丁二酸生产技术新进展

1、制作者：刘晓纯制作者：刘晓纯 宋旭亮宋旭亮 周兴东周兴东 钟亚洲钟亚洲 生物可降解高分子材料生物可降解高分子材料 生物生物可可降解高分子材料是降解高分子材料是指一定条件下能被生物降解的材料。指一定条件下能被生物降解的材料。工业化的发展为人类提供了许多新材料，它们在不断改善人类工业化的发展为人类提供了许多新材料，它们在不断改善人类物质生活的同时也带来了大量废物，使人类的生存环境迅速恶化。物质生活的同时也带来了大量废物，使人类的生存环境迅速恶化。在众多的环境污染中，高分子废弃物对环境的污染举足轻重，在众多的环境污染中，高分子废弃物对环境的污染举足轻重，为此开发可降解高分子材料，不失为解决环境污染的

2、重要途径。为此开发可降解高分子材料，不失为解决环境污染的重要途径。聚丁二酸丁二醇酯聚丁二酸丁二醇酯聚丁二酸丁二醇酯，英文全称为聚丁二酸丁二醇酯，英文全称为 Poly(butylene succinate), 简称简称 PBS。PBS的特点：的特点：（1）PBS是一种典型的是一种典型的脂肪族聚酯脂肪族聚酯，脂肪族聚酯具有生物降解性的特性。，脂肪族聚酯具有生物降解性的特性。（2）PBS 还是一种典型的还是一种典型的半晶质的热塑性塑料半晶质的热塑性塑料，比起低密度的聚乙烯，比起低密度的聚乙烯，它拥有良好的加工性能、弹性和强度。它拥有良好的加工性能、弹性和强度。（3）合成）合成 PBS 的主要原料的主

3、要原料1,4-丁二酸和丁二酸和 1,4-丁二醇丁二醇，不仅可以由石油，不仅可以由石油化工路线得到，也可以由煤化工路线和生物发酵的途径得到，因此更具环保意化工路线得到，也可以由煤化工路线和生物发酵的途径得到，因此更具环保意义和经济价值。义和经济价值。 （4）PBS 与其他生物可降解塑料相比，不仅力学性能十分优异，而且价与其他生物可降解塑料相比，不仅力学性能十分优异，而且价格合理，市场需求量大。格合理，市场需求量大。丁二酸丁二酸丁二酸（丁二酸（succinic acid，简称，简称SA）俗名琥珀酸，是一种重要的精细化工产）俗名琥珀酸，是一种重要的精细化工产品和有机合成中间体，广泛应用于塑料、橡胶、

4、医药、食品等领域中。其中最品和有机合成中间体，广泛应用于塑料、橡胶、医药、食品等领域中。其中最具有发展前景的领域为合成塑料，它是生物可降解塑料聚丁二酸丁二醇酯具有发展前景的领域为合成塑料，它是生物可降解塑料聚丁二酸丁二醇酯（PBS）的主要原料。）的主要原料。丁二酸的理化性质丁二酸的理化性质 丁二酸丁二酸(butanedioic acid)，广泛存在于动植物和微生物体内，因最，广泛存在于动植物和微生物体内，因最早从琥珀中分离得到而得名。其分子式为早从琥珀中分离得到而得名。其分子式为 C4H6O4，分子量为，分子量为 118.09，其结，其结构式如下：构式如下： 琥珀酸是一种无色无臭的单斜棱柱状结

5、晶体，有琥珀酸是一种无色无臭的单斜棱柱状结晶体，有 、 两种晶形。相对两种晶形。相对密度密度1.572，熔点，熔点 180187，沸点，沸点 235 (分解分解)。25在水中的溶解度为在水中的溶解度为 6.8 g，几乎不溶于苯、二硫化碳、四氯化碳和乙醚中。，几乎不溶于苯、二硫化碳、四氯化碳和乙醚中。u 丁二酸及其衍生物产品分布图丁二酸及其衍生物产品分布图丁二酸是工业上一种重要的四碳化合物，它作为有机合成原材料、丁二酸是工业上一种重要的四碳化合物，它作为有机合成原材料、中间产物或专用化学品广泛应用于食品、医药、农药、染料、香料、中间产物或专用化学品广泛应用于食品、医药、农药、染料、香料、油漆、塑

6、料和材料工业。油漆、塑料和材料工业。丁二酸目前存在四个主要的市场：丁二酸目前存在四个主要的市场：第一个的市场是作为表面活性剂、清洁剂、添加剂和起泡剂；第一个的市场是作为表面活性剂、清洁剂、添加剂和起泡剂；第二个市场是作为离子鳌合剂，用于在电镀行业防止金属的溶第二个市场是作为离子鳌合剂，用于在电镀行业防止金属的溶蚀和点蚀；蚀和点蚀；第三个市场是在食品行业中作为酸化剂、第三个市场是在食品行业中作为酸化剂、pH改良剂、风味物质改良剂、风味物质和抗菌剂；和抗菌剂；第四个市场是和健康有关的产品，包括医药、抗生素、氨基酸第四个市场是和健康有关的产品，包括医药、抗生素、氨基酸和维生素等。和维生素等。 丁二酸

7、生产技术丁二酸生产技术 丁二酸在工业上应用的生产方法主要有三种：丁二酸在工业上应用的生产方法主要有三种： （1）发酵法；）发酵法； （2）电解法；）电解法； （3）催化加氢法。）催化加氢法。所谓的发酵法产丁二酸就是利用细菌或其他微生物发酵的方法所谓的发酵法产丁二酸就是利用细菌或其他微生物发酵的方法,以淀粉、糖或其他微生物能够利用的废料为原料生产琥珀酸及其衍以淀粉、糖或其他微生物能够利用的废料为原料生产琥珀酸及其衍生物的方法。生物的方法。发酵法发酵法制备丁二酸的工艺流程图制备丁二酸的工艺流程图发酵法应该注意的几个方面发酵法应该注意的几个方面优良菌种的选择是发酵法制备丁二酸的一个关键步骤，优良菌种

8、的选择是发酵法制备丁二酸的一个关键步骤，它将会直接影响到产品的收率以及分离纯化的过程。它将会直接影响到产品的收率以及分离纯化的过程。丁二酸丁二酸的最佳发酵过程大约在中性的最佳发酵过程大约在中性pH下进行，但酸的产下进行，但酸的产生会降低生会降低pH，不利于微生物生长，必须通过加碱来调节，不利于微生物生长，必须通过加碱来调节pH。微生物发酵法生产丁二酸评价微生物发酵法生产丁二酸评价（1）传统的丁二酸生产方法主要为石化合成法，这种化学合成法生产丁传统的丁二酸生产方法主要为石化合成法，这种化学合成法生产丁二酸是以不可再生的资源石油作为原料，成本高，环境污染严重，对于石油依二酸是以不可再生的资源石油作

9、为原料，成本高，环境污染严重，对于石油依赖性强，无法实现可持续发展，严重阻碍了丁二酸的发展潜力。在石油资源日赖性强，无法实现可持续发展，严重阻碍了丁二酸的发展潜力。在石油资源日益枯竭的今天，发展环境友好的绿色生物技术已经成为一种趋势，因此，微生益枯竭的今天，发展环境友好的绿色生物技术已经成为一种趋势，因此，微生物发酵法生产丁二酸尤为重要。物发酵法生产丁二酸尤为重要。（2）生物法制备丁二酸的过程中，温室气体生物法制备丁二酸的过程中，温室气体 CO2可以作为原料之一，被可以作为原料之一，被微生物吸收并利用，从而能够减少温室气体的排放，缓解由温室效应所导致的微生物吸收并利用，从而能够减少温室气体的排

10、放，缓解由温室效应所导致的全球气候变暖的现状。全球气候变暖的现状。（3）发酵法也存在着一些不足，例如会消耗大量的淀粉质粮食原料，对）发酵法也存在着一些不足，例如会消耗大量的淀粉质粮食原料，对于我国这样一个人口众多的国家来说，大量使用粮食原料进行发酵必然会增加于我国这样一个人口众多的国家来说，大量使用粮食原料进行发酵必然会增加粮食的供需矛盾，因此使用粮食原料进行发酵生产也不是长远之计。粮食的供需矛盾，因此使用粮食原料进行发酵生产也不是长远之计。实现丁二酸低成本的生物制造实现丁二酸低成本的生物制造1) 随着葡萄糖等原料成本的不断上涨，以廉价非粮生物质为原料的随着葡萄糖等原料成本的不断上涨，以廉价非粮生物质为原料的丁二酸制造工艺已成必然趋势。丁二酸制造工艺已成必然趋势。2) 高浓度的丁二酸会显著影响菌体生长和产酸效率，而添加大量的高浓度的丁二酸会显著影响菌体生长和产酸效率，而添加大量的 Na2CO3、NH3H2O 等碱中和剂也会造成菌体环境的高渗透压，利用合等碱中和剂也会造成菌体环境的高渗透压，利用合成生物学技术，通过组学分析挖掘关键抗逆元器件并实现生产菌株的适成生物学技术，通过组学分析挖掘关键抗逆元器件并实现生产菌株的适配组装，将极大改善菌株对高产物和高盐体系的抗逆能力；配组装，将极大改善菌株对高产物和高盐体系的抗逆能力；3) 酵母菌能够在偏