[發(fā)明專利]一種豬糞定向酸化制備不同聚羥基脂肪酸酯的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110531284.7
• 申請(qǐng)日: 2021-05-17
• 公開（公告）號(hào): CN113337549B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳暢;蔡凡凡;劉廣青;嚴(yán)湖;林明;孫俊芳;金文雄;金琰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京化工大學(xué)
• 主分類號(hào): C12P7/625
• 分類號(hào): C12P7/625
• 代理公司: 北京太兆天元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11108
• 代理人: 王宇

本發(fā)明公開了一種豬糞定向酸化制備不同聚羥基脂肪酸酯的方法，通過豬糞在厭氧反應(yīng)器中定向酸化轉(zhuǎn)化為不同高濃度有機(jī)酸，有機(jī)酸經(jīng)膜分離后流加至聚羥基脂肪酸酯(PHA)合成反應(yīng)器中，為發(fā)酵細(xì)菌提供碳源與氮源合成制備PHA。本方法抑制了豬糞厭氧發(fā)酵過程中甲烷的生成，克服豬糞中高氨氮的影響，成功實(shí)現(xiàn)其快速高濃度酸化，定向制備不同有機(jī)酸，并利用不同有機(jī)酸制備聚羥基丁酸酯(PHB)與聚羥基丁酸戊酸共聚酯(PHBV)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)3?羥基戊酸(HV)含量的可控，最終達(dá)到通過控制豬糞厭氧酸化條件生產(chǎn)不同PHA產(chǎn)品的目標(biāo)，制備具有良好力學(xué)性能的生物可降解塑料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于豬糞利用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種豬糞定向酸化制備不同聚羥基脂肪酸酯的方法。

背景技術(shù)

我國是世界上第一養(yǎng)豬大國，每年產(chǎn)生大量的豬糞污，其具有高含水、高氨氮、高有機(jī)質(zhì)等特點(diǎn)，若處理不當(dāng)，會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。常規(guī)的還田、堆肥等處理方式不僅無法充分利用豬糞中的有機(jī)質(zhì)資源，還會(huì)不可避免地帶來其他二次污染，如臭氣、滲濾液污染等。因此，在大規(guī)模養(yǎng)殖場(chǎng)中，多以厭氧發(fā)酵制備沼氣的方法來處理豬糞，但其產(chǎn)品種類單一、附加值低。

傳統(tǒng)石油基塑料制品造成的“白色污染”問題日益嚴(yán)峻，亟需開發(fā)替代性的生物可降解塑料制品。其中，聚羥基脂肪酸酯(PHA)是一類完全可生物降解的塑料材料，由羥基脂肪酸(HA)單體首尾相接聚合而成，目前已逐步成為當(dāng)今研究的熱點(diǎn)。在眾多PHA產(chǎn)品中，由3-羥基丁酸(HB)聚合而成的聚羥基丁酸(PHB)以及由HB和3-羥基戊酸(HV)聚合而成的聚羥基丁酸戊酸共聚酯(PHBV)擁有良好的生物可降解性、生物相容性、壓電性和力學(xué)性能，因而備受關(guān)注。尤其是PHBV，由于HV單體的加入，其力學(xué)性能得到進(jìn)一步改善，且HV組分含量不同可制備不同的生物可降解塑料產(chǎn)品。但其制造成本過高，已成為制約其未來發(fā)展的瓶頸。

厭氧發(fā)酵技術(shù)主要分為產(chǎn)酸階段與產(chǎn)甲烷階段。產(chǎn)酸階段時(shí)，有機(jī)廢棄物在水解酸化菌的作用下轉(zhuǎn)化為有機(jī)酸，隨后有機(jī)酸在產(chǎn)甲烷菌的作用下轉(zhuǎn)化為甲烷。若能抑制豬糞厭氧發(fā)酵的產(chǎn)甲烷過程，積累大量有機(jī)酸，并通過條件調(diào)控，合成不同的PHB和PHBV產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)利用豬糞定向酸化制備生物可降解塑料的目標(biāo)，提高附加值，實(shí)現(xiàn)環(huán)境效益與經(jīng)濟(jì)效益的雙贏。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種豬糞定向酸化制備不同聚羥基脂肪酸酯的方法，以豬糞為原料，通過調(diào)控溫度、pH以及熱激預(yù)處理接種物等技術(shù)手段，抑制厭氧發(fā)酵過程中產(chǎn)甲烷菌的活性，克服豬糞中高氨氮、難酸化的問題，將之定向轉(zhuǎn)化為不同的高濃度有機(jī)酸，進(jìn)而利用好氧細(xì)菌Cupriavidus necator將不同有機(jī)酸定向轉(zhuǎn)化合成不同的PHA產(chǎn)品，形成一種有機(jī)結(jié)合厭氧發(fā)酵與好氧發(fā)酵的耦合工藝，實(shí)現(xiàn)以低成本廢棄物資源化制備高附加值可生物降解塑料的目標(biāo)。

技術(shù)方案如下：

一種豬糞定向酸化制備不同聚羥基脂肪酸酯的方法，包括以下步驟：

(1)向厭氧反應(yīng)器中一次性加入豬糞與接種物進(jìn)行厭氧酸化發(fā)酵，總固體含量為1～14％，酸化周期5～10天，通過控制反應(yīng)條件制備以下不同質(zhì)量百分含量的有機(jī)酸中的任意一種：

a.控制反應(yīng)器中豬糞進(jìn)料的揮發(fā)性固體濃度為5～15g/L，原料與接種物揮發(fā)性固體含量之比為1:1～2:1，溫度為35～40℃，反應(yīng)系統(tǒng)pH為7～7.5，定向制備由乙酸、丙酸、丁酸和戊酸組成的有機(jī)酸，其中，乙酸20～25％，丙酸20～30％，丁酸30～35％，戊酸10～20％；

b.控制豬糞進(jìn)料的揮發(fā)性固體濃度為10～20g/L，原料與接種物揮發(fā)性固體含量之比為1:1～2:1，控制反應(yīng)系統(tǒng)pH為5.5～6.5，溫度為35～40℃，定向制備由乙酸、丙酸和丁酸組成的的有機(jī)酸，其中，乙酸20～25％，丙酸15～20％，丁酸60～65％；