脂肪酸酯类生物基增塑剂酶法合成工艺设计与放大

摘要

增塑剂是一种广泛用于添加进聚合物材料特别是聚氯乙烯(PVC)的一种低分子量低挥发性的化合物。其作为一种添加剂，主要作用是降低聚合物材料的玻璃化转变温度(Tg)、弹性模量从而改进聚合物材料的柔韧性和加工性能。在过去的十年中，全球的增塑剂具有每年800万吨的生产量，市场广阔。其中邻苯二甲酸酯类是最常用的一类主增塑剂，但是自19世纪80年代初以来，关于邻苯二甲酸酯对人类健康和环境的影响而受到诸多的关注并引发许多争议，由于其潜在的致癌致生殖毒性等问题而被各国纷纷立法限制其使用。因此，为了满足对产品质量和法规的要求，致力于开发新型的环保型增塑剂势在必行。
　　课题组前期研究发现，在环氧大豆油中加入部分脂肪酸酯，包括脂肪酸甲酯和脂肪酸异辛酯制成的混合环保型增塑剂具有良好的增塑效果。因此，本论文基于课题组新获得的脂肪酶产品(Candida sp.99-125lipase)，开发了脂肪酸甲酯和脂肪酸异辛酯的合成工艺，并将脂肪酸甲酯合成工艺进行了产业化放大，研究结果分述如下:
　　(1)开发了脂肪酶发酵液与硅藻土固定化脂肪酶催化合成脂肪酸甲酯的新工艺。针对脂肪酸甲酯酶催化合成过程中一步反应转化率低(80％)，固定化脂肪酶反应过程中易团聚的问题，本研究提出了利用脂肪酶发酵液分步催化合成脂肪酸甲酯的工艺。通过分步反应，解决了固定化脂肪酶催化工艺在后续放大过程中因水团聚而使催化效率下降的问题，脂肪酸的转化率可达95％以上。基于该两步法工艺，成功实现了小试至产业化体系的工艺放大试验，且中试及产业化放大结果与小试过程无明显差异。
　　(2)开发了硅藻土固定化脂肪酶发酵液催化合成脂肪酸异辛酯的工艺，同时使用本课题组自主设计开发的水活度智能控制系统，实现对反应中水活度的实时监控与反馈调节，从而提高催化效率。酶用量500U/g(acid)，固定化载体与酶的比例为4∶1，水活度为15％rh的条件下，脂肪酸的转化率可达到95％以上。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 前言

1．2 增塑剂概览

1．2．1 增塑剂的定义

1．2．2 增塑剂的增塑原理

1．2．3 增塑剂的分类

1．2．4 国内外增塑剂研究现状

1．3 酶法合成脂肪酸酯的相关研究

1．3．1 脂肪酶

1．3．2 脂肪酶的种类

1．3．3 脂肪酶催化的酯化反应

1．4 生物催化反应的放大过程

1．5 本文的研究思路和内容

第二章 脂肪酶发酵上清液催化合成脂肪酸甲酯

2．1 前言

2．2 实验材料和设备

2．3 实验方法

2．3．1 脂肪酶发酵上清液催化合成脂肪酸甲酯的中试放大

2．3．2 脂肪酶发酵上清液的重复利用

2．3．3 硅藻土固定化脂肪酶催化的二级反应

2．3．4 脂肪酶酶活的测定方法

2．3．5 气相色谱检测方法

2．4 实验结果和分析

2．4．1 脂肪酶发酵上清液催化合成脂肪酸甲酯的中试放大

2．4．2 脂肪酶发酵上清液的重复利用

2．4．3 硅藻土固定化脂肪酶催化的二级反应

2．5 本章小结

第三章 菌体催化合成脂肪酸甲酯

3．1 引言

3．2 实验材料与设备

3．3 实验方法

3．3．1 菌体催化合成脂肪酸甲酯的可行性探究

3．3．2 菌体催化合成脂肪酸甲酯的中试放大

3．3．3 菌体的重复利用

3．4 实验结果和分析

3．4．1 菌体催化合成脂肪酸甲酯的可行性探究

3．4．2 菌体催化合成脂肪酸甲酯的中试放大

3．4．3 菌体的重复利用

3．5 本章小结

第四章 硅藻土固定化脂肪酶发酵液催化合成脂肪酸异辛酯

4．1 引言

4．2 实验材料和设备

4．3 实验方法

4．3．1 硅藻土固定化发酵液催化合成油酸异辛酯

4．3．2 硅藻土固定化发酵液催化合成棕榈酸异辛酯

4．3．3 硅藻土固定化发酵液催化合成脂肪酸异辛酯条件优化

4．4 实验结果及分析

4．4．1 硅藻土固定化发酵液催化合成油酸异辛酯

4．4．2 硅藻土固定化发酵液催化合成棕榈酸异辛酯

4．4．3 硅藻土固定化发酵液催化合成脂肪酸异辛酯条件优化

4．5 本章小结

第五章 结论与展望

5．2 展望

参考文献

致谢

作者和导师简介