近年来化石燃料储量日益减少,其燃烧引起的环境问题也越来越引起人们的重视。燃料乙醇是众多可再生能源中常见的一种,而且因其对环境相对友好等诸多优点成为了研究热点,主要采用发酵法进行生产,但是发酵液中酵母因产物乙醇的抑制,其生长与代谢受影响严重,从而导致乙醇产率下降。原位分离技术可在发酵进行的同时将生成的乙醇分离,进而使其浓度下降,消除对酵母生长的抑制。渗透汽化技术是可以与发酵过程耦合实现产物乙醇原位移除并达到较好效果的分离方法之一。但是一些研究发现在乙醇发酵-渗透汽化耦合过程中,存在膜性能劣化的问题,不仅直接影响乙醇的产率,而且由于渗透汽化膜性能的劣化在生产过程中不得不频繁更换,增加了辅助时间提高了原料成本以及操作费用,导致这一技术难以进行工业化规模的应用。本文主要针对乙醇发酵-渗透汽化耦合过程中存在的膜性能劣化的现象,研究影响膜性能的主要物质,并且对其机理进行深入探讨。首先通过发酵-渗透汽化耦合实验初步了解此过程中膜性能劣化的程度。之后,采用外加研究法,研究向乙醇水溶液中添加葡萄糖、甘油、琥珀酸及无机盐等物质之后膜性能的变化情况,由此探讨发酵液中对膜劣化起主要作用的物质。最后从膜污染、浓差极化以及溶液汽液平衡的改变三种可能的原理出发,研究导致膜性能劣化的原因,从而为探索解决此问题的方法提供有力依据。首先使用自制PDMS膜进行乙醇发酵-渗透汽化耦合实验,结果显示总渗透通量从303.9g·m-2·h-1下降到178.9 g·m-L·h-1,降低了41.1%,其中主要是乙醇通量的下降,水通量并无明显变化。之后针对膜性能劣化的问题,从发酵液中含量较高的葡萄糖、琥珀酸、甘油、无机盐等物质出发研究造成膜劣化的主要物质。配制9wt%乙醇水溶液作为渗透汽化过程的料液,测定自制PDMS膜的性能作为对照实验,分别向料液中加入1wt%的上述物质,进行渗透汽化测试,结果表明加入甘油后,渗透通量从531.5 g·m-2·h-1变为505.1g·m·h-2下降了5.0%,膜性能变化相对明显,可能是造成膜劣化主要物质之一。而加入葡萄糖、琥珀酸以及无机盐之后膜性能基本不变,三种物质在此浓度下不会引起膜劣化。最后探究导致膜性能劣化的机理。当乙醇水溶液中所含的无机盐与葡萄糖浓度高于1mol·L-1时可以引起乙醇水汽液平衡的改变从而使乙醇通量提高水通量降低：但当甘油浓度达到0.5 mol·L-1时,便会使总渗透通量提高11.4%,但乙醇通量基本不变。上述三种物质只有在其浓度较高的情况下才会对乙醇水溶液汽液平衡有较大影响,在发酵液中的浓度下并不能导致膜性能劣化。渗透汽化过程中浓差极化会导致膜性能的下降,而且与乙醇水溶液相比,在以发酵液为料液进行的渗透汽化过程中因浓差极化现象导致的膜性能变化程度相似,发酵液中各组分的存在并不会加重浓差极化的程度。用PDMS膜对含葡萄糖、甘油、琥珀酸等物质的乙醇水溶液进行渗透汽化测试前后,膜对乙醇的透过性能保持不变,表明PDMS膜具有比较良好的抗污染性能。综上所述,膜污染、浓差极化以及汽液平衡的改变理论上对膜的影响有限,膜劣化现象可能是由于在发酵后期发酵液中乙醇浓度降低所导致。