[发明专利]从用于处理过有机废物的生物质中回收稳定的聚羟基烷酸酯的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种从生物质中生产和回收聚羟基烷酸酯(polyhydroxyalkanoate)（PHA）的方法，更特别是涉及在回收过程中化学和热稳定PHA的方法。

发明背景

作为处理工业和/或城市废水服务的一部分生产的生物质可能有目的地富聚PHA菌（PAB）。当加入含有容易生物降解的化学需氧量（RBCOD）的废弃有机流时，富PAB生物质显示显著的积累PHA的潜能。RBCOD典型地包含但不限于挥发性脂肪酸（VFA）。当向PAB中加入RBCOD时，PHA可能在生物质中累积，至最终生物质干重的显著水平。富PAB生物质与富RBCOD的废水在需氧或厌氧条件下混合，以使PHA产量最大化。典型地，最终的生物质干重中远超过40%为PHA，其中一千克活性生物质干重可以典型地用于累积超过三分之二千克的PHA干重。该PHA含量分布在生物质中的PAB中，作为小的细胞内颗粒嵌入细胞质中，这些颗粒直径最大为约0.5μm。该内容物被其自身的磷脂膜包围，磷脂膜含有用于内容物合成的蛋白质。PHA可以作为纯度超过95%甚至高达99%的聚合物从生物质中回收。回收的聚合物被称为回收PHA树脂。开发本公开的发明的目标为：

1. 建立从生物质中回收PHA树脂的可行方法，

2. 使在本方法中从生物质中回收的PHA物质的产量最大化，

3. 使溶剂提取期间PHA分子量的非受控下降的可能性最小化，和

4. 促进一种方式，使提取PHA树脂显示高热稳定性。

通过该生物质生产的PHA典型地，但非唯一地，为聚(3-羟基丁酸)和/或3-羟基丁酸和3-羟基戊酸的共聚物。可以从生物质中回收的PHA是可生物降解聚酯或显示类似诸如聚丙烯（PP）和聚乙烯（PE）的塑料的物理性质的生物聚合物。PHA可以混合进塑料中，或进一步转化成中心平台化合物。然而，不像PP和PE，PHA会完全降解。本发明代表用于废水处理法的整个生物精炼概念的子组件，其可以包含但不限于下列要素（图1）：

I. 单元流程，设计为将流入液中的一些或全部有机物质转化成富RBCOD的废水，并从该废水中去除全部RBCOD同时产生具有显著积累PHA的巨大潜力的生物质。

II. 为了稳定的废水处理工艺操作和PHA生产，用于可控地保留和计量输出产生的生物质的装置。

III. 单元过程，用于通过使用源自相同的废水或其他场内或场外废有机来源的富RBCOD的给料，在生产的生物质中积累PHA至显著水平。

IV. 单元过程，用于使生物质中的PHA热稳定，并对缘于高温或化学相互作用的分解具有抗性，同时确保例如在由任何从该生物质中去除的非PHA材料制造能源中的并行利益。

V. 单元过程，用于提取具有热稳定性的PHA树脂。

本发明专注于步骤IV，即，使生物质中的PHA为回收作好准备，并作为在积累之后从该富PAB的生物质中最终纯化（V）的必要步骤。如下面所进一步说明的，本发明提供实际解决方案，以达到PHA回收中的产品质量目标，满足并行的废水处理和废渣处理性能，以及达到节约目标。

从富PHA的生物质中回收PHA是从其他非PHA多孔材料（NPCM）中分离该颗粒的问题，所述非PHA多孔材料含有有机和无机部分。从生物质中回收的用作塑料配方成分的PHA树脂的质量要按照其：（1）纯度、（2）平均分子量及其分布、（3）热稳定性、（4）化学稳定性、以及（5）共聚物微结构和组成来进行评价。纯度是指残留的生物质NPCM以及在纯化加工期间引入或转入的可能的其他化学物质或元素。

平均分子量反映了聚合物链长的平均尺寸。在大多数情况下，PHA是相对宽分子量分布的聚合物。M_n是数均摩尔质量，其定义为：

其中N_i是具有摩尔质量M_i的分子数。重均摩尔质量M_w定义为：

多分散指数（PDI），分子量分布的量度，其定义为：

M_w总是大于M_n，从而PDI总是大于1。PHA树脂的PDI典型地为约2，M_w的范围为10000-3000000 DA。分子量分布可能受在生物质中积累PHA的方法、回收PHA树脂的方法以及进一步将树脂加工成最终用户产品的方法的影响。