１，３－丙二醇的脱盐工艺

2024.10.16

孙丽华

摘要：1,3-丙二醇（1,3-Propanediol，简称1,3-PD）是重要的溶剂和化工原料，主要用于合成聚酯，聚氨酯等可生物降解材料。本文讨论采用化工工业传统的沉淀法除去发酵液中的盐类物质，同时可回收各种副产品，产生增值效应。

关键词：1,3-丙二醇；发酵液

目前，工业上主要采用丙烯醛水合法，环氧乙烷法等化学法合成1,3-PD，化学合成法设备投资大，技术难度高，需要重金属催化剂，污染环境，因此各国都致力于研究开发生物合成1,3-PD的技术[2]。微生物发酵法生产1,3-丙二醇具有条件温和原料可再生，对环境污染少等一系列优点，但是在发酵生产过程中，分离和精制过程所需的费用占成本的很大部分，例如传统发酵工业（如抗生素、乙醇、柠檬酸）分离和精制部分占整个工厂投资费用的60%，面对重组DNA发酵，精制蛋白的费用可占整个费用的80%-90%。目前我国1,3-丙二醇的微生物发酵生产大多处于大规模工业化生产前的试验阶段，居高不下的成本是导致工业化进程延后的主要因素之一，发酵液中有相当部分的盐类物质影响1,3-丙二醇的分离与精制，现今采用的脱盐方法基本以电渗析除盐为主，电渗析法除盐除固定的设备投资外，膜的投资额度较高，且需要较高的维护费用，且电渗析法的除盐后盐水的排放对环境有一定的影响，若采用废水处理，又会增加一部分的成本。

1 材料与方法

1.1 发酵液

实验用的发酵液，可由各种产1,3-丙二醇的微生物经发酵培养而得到。

1.2 实验设备与化学试剂

离心机、旋转蒸发皿、5升量杯、电子称、高效液相色谱、分析纯硫酸、分析纯乙醇。

1.3 分析方法

发酵液中的甘油、1,3-PD、2.3-丁二醇以及琥珀酸、乳酸、乙酸、乙醇采用SHIMADZU HPLC测定色谱柱为Ammex Hpx-87H柱，柱温65℃，流动相为浓度0.005md/L的H2SO4，流速为0.8ml/min；检测器为RID-10A型折光示差检测器。

2 实验方法

向除去菌体后的发酵液体中加入硫酸后，浓缩、离心分离盐类物质，再用乙醇（安全、易得、易分离）浸洗出盐类物质所吸附的产品以提高收率，此方法利用了基本化学原理——相似相溶的原理。

3 结果与讨论

3.1 浓缩后加H2SO4。

将去除菌体后的发酵液，用旋转蒸发器浓缩至原体积的2/10~1/10，后加入与体积中各种有机酸盐等摩尔离子浓度H2SO4，充分搅拌然后静置、沉降分离完全后进行离心分离，在转数为6000rpm条件下收率为90%，在转数为4000rpm条件下产出收率为85%。分离出来的盐为硫酸钠，可精制后，作为副产品。说明此方法是具有实用价值的，需要进一步探讨方法以提高产品收率、降低离心能耗。

3.2 浓缩前加H2SO4

将除去菌体后的发酵液用H2SO4调PH值到3~3.5，静置沉淀后取上清液浓缩至原体积的2/10-1/10再静置，沉降可观察到固液分离明显。采用2000rpm离心后，产品收率可达95%以上，前后分离出来的硫酸钠均可精制后作为副产品，此方法相比2.1方法收率提高，能耗降低可更进一步探讨方法的改进进而提高产品收率。

3.3 浓缩前加硫酸，浓缩后加乙醇浸洗

将除去菌体后的发酵液用H2SO4调PH值到3~3.5静置，沉降取上清液浓缩至原体积的2/10-1/10，沉降离心，将上清液取出用95%的乙醇浸洗沉降物，然后再离心，将浸洗离心出的上清液与每一次离心的上清液再次浓缩，同时回收乙醇，浓缩液进入蒸馏工序进一步精制得到产品，1,3-丙二醇、2,3-丁二醇、乙酸、乳酸，同时经浸洗后的硫酸钠经精制提纯后作为副产品，产品收率可达99.5%以上。

本实验表明，1,3-丙二醇发酵液的除盐在加入硫酸是可行的前提下，再使用乙醇浸提，可使1,3-丙二醇在此过程中的损失率降至1%以下，相比前两种方法更具有工业可操作性。

结论

1,3-丙二醇发酵液的脱盐处理完全可采用加H2SO4沉降加乙醇浸洗，且较易获得较高产品收率，更可达到将所有副产品回收的目的，不仅提高经济效益，而且可同时降低对环境的污染。

参考文献

[1]Zen A P,Biebl H.Bulk Chemicals from biotechnology： the case of 1,3-propanediol production and the new trends[J].Afvances in Biochemical Engineering /Biotechnology, 2002,75:240-259.

[2]刘艳杰、赵庆田、蒋巍等，1,3-丙二醇的生产技术分析[J]，化学工程师，2002,(1):45-22.

[3]俞俊常、唐孝宣，生物工艺学，ISBN7-5628-0150-9/TQ，20.