用于純化乙醇的臭氧

     自古以來(lái)，酒精就被用于發(fā)酵飲料。此外，乙醇也用于各種用途，如消毒或提取。作為液體燃料的補(bǔ)充，乙醇很近變得更加重要。由于原油價(jià)格的上漲和人們對(duì)環(huán)境問(wèn)題的關(guān)注，燃料乙醇的生產(chǎn)迅速增加。2006年，生產(chǎn)了近50億加侖的乙醇，超過(guò)100個(gè)乙醇工廠現(xiàn)在在20個(gè)州運(yùn)營(yíng)(美國(guó)農(nóng)業(yè)部，2006年)。在美國(guó)，乙醇主要由玉米生產(chǎn)。生產(chǎn)過(guò)程包括研磨、烹飪、糖化、發(fā)酵和蒸餾。食品級(jí)酒精生產(chǎn)需要進(jìn)一步精餾，以去除揮發(fā)性有機(jī)雜質(zhì)，以滿(mǎn)足目前美國(guó)2.8億加侖的需求。這些雜質(zhì)可能對(duì)健康有影響，或在飲料酒精中產(chǎn)生難聞的味道和氣味。今天，這些不受歡迎的化合物是通過(guò)多次蒸餾除去的(Sobocan和Glavic, 2000)。然而，這種提純方法增加了酒精的成本。

     另一方面，臭氧處理作為一種經(jīng)濟(jì)有效的凈化方法，在水和廢水處理中得到了廣泛的應(yīng)用。臭氧，O3，是一個(gè)三原子分子，由三個(gè)氧原子組成。它是氧的同素異形體，比雙原子氧穩(wěn)定性差得多。這種氣體顏色蒼白，有一種獨(dú)特的氣味。臭氧具有很高的氧化電位，僅次于羥基自由基。這是由臭氧的氧化活性和氧化空間產(chǎn)生的臭氧，如OH●自由基(Sangave, et al.， 2006)。因此，臭氧可以氧化許多有機(jī)和無(wú)機(jī)化合物。此外，由于其成分不穩(wěn)定，隨著時(shí)間的推移，它會(huì)分解，所以在處理后沒(méi)有殘留物。由于這些原因，臭氧被用于許多用途，如消毒、變色和除臭。在水處理中，臭氧化可以顯著降低水中的毒素和毒性(Brooke等人，2006年)。此外，據(jù)估計(jì)，臭氧處理廢水和污泥的成本僅為0.0437美分/加侖，而蒸餾成本約為30美分/加侖(He et al.， 2006)。預(yù)計(jì)臭氧可以去除蒸餾不能去除的雜質(zhì)，如共沸物。共沸物是兩種以上的化合物的混合物，它們?cè)跉庀嗪鸵合嘀械哪柗謹(jǐn)?shù)是相同的，這意味著這些化合物不能通過(guò)蒸餾分離。通過(guò)蒸餾提高乙醇濃度時(shí)，共沸物成為一個(gè)問(wèn)題。乙醇和水由共沸物組成。因此，僅用蒸餾不能得到200級(jí)乙醇。然而，問(wèn)題不僅僅是水。乙醇與其他化合物形成共沸物，特別是沸點(diǎn)與乙醇相似的化合物。表1列舉了乙醇的共沸化合物的例子。有些化合物對(duì)健康有影響，如苯。臭氧有可能去除這些化合物。

在本研究中，測(cè)試了一種將燃料級(jí)乙醇凈化為制藥級(jí)和飲料級(jí)乙醇的新方法。擬議的處理過(guò)程的費(fèi)用預(yù)計(jì)將低于每加侖0.01美元。我們已經(jīng)證明，臭氧可以氧化乙醇中的一些不受歡迎的化合物。此外，顆?；钚蕴康奈娇梢匀コ粞醴纸獾脑S多副產(chǎn)物。所有的化學(xué)和感官分析都使用固相微萃取(SPME)從乙醇樣品中提取揮發(fā)性有機(jī)化合物，并使用多維gc - ms -嗅覺(jué)測(cè)定系統(tǒng)來(lái)鑒定雜質(zhì)和氣味化合物的影響。到目前為止，我們證實(shí)僅用臭氧就可以顯著減少一些雜質(zhì)。臭氧和顆?；钚蕴?jī)艋剂弦掖际怯行У摹?/p>

結(jié)論

研究了用臭氧氣體和顆粒活性炭(GAC)凈化乙醇的方法。隨著臭氧用量的增加，乙醇樣品中某些雜質(zhì)的降低率增大。然而，臭氧的作用是有選擇性的。有些化合物不能很好地去除。臭氧具有選擇性的特性，而活性炭則是非選擇性的。大部分雜質(zhì)被GAC除去。同時(shí)，它對(duì)臭氧分解副產(chǎn)物的去除也很有效。

我們還發(fā)現(xiàn)，非純的原料氣和臭氧發(fā)生器中的某些成分會(huì)導(dǎo)致乙醇樣品中引入雜質(zhì)。我們的純凈飼料氣體提供設(shè)置實(shí)現(xiàn)了提供高純度飼料氣體的臭氧發(fā)生器。此外，研究小組設(shè)計(jì)的新臭氧發(fā)生器可以產(chǎn)生更純凈的臭氧氣體。這些新的裝置將提供更準(zhǔn)確的研究結(jié)果，乙醇的凈化使用臭氧和GAC。