過去幾十年，傳統(tǒng)制造業(yè)在將資源轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品的過程中，消耗了大量有限資源，并造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，綠色制造繼而成為21世紀(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要話題。生物發(fā)酵作為綠色制造的重要一環(huán)，經(jīng)過20多年的發(fā)展，其產(chǎn)品質(zhì)量、技術(shù)創(chuàng)新能力和資源綜合利用水平均得到全面提高，發(fā)展重點(diǎn)也由過去注重量的增加轉(zhuǎn)變?yōu)樽非筚|(zhì)的提升、效益的提高以及全方位綠色生產(chǎn)的推行。
目前，我國生物發(fā)酵產(chǎn)業(yè)在下游加工核心技術(shù)水平上與國外仍具有較大差距。而發(fā)酵產(chǎn)物的下游加工過程先進(jìn)與否直接關(guān)系到發(fā)酵產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，關(guān)系到整個(gè)生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的興衰。在發(fā)酵產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，產(chǎn)品從水中分離及精制過程所需費(fèi)用占總成本的60-90%；同時(shí)分離純化過程操作復(fù)雜、使用了有毒有機(jī)溶劑，違背了綠色化工的初衷，且大大提高了衍生產(chǎn)品的成本，降低了其市場競爭力，這一點(diǎn)在大宗化學(xué)品的合成中表現(xiàn)尤為突出。此外，隨著生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大，廢水污染問題越來越突出。發(fā)酵廢水水質(zhì)特點(diǎn)是“兩高”即：高有機(jī)物濃度和高懸浮物濃度。直接排放將對環(huán)境造成巨大危害，而常規(guī)處理方法成本高，企業(yè)負(fù)擔(dān)大。因此，研發(fā)更加綠色的下游加工及水處理工藝已成為發(fā)酵工業(yè)發(fā)展的新趨勢。
針對發(fā)酵產(chǎn)物分離精制加工成本高的問題，青島能源所生物基材料組群馮德鑫研究組提出發(fā)酵產(chǎn)品水相原位轉(zhuǎn)化技術(shù)。區(qū)別于傳統(tǒng)分離精制過程的最大特點(diǎn)是原位轉(zhuǎn)化不需要對發(fā)酵產(chǎn)物進(jìn)行分離提純直接進(jìn)行衍生化制備得到高附加值化學(xué)品。本研究組通過合成多種固體酸復(fù)合催化劑替代傳統(tǒng)高污質(zhì)子酸催化劑，將發(fā)酵液中單糖、酮、長鏈羧酸等生物基產(chǎn)品原位轉(zhuǎn)化為呋喃類化合物、呋咱類化合物和生物柴油等，原料轉(zhuǎn)化率均可達(dá)到90%以上，從而實(shí)現(xiàn)水相條件下高效綠色轉(zhuǎn)化。相關(guān)成果已申請專利10篇，發(fā)表論文5篇。
針對發(fā)酵廢水后續(xù)處理，梁鳳兵等研究人員圍繞綠色、高效、無害化廢水處理，開展了環(huán)保技術(shù)研究，旨在提供系統(tǒng)的發(fā)酵廢水處理節(jié)能環(huán)保新途徑，建立“近零污染發(fā)酵廢水無害化處理回用系統(tǒng)”。針對廢水中有機(jī)污染物，設(shè)計(jì)研發(fā)了TiO2基復(fù)合催化劑，建立了光催化氧化工藝并申請專利1項(xiàng)；通過新型Fenton 氧化催化劑研發(fā)，將反應(yīng)速率提升到傳統(tǒng)方法的3 倍，COD 去除率提升到傳統(tǒng)方法的1.4 倍以上，并通過非均相Fenton 氧化催化劑研發(fā)，實(shí)現(xiàn)了催化劑回用，解決了傳統(tǒng)Fenton 氧化造成鐵鹽污染的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用瓶頸問題，已申請專利3項(xiàng)，授權(quán)1項(xiàng)；通過篩選、誘變得到耐酸性高效降解菌，處理廢水酸度可達(dá)到pH = 1，已申請專利1項(xiàng)。發(fā)酵廢水經(jīng)集成處理后，水資源回用率達(dá)到60%以上。
上述研究獲得了國家自然科學(xué)基金、山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的支持。（文/圖 梁鳳兵 馮德鑫）
