[发明专利]一种微生物法生产丙烯酰胺的工艺

说明书

本申请涉及丙烯酰胺生产技术领域，具体公开了一种微生物法生产丙烯酰胺的工艺，包括菌种培养、菌种固定化、催化水合及后处理步骤，生产得到质量百分含量为40～50%的丙烯酰胺液体成品。且菌种固定化步骤中所用的固定化载体为聚乳酸和含疏基微孔聚合物构成。本申请通过提高菌种固定化的机械强度，降低载体对菌种的毒性，在便于连续催化反应的同时保障菌种及腈水合酶的活性，优化生产得到的丙烯酰胺质量。

技术领域

本申请涉及丙烯酰胺生产技术领域，更具体地说，它涉及一种微生物法生产丙烯酰胺的工艺。

背景技术

丙烯酰胺是一种用途广泛的有机化工材料，主要用于生产其衍生物的共聚物或均聚物。其中丙烯酰胺共聚生产得到的聚丙烯酰胺用途较为广泛，可用作润滑剂、悬浮剂、粘土稳定剂、降失水剂和增稠剂，被广泛应用在采油、地质、冶金、土建等领域中。

丙烯酰胺的生产方法主要包括硫酸水合法、铜系催化剂水合法和微生物法，其中微生物法操作简单、转化率高、副反应少，相较于硫酸水合法和铜系催化剂水合法优势较大，目前微生物法生产丙烯酰胺已经被广泛应用，微生物法生产的丙烯酰胺占有丙烯酰胺国内总产量的90％以上。

微生物法生产丙烯酰胺的过程中，为了在保持菌种催化活性的同时，便于连续催化反应，且在催化反应结束后回收和重复使用，通常会采用高分子聚合物作为载体实现菌种固定化。通常是以海藻酸钠或聚丙烯酰胺作为载体，但是海藻酸钠作为载体的机械强度较低，聚丙烯酰胺对菌种的毒性较大，容易影响菌种及腈水合酶的活性。

发明内容

为了提高菌种固定化的机械强度，同时降低载体对菌种的毒性，保障菌种及腈水合酶的活性，进而优化生产得到的丙烯酰胺质量，本申请提供一种微生物法生产丙烯酰胺的工艺。

本申请提供一种微生物法生产丙烯酰胺的工艺，采用如下的技术方案：

一种微生物法生产丙烯酰胺的工艺，包括以下步骤：

菌种培养：初步培养菌种后大量发酵繁殖，发酵液经微滤膜过滤洗涤后得到菌溶液备用；菌种固定化：混合菌溶液与固定化载体后静置，过滤后得到固定化菌种；

催化水合：将固定化菌种加入纯水中，然后持续滴加丙烯腈，始终保持水合体系中的丙烯腈质量浓度小于1％，催化发生水合反应，得到水合液；

后处理：水合液经超滤膜过滤后得到丙烯酰胺粗品液，再依次经过离子交换和提浓操作后得到质量百分含量为40～50％的丙烯酰胺液体成品；

所述菌种固定化步骤中，所述固定化载体为聚乳酸和含疏基微孔聚合物构成，所述含疏基微孔聚合物的结构式如下：

通过采用上述技术方案，以聚乳酸和上述结构式的含疏基微孔聚合物作为固定化载体的原料，其中聚乳酸具有良好的机械性能和生物相容性，且对菌种基本不显毒性；上述结构式的含疏基微孔聚合物由于具有刚性扭曲的分子链，分子链堆积时空间不能有效地被占据，未被有效占据的空间形成微孔结构，从而使得上述结构式的含疏基微孔聚合物在具有较好的机械性能的同时具有独特的微孔结构。并且上述结构式的含疏基微孔聚合物含有疏基，菌种的主要成分之一是蛋白质，蛋白质中也含有丰富的疏基，根据相似相容原理，上述结构式的含疏基微孔聚合物对于菌种有较好的生物相容性和较低的生物毒性。另外，由于聚乳酸显疏水，而含疏基微孔聚合物在疏基的影响下显亲水，两者所构成的固定化载体表现出两亲性；并且在上述结构式的含疏基微孔聚合物独特的微孔结构的影响下，固定化载体也具有较为丰富的微孔结构，即通透性较好，对于提高固定化载体负载菌种的负载量和稳定性均具有积极意义，并且便于菌种产生的腈水合酶与丙烯腈的接触反应。同时聚乳酸还具有良好的生物降解性，对于后续固定化载体的废弃处理具有一定的积极意义。