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在生物炼制中，从生物质提取琥珀酸（SA）成本高昂。研究人员合成离子导电材料（ICM）并用于双极膜电极电离（BMEDI）。ICM - BMEDI 系统 SA 回收率约 91%，经济效益良好。该研究为生物炼制节能降本提供新途径。
在生物炼制领域，琥珀酸（Succinic acid，SA）作为一种从生物质中提取的高价值化合物，备受瞩目。它不仅能作为合成多种化学品和可降解聚合物的关键前体，市场前景也十分广阔。然而，目前微生物发酵生产 SA 的过程却面临着重重困境。发酵液中 SA 浓度较低，且混杂着多种有机酸、阴阳离子等杂质，这使得 SA 的分离、回收和纯化成本极高，占据了总生产成本的 50 - 80% ，导致生物基 SA 价格比化学合成的 SA 高出不少。同时，传统的分离技术，如沉淀、萃取和吸附等，还存在环境污染问题，比如会产生大量废弃污泥，并且需要使用有害溶剂。
为了突破这些难题，来自台湾大学的研究人员开展了一项极具意义的研究。他们旨在通过合成离子导电材料（Ionically conductive material，ICM）并将其应用于双极膜电极电离（Bipolar membrane electrodeionization，BMEDI）技术，实现 SA 的高效回收，进而推动电气化循环生物经济的发展。研究结果令人振奋，ICM - BMEDI 系统展现出卓越的性能，SA 的回收效率达到了约 91%，电流效率约 90%，生产力约为 0.55 kg/m2/h，每千克 SA 的能耗仅约 2.53 kWh。经济分析表明，在 2 年的运营期内，该系统的效益成本比高达 4.49。这一研究成果发表在《Bioresource Technology》上，为生物炼制行业的可持续发展提供了新的方向和解决方案。
研究人员在开展此项研究时，主要运用了以下关键技术方法：首先是材料合成技术，通过磺化反应在温和条件下合成 ICM，该材料由不同的粘合剂（如低密度聚乙烯（Low - density polyethylene，LDPE）和磺化聚醚醚酮（Sulfonated polyether ether ketone，SPEEK））、阴离子交换树脂（Anion exchange resin，AER，如 PFA444、IRA900、IRA67）以及不同的 AER 比例（50% 和 75%）组成。其次是电化学分析技术，利用 LCR 在不同浓度的 SA 溶液中对 ICM 的电导率进行分析。最后是实验验证技术，将 ICM 应用于 BMEDI 堆栈，从模拟发酵溶液中回收 SA，并进行分离动力学测定和成本效益分析 。
下面来详细看看具体的研究结果：
- 离子导电材料（ICM）：研究人员通过多种粘合剂、阴离子交换树脂和不同的树脂比例合成 ICM。不同的配方会影响 ICM 的性能，为后续探究其在 SA 回收中的作用奠定基础。
- 电导率分析：利用 LCR 在 SA 溶液浓度为 30 g/L 至 0.006 g/L 的范围内，探究 ICM 在 SA 解离状态下的电导率行为。结果发现不同树脂比例（50% 和 75%）的 ICM，其电导率在不同浓度 SA 溶液中表现出差异，这一差异与后续 SA 回收效率等性能可能存在关联。
在研究结论与讨论部分，该研究成功合成了 ICM，并将其应用于从模拟发酵溶液中高效回收 SA，有力地推动了循环生物经济系统的电气化进程。其中，SPEEK - ICM 在 SA 回收方面表现尤为突出，回收率超过 91%。这一研究成果意义重大，它不仅为生物炼制行业提供了一种节能且经济高效的 SA 回收方法，降低了生物基 SA 的生产成本，还为其他生物产品的分离回收提供了新思路和技术参考，有望促进整个生物炼制产业向更加绿色、可持续的方向发展，助力实现电气化循环生物经济的宏伟目标。
