[发明专利]聚羟基烷酯中聚羟基丁酸酯和聚羟基戊酸酯比例调控的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚羟基烷酯中聚羟基丁酸酯和聚羟基戊酸酯比例调控的方法。

背景技术

塑料制品以其质轻、强度高、耐腐蚀等优良特性以及价格低廉迅速的进入人类生活及工农业生产中，并得到广泛的应用，推动了人类进步和工农业的发展，但是随着经济和社会的发展同时也暴露了填埋、焚烧塑料垃圾带来的种种弊端，给自然环境带来了严重的危害。因此，加强可降解塑料的研究与开发，争取在工艺上取得突破并应用于实际，生产出具有生物可降解性、且价格合理的塑料制品，对于环境保护和可持续发展都具有重要的现实意义。

各种可生物降解的聚合材料中，聚羟基烷酯(polyhydroxyalkanoates，PHAs)是一类由原核微生物在碳、氮营养失衡的情况下，作为碳源和能源贮存而合成的一类热塑性聚酯。目前已发现的PHA有很多种单体结构，并且还在不断地增加。根据单体结构或含量的不同，PHA有较宽的性能谱，可呈现从坚硬到柔软到弹性的一系列变化。PHA不仅具有与聚丙烯等化学合成高分子材料相似的性质，而且还有一般化学合成高分子材料没有的性质，如生物可降解性、生物相容性、压电性、光学活性等特殊性质，且其合成原料为糖和脂肪酸等可再生资源。所以，PHA被认为能取代传统的不可降解塑料，有效缓解资源紧张和环境危机的现状而受到世界各国的重视。

聚3-羟基丁酸酯(PHB)，它是PHA中发现最早、研究最多的一种。PHB与聚丙烯在分子结构和物理性质方面有许多相似之处，其熔点、玻璃化转变温度、结晶度和拉伸强度等相近。PHB具有密度大、光学活性好、透氧性低、抗紫外线辐射、生物降解性、生物相容性、压电性和抗凝血性等许多独特的优点，但它在常温下既硬又脆，在熔融状态下极不稳定，易于分解，加工范围窄，机械性能和耐溶剂性能差，使应用受到很大限制。因此对PHB进行改性成为研究热点。在PHB中加入HV生成共聚物PHBV，是已获得工业应用的共聚改性方法。随HV含量提高，共聚物熔点在HV含量40％～60％时达到最低点，随后又缓慢提高。玻璃化转变温度也随HV含量的提高而有所降低。共聚物刚性降低，韧性、冲击性和热稳定性提高。

调控聚合羟基烷酯PHAs中聚羟基丁酸酯和聚羟基戊酸酯的比例

由于活性污泥合成PHA受到运行工艺、碳源组成、氨氮浓度、污泥停留时间、pH值、磁场强度等因素的影响，因此可对活性污泥合成PHA的反应条件进行优化，以提高活性污泥中PHA的含量。此外，不同的PHA单体具有不同的物理性质。例如聚3-羟基丁酸酯PHB的单聚物在常温下既硬又脆，在熔融状态下极不稳定，易于分解，加工范围窄，使应用受到很大限制。而在PHB中加入HV生成的共聚物PHBV，其性质刚性降低，韧性、冲击性和热稳定性提高。HB与HV的合成与碳源底物成分相关，所以在活性污泥合成PHA条件下，对碳源底物组成与合成PHA组份之间的关系深入探索，可取各类单体优势以合成。

聚羟基烷酯的合成量研究表明，通过控制并改变反应器中的不同底物类型和浓度比例，能使微生物合成不同类型的聚合物，其HV/HB的比例存在差异，特性也有所不同。另外，通过调节生物反应器中的pH值在一定程度上也能够影响合成聚羟基烷酯中PHV/HB的比例。本次的研究方法是通过外加磁场磁感应强度的控制从而调节合成聚羟基烷酯中PHV/HB的比例，一定范围的磁感应强度下，低磁感应强度有利于PHB的合成，而高磁感应强度有利于PHV的合成。此方法操作简单，成本低廉。

磁场影响酶活性的机理

关于磁场对酶的作用已经开展了一系列研究。结果发现，对于Na，K腺苷三磷酸酶及细胞色素氧化酶这两种普遍存在于细胞膜中，磁场的作用可以加快酶促反应。而一些酶(如过氧化物酶、多酚氧化酶等)中具有微量的顺磁性过渡金属原子(或离子)，而这些原子(或离子)在酶中起着重要的作用(如辅基、辅酶)，因此磁场对它们的影响，可能影响到酶的活性等；酶促反应中存在着未配对电子，磁场可通过影响反应中间产物的电子自旋状态而影响化学反应的进行。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种聚羟基烷酯中聚羟基丁酸酯和聚羟基戊酸酯比例调控的方法。

聚羟基烷酯中聚羟基丁酸酯和聚羟基戊酸酯比例调控方法包括如下步骤：

1)总有机负荷以化学需氧量计为10～1000mg/L，按乙酸与丙酸的体积比分别为100％～0.1％∶0.1％～100％配制混合酸液作为碳源底物；

2)取污水厂剩余污泥预曝气4～5天将原底物耗尽，在好氧瞬时供料模式下，采用逐步增加负荷法培养驯化活性污泥，生物反应器处在中心磁场强度为7～25mT的稳恒磁场中；