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【第十一期】大工技述:针对资源紧缺给化纤行业带来的困境,修志龙教授打通生物基PTT纤维生产技术链条

2017-10-17  点击:[]

近年来,我国各种装饰用纺织品用量逐年增加,仅汽车内装饰纤维用量2000年已达到5万吨,2005年将达到8万吨,到2010年将可达到10万吨以上。目前,装饰用纺织品采用多种纤维,由于各有优缺点,所以普遍采用两种以上纤维交捻混织的方法,以改善织物的综合性能。但混织物影响回收利用,易污染环境,不符合绿色环保原则,为了便于回收利用,国际上趋向于使用单一纤维。而PTT(聚对苯二甲酸-丙二醇酯)纤维有良好的染色性、回弹性、抗污性、可回收性等综合优点,将会在众多化学纤维中胜出,例如在窗帘、床上铺垫物、蚊帐、沙发罩、桌布、玩具、汽车用内装饰等表面装饰品市场中有很大的发展前景和良好的经济效益。

PTT(聚对苯二甲酸-丙二醇酯)纤维被看做是未来聚酯纤维重要的替代产品。

1,3-丙二醇(PDO)是生产PTT的重要原料,生物法是目前主要的生产方法。

生物转化法生产PDO根据原料不同,主要包括基于葡萄糖和基于甘油的2条技术路线。其中,杜邦公司以多项专利技术垄断了基于葡萄糖的生物基PDO生产技术,因此,研究发展基于甘油的PDO工业化技术是突破该专利保护范围的主要技术手段。由于全球生物柴油的产业规模不断扩大,副产甘油的产量逐年增加且利用受限,已严重阻碍了生物柴油行业的快速发展。利用可再生廉价原料——生物柴油副产甘油生物转化生产1,3-丙二醇是提供高附加值、低环境负担、与化学法可抗衡的低成本解决方案,是最为经济可行的技术路线,也终将促进未来我国生物柴油技术的良好发展。

然而,生物转化生产PDO面临着转化率低、发酵产品分离困难、发酵产品成本居高不下等难题。

修志龙教授团队首创提出利用生物柴油副产粗甘油为可再生原料、微生物菌群/单菌生物转化、多罐串联自动控制发酵、醇提、盐析萃取分离等新技术。本技术提出的微生物菌群/单菌利用生物柴油副产粗甘油厌氧、微氧发酵生产PDO及自动控制解决了原有技术中原料利用率低、菌种耐受性差、发酵成本居高不下等缺陷;首次提出并采用了酒精沉淀预处理和盐析萃取技术,解决发酵产品难以提取分离、纯度低及成本高等瓶颈问题。

该项目采用的原料为生物柴油生产过程中副产的甘油,每生产9吨生物柴油就能产生1吨副产物甘油。同时由于全球生物柴油的产业规模不断扩大,因此副产甘油的产量也不断增加。修志龙教授及团队研发的这项技术能够为这种副产甘油提供高附加值、低环境负担的解决方案。

该项技术目前已先后完成1 m3、20 m3和120 m3中试试验及千吨级示范工程建设(2012年与某公司合作开展利用生物柴油副产甘油生物法年产千吨级1,3-丙二醇的示范工程并试车成功)得到了纯度达到99.8%的高品质PDO产品,可满足大宗化学品行业和精细化工行业对不同品质PDO的需求。同时该技术在教育部组织的鉴定会上被评为国际先进技术,2006年获辽宁省技术发明二等奖。

幻灯片1

大连理工大学1 m3、20 m3中试试验

大连理工大学开发千吨级生物柴油副产甘油生产1, 3-丙二醇示范工程建设

修志龙教授团队自1997年起便致力于生物基化学品的研发工作,二十余年如一日,陆续开发了包括1,3-丙二醇、2,3-丁二醇、乳酸、琥珀酸等生物基化学品在内的微生物转化工艺。修志龙教授带领团队先后经历了微生物菌群/单菌的筛选及诱变、发酵过程自动化控制及下游分离纯化小试、中试及示范工程建设等阶段,解决了大量工程放大中的技术问题。目前已实现第一阶段年产1000吨的精细级PDO的目标,主要面向化妆品、洗涤剂和医药中间体行业,为万吨级PDO的产业化生产夯实基础;正努力迈向第二阶段实现年产万吨的聚合级PDO的道路,拓展聚酯应用市场,逐步打破国际化工巨头的垄断,实现拥有自主知识产权的PDO工业化生产与应用的美好愿景。

 

修志龙

大连理工大学生命科学与技术学院教授,主要从事生物催化转化与生物分离方面的研究工作,承担了20余项科研项目,包括5项国家自然科学基金、5项“863”计划项目、1项“十五”科技攻关项目、3项“973”子课题等。在国内外学术期刊上共发表398篇论文(SCI收录200多篇),获授权中国发明专利53项、国际专利4项、美国专利1项,获辽宁省技术发明二等奖1项、自然科学三等奖2项, 主编、主译、参编国内外教材和专著10部。连续三年(2014、2015、2016年)入选中国高被引学者榜单。教育部高等学校生物技术与生物工程专业教学指导委员会委员、辽宁省高校生物工程专业教学指导委员会主任委员、《过程工程学报》、《Engineering in Life Science》等6本学术杂志的编委。曾担任化工学院生物工程系副系主任、环境与生命学院党总支书记兼副院长、生命学院院长(2010-2015年)等党政职务,目前仍任能源研究院副院长、生物工程省高校重点实验室主任、大连海洋生物化工重点实验室主任、生物化工学科点长等学术职务。已获得1项美国专利授权,30余项中国专利授权。在1,3 -丙二醇的生物制造中,已申请17项中国专利,获得15项中国专利授权,PCT国际专利2项。

 

附专利名称

1)      一种二元醇和有机酸联产和分离方法,ZL201110151311.4

2)      萃取与发酵偶联分离发酵液中1,3-丙二醇的方法,ZL201410223110.4

3)      一种微氧-厌氧连续流加甘油多罐串联发酵生产1,3-丙二醇的方法,ZL201010192158.5

4)      基于生长和代谢特征的底物流加发酵生产1,3-丙二醇的控制方法,ZL201010165846.2

5)      一种从发酵液中盐析萃取二元醇耦合回收二氧化碳的方法, ZL201010301297.7

6)      一种混菌发酵甘油生产1,3-丙二醇的方法, ZL201510212125.5

附获奖名称

1)      微生物发酵法中试生产1,3-丙二醇,辽宁省技术发明二等奖

2)      甘油生物转化过程的非线性动力学分析与调控,辽宁省科学技术三等奖

3)      非线性发酵动力系统,辽宁省自然科学二等奖(学术著作类)

 

编辑排版:刘  涛

文字作者:晨  璐

责任编辑:蔡  琳

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