酒精吸附材料及其用途和用法

摘要

本发明涉及一种酒精吸附材料及其用途和用法，其由聚合单体在聚合引发剂的作用下发生自由基聚合反应得到，以聚合单体的总体积为基准，聚合单体由丙烯酸丁酯单体或甲基丙烯酸甲酯单体或二者的混合60%~80%和丙烯酸羟乙酯单体20%~40%组成，所述引发剂的加入重量为聚合单体重量的0.1%~0.8%。本发明的酒精吸附材料可以在室温下从酒精的水溶液中有选择的吸附酒精，可以应用于酒精的低温萃取；可以实现连续发酵，提高酵母的工作周期；还可以在较短的时间内降低酒的度数。此外，酒精吸附材料的制备简单，成本低。

权利要求

1.一种酒精吸附材料，其特征在于：所述酒精吸附材料由聚合单体在聚合引发剂的作用下发生自由基聚合反应得到，以所述的聚合单体的总体积为基准，所述聚合单体由丙烯酸丁酯单体80%和丙烯酸羟乙酯单体20%组成，所述的引发剂的加入重量为所述聚合单体重量的0.1%~0.8%，所述的自由基聚合反应实施如下：将丙烯酸丁酯单体以及丙烯酸羟乙酯单体按比例加入到溶剂中，形成总体积浓度为5~30%的溶液，然后加入聚合引发剂，用惰性气体排氧，维持在聚合引发剂的引发温度下进行反应，反应结束即得所述酒精吸附材料。

2.根据权利要求1所述的酒精吸附材料，其特征在于：所述的聚合引发剂为中温引发剂，其引发温度为30℃~100℃。

3.根据权利要求2所述的酒精吸附材料，其特征在于：所述的聚合引发剂为偶氮二异丁氰。

4.根据权利要求3所述的酒精吸附材料，其特征在于：所述的溶剂为四氢呋喃，所述反应在温度50~60℃下进行。

5.根据权利要求3所述的酒精吸附材料，其特征在于：偶氮二异丁氰的加入重量为所述聚合单体重量的0.3%~0.6%。

6.权利要求1至5中任一项权利要求所述的酒精吸附材料用于从含有酒精的混合溶液中吸附酒精的用途。

7.根据权利要求6所述的用途，其特征在于：所述含有酒精的混合溶液为酒精与水的混合溶液。

8.一种降低酒精与水的混合溶液中酒精的含量的方法，其特征在于：该方法是向酒精与水的混合溶液中加入权利要求1至5中任一项权利要求所述的酒精吸附材料，在温度

20℃~40℃下，保温搅拌30min~2小时，最后过滤除去所述酒精吸附材料。

9. 一种从酒精与水的混合溶液中提纯酒精的方法，其特征在于：该方法利用权利要求

1至5中任一项权利要求所述的酒精吸附材料从酒精与水的混合溶液中将酒精吸附，然后通过加热使被吸附的酒精从酒精吸附材料中解析出来。

说明书

酒精吸附材料及其用途和用法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种具有选择性吸附酒精功能的酒精吸附材料及该材料的用途和用法。

背景技术

[0002] 以发酵法生产的燃料酒精，具有和矿物燃料相似的燃料性能，但其生产原料为生物源，是一种可再生能源。从理论上讲，乙醇燃烧过程中所排放的二氧化碳和作为原料的生物能源生长所消耗的二氧化碳在数量上持平，这对减少大气污染及抑制温室效应意义重大，燃料酒精也因此被称为清洁燃料。自从20世纪70年底发生能源危机以来，人们开始关注可再生能源的利用，采用农作物发酵法生产无水酒精替代或部分替代汽油被提上了日程，据世界新的燃油报道，汽油中可加入10-15%的无水酒精。国际上四大发酵酒精生产国是巴西，美国，中国和俄罗斯。巴西年产量达1200万吨，几乎全部用来代替汽油，作为汽车的燃料。美国年产发酵酒精逾200万吨，大部分用作制备汽油醇。俄罗斯年产近万吨酒精，主要用于配制伏特加等酒精性饮料。燃料酒精在美国，巴西等国家成功的运用了20多年，如美国规定在37个大城市的汽车所用汽油中必须添加5种燃料酒精。近几十年来，通过引进国际上酒精生产的先进技术和我国的自主研究开发，我国在酒精生产技术，装备制造技术等方面的水平有了很大的提高，对环境污染的治理取得了很大改善。但是在行业的总体上，离现代化的酒精工业体系尤其是清洁生产目标还有一段距离。因此，需要加强科技开发的力度和投入，不断创新，不断提高，以增强企业的市场竞争实力，从而提高整个行业的生产技术水平与实力。

[0003] 利用农作物秸秆的发酵制取酒精，当发酵罐内酒精的浓度达到约15%，酵母等菌类停止活动，而由粮食作物（谷类，薯类，糖蜜）经蒸煮，糖化，发酵等处理后得到的发酵液中的酒精含量体积分数非常低（10%），而且杂质含量高，往往需要对其进行后处理，使其达到质量要求。酒精的提纯主要是以高温精馏为主，但这种方法需要巨额投资，设备复杂，而且能耗高，对昂贵而又敏感的酵母有致命性。一般来说，将发酵液中的酒精制成无水酒精要占据整个无水酒精生产过程中能耗的50-80%。采用苯恒沸精馏法时，每生产一吨无水酒精的附加值约为2000元，大大失去了与汽油的竞争能力，因此寻找低能耗的脱水工艺势在必行。

[0004] 无水酒精提纯的非传统技术方法可以在常温下操作且能耗低。该类技术主要包括液-液萃取技术，超临界和亚临界萃取技术，分子筛吸附脱水技术和渗透蒸发技术等。

[0005] 液-液萃取技术的原理是利用萃取剂对乙醇和水的溶解度的差异，将萃取剂加入到乙醇和水的溶液中，在适当的操作条件下，使溶液中的某一组份均匀扩散到萃取剂中，从而达到提高酒精浓度的目的。萃取相易于分离，可以回收再利用。该法设备投资少，操作简便，劳动强度低，分离精度高，根据需要可以制得不同纯度的乙醇。

[0006] 吸附脱水技术的关键是选择适宜的吸附剂。常用的吸附剂有石灰，活性炭，离子交换树脂，分子筛，硅胶等。吸附剂的作用是吸附溶液中的水分和少量乙醇，从而使乙醇的体积分数达到99.5%以上，而吸附剂本身可以得到再生。目前国际上公认分子筛吸附脱水法节能效果好，以分子筛吸附脱水法生产无水酒精最常用。分子筛是一类具有骨架结构的硅酸盐晶体，可进行阳离子交换和可逆的脱水。与硅胶和活性氧化铝等吸附剂相比，分子筛具有强烈的吸水作用，其原因是分子筛的孔径较小，大小与水分子相宜，从而产生超孔壁场叠加，出现特别强的吸附力；而除了孔壁场的吸附作用力外，分子筛还有较大的静电力。两种作用力的存在，使得分子筛吸附剂的吸附力特别强。

[0007] 活性炭的性质主要表现为吸附性、化学性、催化性和机械性。制造活性炭的关键工艺是活化，根据所用活化剂的不同，可以分为化学品活化法和气体活化法两类。在活化中原料所含矿物质集中到活性炭里成为灰分，灰分的主要成分是碱金属和碱土金属的盐类，如磷酸盐等。这样的活性炭中将含有较多的可溶于水或乙醇的其他有机物或无机物，使酒体带色、固形物超标或产生货架期沉淀现象，给酒质带来恶劣的无法挽回的影响。纵观近年来关于活性炭的种类、使用量及作用时间，对产品的酸、酯等香气成分保留量的影响等方面的文献，一般侧重于活性炭的物理吸附，而忽视了其化学吸附对酒质的影响。活性炭的吸附性既取决于孔隙结构，又取决于化学组成。随着活性炭用量的增加，酒中己酸乙酯、乳酸乙酯、乙酸乙酯、丁酸乙酯等色谱骨架成分及棕榈酸乙酯、亚油酸乙酯、油酸乙酯等高级脂肪酸乙酯的含量均有一定程度的降低，至吸附用量为2.0％时，酒中的高级脂肪酸酯成分则被完全吸附。不同的活性炭产品对酒中的微量香味成分及除浊效果的影响差异不大。

发明内容

[0008] 本发明所要解决的技术问题是提供一种制备简单、成本低、可选择性吸附酒精的酒精吸附材料。

[0009] 本发明同时还涉及酒精吸附材料的用途及用法。

[0010] 为解决以上技术问题，本发明采取的一种技术方案是：

[0011] 一种酒精吸附材料，其由聚合单体在聚合引发剂的作用下发生自由基聚合反应得到，以聚合单体的总体积为基准，聚合单体由丙烯酸丁酯单体或甲基丙烯酸甲酯单体或二者的混合60%~80%和丙烯酸羟乙酯单体20%~40%组成，所述引发剂的加入重量为聚合单体重量的0.1%~0.8%。

[0012] 根据本发明，所述的自由基聚合反应可以按照本领域所熟知的方式进行。根据本发明的一个具体方面，所述自由基聚合反应实施如下：将丙烯酸丁酯单体或甲基丙烯酸甲酯单体或二者的混合，以及丙烯酸羟乙酯单体按比例加入到溶剂中，形成总体积浓度为5~30%的溶液，然后加入聚合引发剂，用惰性气体排氧，维持在聚合引发剂的引发温度下进行反应，反应结束即得所述酒精吸附材料。

[0013] 优选地，所述的聚合引发剂为中温引发剂，其引发温度为30℃~100℃。在一个代表性的实施方式中，例如所述聚合引发剂为偶氮二异丁氰，溶剂为四氢呋喃，反应在温度50~60℃下进行。偶氮二异丁氰的加入重量优选为聚合单体重量的0.3%~0.6%例如0.5%。

[0014] 根据本发明的酒精吸附材料，其中丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸甲酯均为疏水性单体，赋予了材料一定的疏水性；而丙烯酸羟乙酯为亲水性单体。通过将疏水性单体和亲水性单体控制在本发明的比例范围之内，使得材料的极性与乙醇及其水合物的极性相当。醇羟基的存在提供了材料与乙醇水合物形成氢键的机会。这些氢键的形成有助于增强材料与乙醇及其水合物的作用力，使已经迁移到吸附材料中的乙醇及其水合物不再自由的又扩散回去，从而保证了乙醇及其水合物从混合溶液中向吸附材料中不可逆的扩散，最终达到了有选择吸附酒精的目的。

[0015] 为此，本发明特别还涉及上述的酒精吸附材料用于从含有酒精的混合溶液中吸附酒精的用途。

[0016] 所述含有酒精的混合溶液特别优选为酒精与水的混合溶液。

[0017] 本发明同时还要提供一种降低酒精与水的混合溶液中酒精的含量的方法，该方法是向酒精与水的混合溶液中加入上述的酒精吸附材料，在温度20℃~40℃下，保温搅拌30min~2小时，最后过滤除去酒精吸附材料。

[0018] 本发明还提供一种从酒精与水的混合溶液中提纯酒精的方法，该方法利用上述的酒精吸附材料从酒精与水的混合溶液中将酒精吸附，然后通过加热使被吸附的酒精从酒精吸附材料中解析出来。

[0019] 上述提纯酒精的方法中，为使酒精解析出来，一般需要加热至温度65℃~80℃。

[0020] 由于以上技术方案的实施，本发明与现有技术相比具有如下优点：

[0021] 本发明的酒精吸附材料可以在室温下从酒精的水溶液中有选择的吸附酒精，可以应用于酒精的低温萃取；可以实现连续发酵，提高了酵母的工作周期；还可以在较短的时间内降低酒的度数。此外，酒精吸附材料的制备简单，成本低。

具体实施方式

[0022] 以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明的基本原理、主要特征和优点，而本发明不受以下实施例的范围限制。实施例中采用的实施条件可以根据具体要求做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

[0023] 实施例1

[0024] 一种酒精吸附材料，其制备过程如下：将丙烯酸丁酯和丙烯酸羟乙酯按体积比6∶4的比例混合后加入到四氢呋喃中，形成体积浓度为5%的溶液，再继续向溶液中加入用量为单体重量的0.5%的引发剂偶氮二异丁氰，用氮气或氩气对溶液进行排氧30分钟，升温至60℃，反应24小时，即得。

[0025] 实施例2

[0026] 一种酒精吸附材料，其制备过程如下：将甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸羟乙酯按体积比7∶3的比例混合后加入到四氢呋喃中，形成体积浓度为15%的溶液，再继续向溶液中加入用量为单体重量的0.5%的引发剂偶氮二异丁氰，用氮气或氩气对溶液进行排氧30分钟，升温至60℃，反应24小时，即得。

[0027] 实施例3

[0028] 一种酒精吸附材料，其制备过程如下：将丙烯酸丁酯和丙烯酸羟乙酯按体积比8:2的比例混合后加入到四氢呋喃中，形成体积浓度为30%的溶液，再继续向溶液中加入用量为单体重量的0.5%的引发剂偶氮二异丁氰，用氮气或氩气对溶液进行排氧30分钟，升温至60℃，反应24小时，即得。

[0029] 通过测试酒的密度变化对上述实施例1~3的酒精吸附材料的酒精吸附性能进行测试，具体如下：

[0030] （1）、绘制密度-酒度数曲线：室温下酒精的密度为0.7892g/cm3,水的密度为1g/3
cm。首先配制了多个不同度数的酒，并在38℃时，采用50ml的密度计瓶测试密度，酒在不同度数时的密度如表1所示：

[0031] 表1

[0032]酒（度数） 密度（g/cm3）
2.5° 0.9889
5° 0.9854
10° 0.9782
12.5° 0.9751
15° 0.9716
20° 0.9651
25° 0.9583
30° 0.9507
35° 0.9422
40° 0.9346
45° 0.9223

[0033] 根据上表所得到的密度，绘制密度-酒度数曲线。

[0034] （2）、称取一定量的实施例1~3的酒精吸附材料，分别加入到16ml的酒中，然后将容器密封，放在38℃的恒温水浴中，在磁子搅拌的情况下，加热30分钟。最后，取适量的酒进行密度测试。密度测试也是在38℃水浴中，先对盛有酒的密度计瓶加热10分钟使酒的温度恒定，然后称重。由于空密度计瓶的重量已知而且恒定，体积也是已知。在知道重量的情况下，算出酒的密度。

[0035] （3）、根据步骤（2）测得密度，从步骤（1）绘制的密度-酒度数曲线中得出经过吸附材料吸附后的酒精的度数。

[0036] （4）、实施例1~3的测试结果参见表2。

[0037] 表2