Pervaporation is the most promising technique for the recovery of ethanol from the fermentation system. To date, extensive research has been conducted on the exploration of membrane materials with favorable properties. In this paper, we primarily review the performance of adsorbent-filled rubbery membranes. In addition, the fundamental mechanisms of ethanol and water molecules transportation through composite membranes are demonstrated, particularly from the perspective of cluster formation. Finally, future prospects are also analyzed to develop the guidelines for the future development of excellent membrane materials for ethanol concentration. This paper is not meant to be an exhaustive overview, rather a specialized summary that allows readers to select the information appropriated to their topics.
Kim, Sang-Gyun;Kim, Yong-Il;Lim, Gyun-Taek;Park, Sang-Wook
Applied Chemistry for Engineering
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v.10
no.3
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pp.374-381
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1999
Poly(vinyl alcohol) (PVA) membranes crosslinked with poly(styrene-maleic anhydride) (PSMAn) were prepared, and the pervaporation characteristics of the membranes were studied for the separation of water/ethanol mixtures. The prepared PVA membranes showed that the permeation rate and separation factors were increased with increasing of PSMAn contents in the feed of 92/8 wt. % ethanol/water composition. However, when the water content in the feed composition was increased highly, the overall permeation rate was increased in the order of 2%>1%>0.5% in spite of the increase of the crosslinking contents, and the separation factor was decreased due to the higher sorbed water contents and the consequent plasticization action of membrane. Also, with respect to operating temperature, the permeation rate of the membranes obeyed the Arrhenius type. Especially, in the case of 2% crosslinked membrane, it was shown based on the pervaporation characteristics that both the permeation rate and separation factor were increased with increasing operating temperature from $30^{\circ}C$( to $50^{\circ}C$. From these results, it can be known that the hydrophilic groups introduced in the membrane by PSMAn highly affected the transport of permeants.
A rapid separation of an edible panaxadiol (PD) and panaxatriol (PT) in ginseng saponins has been investigated by benzene ethylene resin adsorption method. Briefly, powdered red ginseng was extracted with water. The obtained ginseng extract were dissolved in suitable volume of distilled water, and adsorbed on the benzene ethylene resin with 200 folds water of the resin weight. Sugars and hydrophilic character compounds not absorbed were washed with water, and eliminated by 10-fold water of the resin weight. An edible panaxadiol and panaxatriol can be perfectly separated from ginseng saponins with the fractions below 40% aqueous ethanol and over 45% as an fluent.
Proceedings of the Membrane Society of Korea Conference
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2004.05a
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pp.98-101
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2004
Utilization of biomass resources has considerable contribution to the reduction of carbon dioxide emission. Ethanol is one of the biomass products and is used as an additive to gasoline in several countries. Conventional process to produce ethanol involves energy-intensive azeotropic distillation. Pervaporation (PV) or vapor permeation (VP) is considered to be an alternative separation process to the conventional process.(omitted)
Oh, Woong Jin;Jung, Jae-Chil;Lee, Jung Hyun;Yeo, Jeong-gu;Lee, Da Hun;Park, Young Cheol;Kim, Hyunuk;Lee, Dong-Ho;Cho, Churl-Hee;Moon, Jong-Ho
Clean Technology
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v.24
no.3
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pp.239-248
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2018
In this study, pervaporation experiments of water, ethanol and IPA (Isopropyl alcohol) single components and water/ethanol, water/IPA mixtures were carried out using zeolite 4A membranes developed by Fine Tech Co. Ltd. Those membranes were fabricated by hydrothermal synthesis (growth in hydrothermal condition) after uniformly dispersing the zeolite seeds on the tubular alumina supports. They have a pore size of about $4{\AA}$ by ion exchange of $Na^+$ to the LTA structure with Si/Al ratio of 1.0, and shows strong hydrophilic property. Physical characteristics of prepared membranes were evaluated by using SEM (surface morphology), porosimetry (macro- or meso- pore analysis), BET (micropore analysis), and load tester (compressive strength). Pervaporation experiments with various temperature and concentration conditions confirmed that the zeolite 4A membrane can selectively separate water from ethanol and IPA. Water/ethanol separation factor was over 3,000 and water/IPA separation factor was over 1,500 (50 : 50 wt%, initial feed concentration). Pervaporation behaviors of single components and binary mixtures were predicted using ACM (activity coefficient model), GMS (generalized Maxwell Stefan) model and DGM (Dusty Gas Model). The adsorption and diffusion coefficients of the zeolite top layer were obtained by parameter estimation using GA (Genetic Algorithm, stochastic optimization method). All the calculations were carried out using MATLAB 2018a version.
Pervaporation process using a NaY zeolite membrane was applied for separation of water generated in an esterification process as a byproduct. From the binary mixture of water and either ethyl acetate or acetic acid and the ternary mixture of water, ethanol and ethyl acetate which might be present in an esterification reaction for manufacturing ethyl acetate, water was separated by the membrane pervaporation. It was investigated how the operating parameters such as an organic concentration and a temperature affected the permeate flux and the separation factor of water. For the feed mixture of water/ethyl acetate, the total flux and the separation factor of water were observed to be $930-5,000g/m^2/hr$ and 3,700-8,000, respectively. Also it was found for ternary mixtures of water/ethanol/ethyl acetate that the total flux was $1,300-3,900g/m^2/hr$ and the separation factor was 530-1,600. A pervaporation process might be applied in an esterification process since both the total flux and the separation factor of water through the NaY zeolite membrane were shown to be very high.
Small angle light scattering (SALS) and field emission scanning electron microscope (FE-SEM) have been used to investigate the effects of alcohol on phase separation of chlorinated poly(vinyl chloride) (CPVC)/tetrahydrofuran (THF)/alcohol (9/61/30 wt%) solution during water vapor induced phase separation. A typical scattering pattern of nucleation & growth (NG) was observed for all casting solutions of CPVC/THF/alcohol. In the case of the phase separation of CPVC dope solution containing 30 wt% ethanol or n-propanol, the demixing with NG was observed to be heterogeneous. Meanwhile, the phase separation of CPVC dope solution with 30 wt% n-butanol was found to be predominantly homogeneous NG. Although the different phase separation behavior of NG was observed with types of alcohol additives, the resultant surface morphology had no remarkable differences. That is, even though the NG process by water vapor is either homogeneous or heterogeneous, this difference does not play a main role on the final surface morphology. However, it was estimated from the result of hydraulic flux that the phase separation by homogeneous NG provided the membrane geometry with lower resistance in comparison with that by heterogeneous one.
To improve pervaporation performance of water/ethanol mixtures, chitosan/poly(vinyl alcohol) blended and phosphorylated chitosan composite membranes were prepared. Chitosan/poly(vinyl alcohol) blends were prepared with various blend ratios and then crosslinked with glutaraldehyde by two methods. With increasing crosslinking agent content and crosslinking times separation factor increased and permeate flux decreased. Separation factor of the membrane which contains glutaraldehyde as a crosslinking agent was higher than that of the membrane surface crosslinked. Phosphorylated chitosan was prepared with various reaction times and composite membrane was prepared. As reaction times increased, the separation factor increased with high affinity for water.
The objective of this study was to investigate technical methods for extraction of mucopolysachharide-protein containing chondroitin sulfate from keel cartilage of chickens. The chemical composition of chicken keel cartilage was determined. For the preparation of mucopolysaccharide-protein from lyophilized chicken keel cartilage, hot water extraction and alcalase hydrolysis methods were examined. Results showed that the optimum condition of hot water extraction was incubation for 120 min with a yield of 40.09% and chondroitin sulfate content of 28.46%. For alcalase hydrolysis, the most effective condition was 2% alcalase in 10 volumes of distilled water for 120 min. The yield of hydrolysate was 75.87%, and chondroitin sulfate content was 26.61%. For further separation of chondroitin sulfate from the alcalase hydrolysate, which has a higher yield than that of hot water, 60% ethanol precipitation was performed. The yield of the ethanol precipitate was 21.41% and its chondroitin sulfate content was 46.31%. The hot water extract, alcalase hydrolysate and ethanol precipitate showed similar electrophoretic migration with standard chondroitin sulfate (chondroitin sulfate A), using cellulose acetate membrane electrophoresis. These results indicated that a significant amount of mucopolysaccharide-protein containing chondroitin sulfate could be acquired form chicken keel cartilage. Therefore, keel cartilage in chicken may provide an inexpensive source of chondroitin sulfate for commercial purposes.
Separating a mixture having an azeotrope or low relative volatility with single distillation column is difficult. Separating water-acetic acid mixture and water-ethanol mixture with a distillation column consumes a lot of energy. Pervaporation membrane can be used to separate the mixture in the concentration region where separation is difficult with distillation. We simulated a distillation-membrane hybrid process where membrane is located on the head of the distillation column for efficient separation of water-acetic acid and water-ethanol mixture. Permeability data were obtained from experiments and literature. We formulated an optimization problem for the process with total annual cost (TAC) as an objective function and major design variables as optimization variables. Major optimization variable affecting TAC of the hybrid process was shown to be distillate concentration. We also suggested a simplified optimization procedure to get a close-to-optimal solution.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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