的纖維素酶。經(jīng)濟(jì)性分析表明通過(guò)此法回收得到了75 %的有活性的纖維素酶，提高了經(jīng)濟(jì)效益。Qi等[11]采用超濾和納濾組合的方法從小麥纖維素酶解液中回收纖維素酶同時(shí)濃縮糖。最終超濾過(guò)程回收了原酶解液中73.9 %的纖維素酶，可重新用于酶水解過(guò)程。Tian等[12]采用中空纖維超濾膜(PS 30, 截留分子量30 000 u)從CO2激光預(yù)處理玉米秸稈酶解液中回收纖維素酶。采用BBD試驗(yàn)優(yōu)化了操作條件在最優(yōu)條件(操作壓力0.173 MPa、溫度36.38 ℃、pH值 5.92)下，超濾膜對(duì)纖維素酶的截留率超過(guò)95 %，較好地實(shí)現(xiàn)了對(duì)纖維素酶的回收。

超濾還可以用來(lái)回收水解液中的半纖維素成分。Egues等[13]采用超濾技術(shù)對(duì)自水解預(yù)處理法得到的木質(zhì)纖維原料水解液中的溶解性半纖維素進(jìn)行分離純化。選擇不同截留分子量的超濾膜進(jìn)行試驗(yàn)，最后對(duì)分離得到的多種半纖維素組分進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征，結(jié)果表明通過(guò)超濾技術(shù)對(duì)半纖維素進(jìn)行分離能提高水解液的電化學(xué)性質(zhì)。Arkell等[14]利用截留分子量為1 000～200 000 u的超濾膜從軟木堿水解液中分離大分子的半纖維素與木質(zhì)素，發(fā)現(xiàn)1 000 u的超濾膜對(duì)兩者的分離效果最好。

利用超濾技術(shù)回收木質(zhì)素也是可行的。Wallberg等[15]較早提出采用有機(jī)超濾膜回收木質(zhì)纖維原料水解液中的木質(zhì)素。鑒于有機(jī)膜分離木質(zhì)素存在膜污染大、通量低和過(guò)濾溫度低的問(wèn)題，此后該領(lǐng)域木質(zhì)素的分離基本都以陶瓷膜為主。Toleuno等[16]采用不同截留分子量的高溫陶瓷膜分離木質(zhì)素，對(duì)得到的不同木質(zhì)素組分進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征，并對(duì)不同結(jié)構(gòu)木質(zhì)素的商業(yè)化應(yīng)用前景進(jìn)行了分析。Li等[17]采用截留分子量為5 000 u的陶瓷超濾膜從水稻秸稈堿水解液中回收堿溶性木質(zhì)素并回用堿液，同時(shí)對(duì)超濾過(guò)程中的膜污染機(jī)理進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)完全堵塞模型和居間堵塞模型是該料液體系超濾過(guò)程中主要的污染機(jī)制。最終經(jīng)過(guò)3次循環(huán)的堿液再處理新一批的秸稈底物也能達(dá)到很好的預(yù)處理效果。

通過(guò)現(xiàn)有文獻(xiàn)報(bào)道看出，利用超濾對(duì)木質(zhì)纖維原料水解液或者酶解液中一些大分子化合物的回收效果較好，今后通過(guò)優(yōu)化膜材料和膜過(guò)程有望取得更好的分離效果，同時(shí)可以探索超濾技術(shù)在生物煉制其他方面的應(yīng)用。

3.2納濾

一方面，由于高溫高壓條件，木質(zhì)纖維原料在預(yù)處理過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生對(duì)酶水解或者發(fā)酵有抑制作用的物質(zhì)；另一方面，由于預(yù)處理過(guò)程不同和水解效率問(wèn)題，一般木質(zhì)纖維原料預(yù)處理水解液中可發(fā)酵利用糖的濃度偏低。因此納濾技術(shù)在生物煉制領(lǐng)域常用來(lái)實(shí)現(xiàn)水解液中單糖的濃縮、糖與抑制劑的分離、五碳糖與六碳糖的分離以及不同種類(lèi)抑制劑的分離。Sjoman等[18]采用納濾技術(shù)從濃縮的單糖溶液中分離葡萄糖與木糖，考察了水解液中葡萄糖與木糖比例和納濾操作條件(溫度、pH值、跨膜壓力等)對(duì)分離性能的影響，發(fā)現(xiàn)盡管葡萄糖和木糖相對(duì)分子質(zhì)量相差不大，在不同操作條件下，木糖對(duì)葡萄糖的分離因子能達(dá)到1.5～3.8。Lyu等[19]報(bào)道兩步納濾法能實(shí)現(xiàn)木質(zhì)纖維原料水解液中糖、芳香類(lèi)物質(zhì)和乙酸的分離。

納濾用于對(duì)木質(zhì)纖維原料水解液脫毒的相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道比較多。Qi等[20]采用納濾技術(shù)對(duì)木質(zhì)纖維原料稀酸水解液模擬液中的糖與抑制劑糠醛進(jìn)行分離，最終葡萄糖和木糖濃度分別提高了2.4和2.3倍。再采用滲濾模式對(duì)納濾濃縮液進(jìn)行糠醛脫除，最終糠醛的去除率達(dá)到66.6 %，實(shí)現(xiàn)了糖與糠醛的初步分離。 Luo等[21]采用經(jīng)漆酶預(yù)處理的納濾膜來(lái)處理木質(zhì)纖維原料水解液模擬液，最終能很好地實(shí)現(xiàn)水解液中酚酸與單糖的分離，同時(shí)在這個(gè)過(guò)程中考察了不同種類(lèi)的膜、料液pH值和操作壓力對(duì)分離過(guò)程的影響。該研究采用漆酶預(yù)處理納濾膜，進(jìn)一步提高了納濾膜對(duì)糖與酚酸的分離性能。Li等[22]采用納濾技術(shù)對(duì)超濾處理后的水稻秸稈堿水解液進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)了水解液中酚酸與酚醛的分離，對(duì)高附加值的羥基肉桂酸類(lèi)進(jìn)行了濃縮，最終截留液中羥基肉桂酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到90.7 %。

近幾年離子液體在木質(zhì)纖維原料預(yù)處理中的應(yīng)用越來(lái)越多，由于離子液體成本較高，故而有報(bào)道[23-24]嘗試采用納濾技術(shù)對(duì)預(yù)處理水解液中的離子液體進(jìn)行回收，并被證明是可行的。Abels等[23]采用納濾膜回收得到的離子液體(1,3-二甲基咪唑二甲基膦)純度能達(dá)到80 %。

納濾膜材料表面帶有電荷，因此料液中溶質(zhì)的帶電性和離子濃度等對(duì)納濾膜的分離性能影響較大。在進(jìn)行納濾分離時(shí)，需要對(duì)操作條件，如料液濃度、物料配比、料液pH值、操作壓力、錯(cuò)流速度等進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到最好的膜分離效果。由于納濾膜孔較小，容易堵塞，因此在進(jìn)行納濾操作前，需要對(duì)料液進(jìn)行預(yù)處理(微濾、離心等手段)，使料液中的懸浮物濃度降低到一定程度，才能進(jìn)行納濾操作，以保證納濾膜的使用壽命和分離效果。

3.3反滲透

由于木質(zhì)纖維原料水解液中抑制劑含量很高，所以用反滲透技術(shù)進(jìn)行抑制劑的分離受到了很多的關(guān)注[25-27]。Han等[25]首次將反滲透應(yīng)用于乙酸-葡萄糖模擬液中，實(shí)現(xiàn)乙酸的分離，反滲透膜對(duì)葡萄糖和乙酸的截留率分別達(dá)到99 %和40 %，Zhou等[27]采用反滲透和滲濾處理秸稈稀酸水解液模擬液，實(shí)現(xiàn)了單糖的濃縮和抑制劑的去除。與納濾一樣，分子排阻和Donnan效應(yīng)是反滲透膜分離的2種主要機(jī)制，因此反滲透膜對(duì)溶質(zhì)的截留率受操作條件的影響，如料液pH值、料液濃度、溫度和操作壓力。與納濾不一樣，反滲透的分離機(jī)制還包括溶解-擴(kuò)散，因?yàn)閷?duì)于不帶電的單糖而言，其截留率與料液pH值和溫度無(wú)關(guān)，反滲透基本屬于無(wú)孔膜，主要是溶解-擴(kuò)散機(jī)制在起作用。盡管目前用納濾對(duì)木質(zhì)纖維原料水解液中糖和抑制劑進(jìn)行分離研究比較多，但是Zhou等[28]比較了反滲透和納濾技術(shù)對(duì)水解液中乙酸和單糖的分離效果，得出反滲透技術(shù)更有利于單糖的濃縮和乙酸的去除。

3.4其他膜過(guò)程

3.4.1膜蒸餾 膜蒸餾(MD)是膜技術(shù)與蒸餾過(guò)程相結(jié)合的分離過(guò)程，以膜兩側(cè)蒸氣壓差為驅(qū)動(dòng)力，一側(cè)溶液中的水在膜表面氣化，通過(guò)微孔膜傳遞到膜的另一側(cè)，重新冷凝為液態(tài)，達(dá)到分離目的。膜蒸餾過(guò)程在木質(zhì)纖維原料生物煉制過(guò)程中主要用來(lái)分離容易氣化的成分，如乙醇、丁醇、糠醛和弱酸等。王亞飛等[29]采用真空膜蒸餾去除酶解液中的糠醛成分。在優(yōu)化條件下，膜對(duì)葡萄糖的保留率達(dá)到99.5 %以上，糠醛去除率達(dá)到95.16 %。真空膜蒸餾可以提高可發(fā)酵糖的濃度同時(shí)去除糠醛抑制劑。劉青等[30]采用多效膜蒸餾去除水解液中多種揮發(fā)性組分并濃縮糖。Chen等[31]采用真空膜蒸餾對(duì)木質(zhì)纖維原料水解液進(jìn)行脫毒，去除水解液中的乙酸和糠醛抑制劑。結(jié)果表明乙酸的去除率不高，但糠醛去除率達(dá)到98 %，經(jīng)過(guò)脫毒后的水解液乙醇發(fā)酵效率提高了17.8 %。Udriot等[32]將膜蒸餾與發(fā)酵過(guò)程耦合，分離乙醇發(fā)酵產(chǎn)物。結(jié)果表明乙醇產(chǎn)率從0.99 g/(L·h)提高到1.85 g/(L·h)，提高了87 %。膜蒸餾實(shí)際應(yīng)用最大的問(wèn)題就是膜浸潤(rùn)和結(jié)垢，會(huì)導(dǎo)致分離效果降低。另外，膜蒸餾盡管能實(shí)現(xiàn)發(fā)酵液中乙醇的分離，但是對(duì)乙醇的分離因子比較低，對(duì)膜材料方面的改進(jìn)主要是提高分離因子，促進(jìn)分離效果。

3.4.2滲透氣化 滲透氣化主要利用蒸氣壓差，根據(jù)料液中各組分不同的吸附、溶解和擴(kuò)散速度而實(shí)現(xiàn)分離。滲透氣化相比于蒸發(fā)過(guò)程更加高效、節(jié)能，目前在一些醇類(lèi)的脫水和回收方面已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用。在生物煉制領(lǐng)域，滲透氣化主要用來(lái)對(duì)發(fā)酵液中揮發(fā)性產(chǎn)物進(jìn)行分離[33-36]，如丁醇、乙醇等。

Liu等[34]采用聚醚嵌段酰胺(PEBA)的滲透氣化膜，回收丙酮、丁醇和乙醇，發(fā)現(xiàn)PEBA膜對(duì)丁醇的選擇性高于丙酮和乙醇，分離效果好。Peng等[35]研究了大量的適用于乙醇分離的滲透氣化膜材料，實(shí)驗(yàn)獲得的通量和分離因子數(shù)據(jù)表明，聚二甲基硅氧烷(PDMS)是目前用于滲透氣化性能最好的膜材料。目前也有組合超濾-滲透氣化技術(shù)與乙醇或者丁醇發(fā)酵進(jìn)行耦合[36]，用于實(shí)現(xiàn)菌體的回用和發(fā)酵產(chǎn)物的連續(xù)分離，從而提高乙醇或丁醇產(chǎn)率。

3.4.3電滲析和電超濾 韓國(guó)Lee 等[37-39]在電滲析對(duì)木質(zhì)纖維原料水解液脫毒方面做了大量工作，也發(fā)表了許多相關(guān)的研究成果。報(bào)道了將電滲析技術(shù)應(yīng)用于草酸預(yù)處理水解液中，回收草酸預(yù)處理液的同時(shí)去除部分抑制劑。通過(guò)電滲析處理前后的水解液進(jìn)行發(fā)酵試驗(yàn)，乙醇得率從0.12 g/g提高到0.33 g/g。此外，還報(bào)道了采用電滲析技術(shù)從草酸預(yù)處理的木質(zhì)纖維原料水解液中分離抑制劑，電滲析過(guò)程對(duì)甲酸的去除率為100 %，對(duì)乙酸的去除率達(dá)到40 %。由于擴(kuò)散和吸附，該處理作用對(duì)糠醛和五羥甲基糠醛也能起到去除效果，去除率分別為41.1 %和14.0 %。Chen等[40]在參考普通超濾膜回收纖維素酶的基礎(chǔ)上，提出采用電超濾技術(shù)從秸稈酶解液中回收纖維素酶，研究表明采用低緩沖液濃度和高電流能提高電場(chǎng)強(qiáng)度和膜通量，降低膜過(guò)程中的濃差極化現(xiàn)象，保持纖維素酶活力。

電驅(qū)動(dòng)膜過(guò)程相對(duì)能耗高，對(duì)于水解液中高濃度的物質(zhì)采用電驅(qū)動(dòng)的膜過(guò)程比較劃算，而實(shí)際木質(zhì)纖維原料水解液中這些高附加值的副產(chǎn)物濃度偏低，如何降低過(guò)程能耗和成本是今后在生物煉制領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用需要考慮和解決的問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)與展望

膜技術(shù)目前在木質(zhì)纖維原料生物煉制領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛，主要包括木質(zhì)素和纖維素酶大分子的回收、糖的濃縮、水解液中抑制劑的分離和高附加值物質(zhì)的回收等。但是目前有2方面的問(wèn)題成為其大規(guī)模應(yīng)用的制約因素，一是木質(zhì)纖維原料實(shí)際料液成分復(fù)雜，導(dǎo)致膜污染現(xiàn)象嚴(yán)重；二是膜技術(shù)應(yīng)用成本偏高，主要是材料和清洗成本高。今后，需要在如下幾個(gè)方面有所突破：1)研制價(jià)格更低、抗污染性能更強(qiáng)的新型膜材料，如納米水通道、碳納米管等方面的研究；2)通過(guò)膜改性修飾增強(qiáng)現(xiàn)有膜材料的分離性能；3)開(kāi)發(fā)高效低成本的膜清洗技術(shù)，促進(jìn)膜的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，降低成本。

[1]PARAJULI R,ULGAARD T,J?RGENSEN U,et al. Biorefining in the prevailing energy and materials crisis:A review of sustainable pathways for biorefinery value chains and sustainability assessment methodologies[J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews,2015,43:244-263.

[2]MAITY S K. Opportunities,recent trends and challenges of integrated biorefinery:Part I[J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews,2015,43:1427-1445.

[3]BEHERA S,ARORA R,NANDHAGOPAL N,et al. Importance of chemical pretreatment for bioconversion of lignocellulosic biomass[J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews,2014,36:91-106.

[4]ALMEIDA J M R,MODIG T,PETERSSON A,et al. Increased tolerance and conversion of inhibitors in lignocellulosic hydrolysates bySaccharomycescerevisiae[J]. Journal of Chemical Technology and Biotechnology,2007,82(4):340-349.

[5]WEI P,CHENG L H,ZHANG L,et al. A review of membrane technology for bioethanol production[J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews,2014,30:388-400.

[6]LUO J Q,WAN Y H. Effects of pH and salt on nanofiltration:A critical review[J]. Journal of Membrane Science,2013,438:18-28.

[7]ZULARISAM A W,ISMAIL A F,SALIM R. Behaviours of natural organic matter in membrane filtration for surface water treatment:A review[J]. Desalination,2006,194(1/2/3):211-231.

[8]SHIRAZI S,LIN C J,CHEN D. Inorganic fouling of pressure-driven membrane processes:A critical review[J]. Desalination,2010,250(1):236-248.

[9]NUNES S P,PEINEMANN K V. Membrane Technology:In the Chemical Industry[M]. [s.l.]:Federal Republic of Germany,2001.

[10]MORES W D,KNUTSEN J S,UVIS R H. Cellulase recovery via membrane filtration[J]. Applied Biochemistry and Biotechnology,2001,91/92/93:297-309.

[11]QI B K,LUO J Q,CHEN G Q,et al. Application of ultrafiltration and nanofiltration for recycling cellulose and concentration glucose from enzymatic hydrolyzate of steam exploded wheat straw[J]. Bioresource Technology,2012,104:466-472.

[12]TIAN S Q,WANG X W,ZHAO R Y,et al. Recycling cellulose from enzymatic hydrolyzate of laser-pretreated corn stover by UF membrane[J]. BioResources,2015,10(4):7315-7321.

[13]EGUES I,SANCHEZ C,MONDRAGON I,et al. Separation and purification of hemicelluloses by ultrafiltration[J]. Industrial & Engineering Chemistry Research,2012,51(1):523-530.

[14]ARKELL A,OLSSON J,WALLBERG O. Process performance in lignin separation from softwood black liquor by membrane filtration[J]. Chemical Engineering Research and Design,2014,92(9):1792-1800.

[15]WALLBERG O,JONSSON A S,WIMMERSTEDT R. Fractionation and concentration of kraft black liquor lignin with ultrafiltration[J]. Desalination,2003,154(2):187-199.

[16]TOLEUNO A,GARCIA A,MONDRAGON I,et al. Lignin separation and fractionation by ultrafiltration[J]. Separation and Purification Technology,2010,71(1):38-43.

[17]LI Y,QI B K,LUO J Q,et al. Alkali recycling from rice straw hydrolyzate by ultrafiltration:Fouling mechanism and pretreatment efficiency[J]. Industrial & Engineering Chemistry Research,2015,54(32):7925-7932.

[18]SJOMAN E,MANTTARI M,NYSTROM M,et al. Separation of xylose from glucose by nanofiltration from concentrated monosaccharide solutions[J]. Journal of Membrane Science,2007,292(1/2):106-115.

[19]LYU H,CHEN K F,YANG X,et al. Two-stage nanofiltration process for high-value chemical production from hydrolysates of lignocellulosic biomas through hydrothermal liquefaction[J]. Separation and Purification Technology,2015,147:276-283.

[20]QI B K,LUO J Q,CHEN X R,et al. Separation of furfural from monosaccharides by nanofiltration[J]. Bioresource Technology,2011,102(14):7111-7118.

[21]LUO J,ZEUNER B,MORTHENSEN S T,et al. Separation of phenolic acids from monosaccharides by low-pressure nanofiltration integrated with laccase pre-treatments[J]. Journal of Membrane Science,2015,482:83-91.

[22]LI Y,QI B K,LUO J Q,et al. Separation and concentration of hydroxycinnamic acids in alkaline hydrolyzate from rice straw by nanofiltration[J]. Separation and Purification Technology,2015,149:315-321.

[23]ABELS C,REDEPENNING C,MOLL A,et al. Simple purification of ionic liquid solvents by nanofiltration in biorefining of lignocellulosic substrates[J]. Journal of Membrane Science,2012,405/406:1-10.

[24]HAZARIKA S,DUTTA N N,RAO P G. Dissolution of lignocelulose in ionic liquids and its recovery by nanofiltration membrane[J]. Separation and Purification Technology,2012,97:123-129.

[25]HAN I,CHERYAN M. Downstream Processing of Acetate Fermentation Broths by Nanofiltration[M]∥WYMAN C,UVISON B,Editors. Seventeenth symposium on biotechnology for fuels and chemicals.Clifton:Humana Press,1996:19-28.

[26]SAGEHASHI M,NOMURA T,SHISHIDO H,et al. Separation of phenols and furfural by pervaporation and reverse osmosis membranes from biomass-superheated steam pyrolysis-derived aqueous solution[J]. Bioresource Technology,2007,98(10):2018-2026.

[27]ZHOU F L,WANG C W,WEI J. Simultaneous acetic acid separation and monosaccharide concentration by reverse osmosis[J]. Bioresource Technology,2013,131:349-356.

[28]ZHOU F L,WANG C W,WEI J. Separation of acetic acid from monosaccharides by NF and RO membranes:Performance comparison[J]. Journal of Membrane Science,2013,429:243-251.

[29]王亞飛,張紅漫,程麗華，等. 膜蒸餾濃縮纖維素糖液與去除糠醛的研究[J]. 膜科學(xué)與技術(shù)，2012，32(5):92-96.

[30]劉青，秦英杰，劉建軍，等. 多效膜蒸餾法秸稈酸水解液的脫毒及糖濃縮[J]. 膜科學(xué)與技術(shù)，2015，35(6):99-105.

[31]CHEN J W,ZHANG Y Q,WANG Y F,et al. Removal of inhibitors from lignocellulosic hydrolyzates by vacuum membrane distillation[J]. Bioresource Technology,2013,144:680-683.

[32]UDRIOT H,AMPUERO S,MARISON I W,et al. Extractive fermentation of ethanol using membrane distillation[J]. Biotechnology Letters,1999,11(7):509-514.

[33]ZHOU H L,SU Y,CHEN X R,et al. Separation of acetone,butanol and ethanol(ABE) from dilute aqueous solutions by silicalite-1/PDMS hybrid pervaporation membranes[J]. Separation and Purification Technology,2011,79(3):375-384.

[34]LIU F F,LIU L,FENG X S. Separation of acetone-butanol-ethanol(ABE) from dilute aqueous solutions by pervaporation[J]. Separation and Purification Technology,2005,42(3):273-282.

[35]PENG P,SHI B L,LAN Y Q. A review of membrane materials for ethanol recovery by pervaporation[J]. Separation Science and Technology,2010,46(2):234-246.

[36]LI J,CHEN X R,QI B K,et al. Efficient production of acetone-butanol-ethanol(ABE) from cassava by a fermentation-pervaporation coupled process[J]. Bioresource Technology,2014,169:251-257.

[37]LEE J W,TRINH L T P,LEE H J. Removal of inhibitors from a hydrosate of lignocelluloses of lignocellulosic biomass using electrodialysis[J]. Separation and Purification Technology,2014,122:242-247.

[38]LEE H J,SEO Y J,LEE J W. Characterization of oxalic acid pretreatment on lignocellulosic biomass using oxalic acid recovered by electrodialysis[J]. Bioresource Technology,2013,133:87-91.

[39]LEE H J,AHN S J,SEO Y J,et al. A feasibility study on the multistage process for the oxalic acid pretreatment of a lignocellulosic biomass using electrodialysis[J]. Bioresource Technology,2013,130:211-217.

[40]CHEN G Q,SONG W J,QI B K,et al. Recycling cellulose from enzymatic hydrolyzate of acid treated wheat straw by electroultrafiltration[J]. Bioresource Technology,2013,144:186-193.