一种陶瓷膜反应器及利用陶瓷膜反应器提取聚羟基脂肪酸酯的方法技术

本发明专利技术公开了一种陶瓷膜反应器及利用陶瓷膜反应器提取聚羟基脂肪酸酯的方法，提取方法包括如下步骤：1)、将含聚羟基脂肪酸酯的菌体在超低温下冻干；2)、将步骤1)冻干好的菌体溶于十二烷基硫酸钠溶液中，在陶瓷膜反应器中反应，反应结束后，依次浓缩、洗涤、浓缩；3)、将步骤2)所得菌体浓缩液中加入次氯酸钠溶液，在陶瓷膜反应器中反应，反应结束后，依次浓缩、洗涤、浓缩、脱水、干燥，即得聚羟基脂肪酸酯。本发明专利技术利用陶瓷膜的高精度过滤性能，将陶瓷膜过滤装置集成为一个反应器，将提取PHA的反应、浓缩、洗涤工序全都集成在一个反应器里进行，明显简化了生产线设备，缩短了生产流程，降低了投资和运行成本，也降低了产品的损失率。

A ceramic membrane reactor and a method for extracting polyhydroxyfatty acid esters by ceramic membrane reactor

【技术实现步骤摘要】
一种陶瓷膜反应器及利用陶瓷膜反应器提取聚羟基脂肪酸酯的方法
本专利技术涉及一种陶瓷膜反应器及利用陶瓷膜反应器提取聚羟基脂肪酸酯的方法，属于PHA提取领域。
技术介绍
聚羟基脂肪酸酯（PHA）是一种可生物降解塑料的主要成分。它是由很多细菌合成的胞内聚酯，在生物体内作为能源和碳源的储藏性物质而存在。PHA的生产主要是通过细菌发酵法，过去一直用纯菌发酵法，但成本代价太大。现在有研究表明采用废水生化剩余污泥，特别是在除磷过程中，通过控制一定的条件，可将生物污泥转变为PHA。大大节约了合成成本。除了合成成本外，提取成本占了总成本的30~40%，成为制约PHA成本降低的最主要因素。另外，PHA的提取方法将直接影响PHA产品的纯度、分子量、材料学性能以及其应用领域。因此，开发低成本、低污染、高效率、高性能的PHA提取技术和工艺显得非常重要。目前，提取PHA的方法有有机溶剂法、化学试剂法、酶法等。有机溶剂法不影响产品的分子量，纯度高，但消耗有机溶剂数量大，不仅增加了成本，而且大量的有机溶剂的损失而导致的环境污染。化学试剂法操作简单，破壁效果好，PHA提取效率高，但会导致PHA分子量一定程度的降低，且化学试剂用量大，也会对环境产生污染。酶法是通过相应的生物酶分解细胞壁和其他非产品成分，没有上述问题，但是使用条件上如何保持酶活苛刻，且由于酶的专一性，而细胞内成分复杂，要将其他非产品成分都降解掉，工艺复杂，成本高。申请号CN200510133645.3公开了一种从活性污泥中提取聚羟基脂肪酸酯的方法，该法先以超声波为辅助手段，采用氯仿和甲醇试剂提取PHA,该法虽然采用超声波提供高效提取能量，但使用的氯仿和甲醇的化学试剂量较大，不仅增加了成本，而且给环境带来了很大的有机物污染。CN200610072867.3公开了一种提取微生物胞内聚羟基脂肪酸酯的方法，该方法采用有机溶剂利用相似相溶原理溶解沉淀PHA，虽然对PHA不产生伤害，但是由于使用了大量的有机溶剂，大大增加了对环境排放的COD，也造成了对环境的伤害。尤其重要的是上述两专利采用离心机分离沉淀，显然只能适用于小试研究和小规模化生产，大生产时不仅能耗大，而且工序复杂，连续性不强。为了使上述研究的结果快速中试和大规模化连续生产，也为了降低生产过程中产生的对环境的污染，研究连续化大生产设备迫在眉睫。
技术实现思路
本专利技术提供一种陶瓷膜反应器及利用陶瓷膜反应器提取聚羟基脂肪酸酯的方法，采用了对环境危害性小的化学试剂对菌体中的PHA进行提取，既可控制条件让化学法对PHA分子量降低的影响降低到最低，又降低了对环境污染物的排放，具有极大的经济性和环保意义；进一步，考虑到大生产的连续性需要和操作方便性，本专利技术采用陶瓷膜装置构成的反应系统，集反应、浓缩、洗涤于一体，结构简单、紧凑，连续性好。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案如下：一种利用陶瓷膜反应器提取聚羟基脂肪酸酯的方法，包括如下步骤：1)、将含聚羟基脂肪酸酯的菌体在超低温下冻干；2)、将步骤1)冻干好的菌体溶于十二烷基硫酸钠溶液中，在陶瓷膜反应器中反应，反应结束后，依次浓缩、洗涤、浓缩；3)、将步骤2)所得菌体浓缩液中加入次氯酸钠溶液，在陶瓷膜反应器中反应，反应结束后，依次浓缩、洗涤、浓缩、脱水、干燥，即得聚羟基脂肪酸酯。聚羟基脂肪酸酯，简称PHA；十二烷基硫酸钠，简称SDS。上述方法，采用了对环境危害性小的化学试剂对菌体中的PHA进行提取，既可控制条件让化学法对PHA分子量降低的影响降低到最低，又降低了对环境污染物的排放，具有极大的经济性和环保意义；利用陶瓷膜高精度过滤、耐酸碱氧化剂腐蚀以及陶瓷膜反应器内传质传热效果好等优点，高效地提取了PHA，且PHA产品分子量几乎不受影响，收率高。上述步骤1）中，在超低温下冻干为：在-30~-80℃下冻干至恒重。一般在24h~48h.为了进一步提高产品的得率和纯度，步骤2）中，十二烷基硫酸钠溶液的浓度为8~15g/L，步骤1）所得冻干菌体与十二烷基硫酸钠溶液的体积比为1：10~1：20，反应温度为40~60℃，反应时间为15~20min（反应过程中关闭渗透侧）；每次浓缩均浓缩至浓缩液中的干固质量含量为15%~20%。为了进一步提高产品的纯度，步骤2）中，反应结束后，依次进行浓缩、纯水洗涤、浓缩的循环操作，直至浓缩出水的电导率与纯水的电导率差值的绝对值不大于1us/cm，洗涤所用纯水的电导率<5us/cm。为了进一步提高产品的得率和纯度，步骤3）中，次氯酸钠溶液的体积浓度为5~20%，步骤1）所得的冻干菌体与次氯酸钠溶液的体积比为1：10~1：20，反应为常温下反应3~5min（反应过程中关闭渗透侧）；每次浓缩均浓缩至浓缩液中的干固质量含量为15%~20%。为了进一步提高产品的纯度，步骤3）中，反应结束后，依次进行浓缩、纯水洗涤、浓缩的循环操作，直至浓缩出水的电导率与纯水的电导率差值的绝对值不大于1us/cm，然后脱水、干燥，即得聚羟基脂肪酸酯，其中，洗涤所用纯水的电导率<5us/cm。为了提高干燥效率，步骤3）中，采用板框压滤机、真空转鼓过滤机、带式分离机或集束式过滤器等固液分离设备进行脱水，然后再干燥至恒重。一种用于提取聚羟基脂肪酸酯的陶瓷膜反应器，包括冻干机、进料罐、输送泵、预过滤器、陶瓷膜组件、热交换器、脱水机和干燥机；进料罐、输送泵、预过滤器、陶瓷膜组件、热交换器和进料罐依次连通、并形成循环；冻干机、进料罐、脱水机和干燥机依次相接。脱水机为板框压滤机、真空转鼓过滤机、带式分离机或集束式分离器等。本申请连通、相接等可通过各种管路或输送设备等连通、相接，也可在各管路或各设备上设置调节阀、输送泵或计量表等。上述陶瓷膜组件由氧化铝、氧化锆、氧化钛或碳化硅制成，为了兼顾产品的纯度和得率，陶瓷膜的孔径为200~5nm，孔隙率为30~50%。上述利用陶瓷膜的高精度过滤性能，将陶瓷膜过滤装置集成为一个反应器，将提取PHA的反应、浓缩、洗涤工序全都集成在一个反应器里进行，明显简化了生产线设备，缩短了生产流程，降低了投资和运行成本，也降低了产品的损失率。利用上述用于提取聚羟基脂肪酸酯的陶瓷膜反应器提取聚羟基脂肪酸酯的方法，包括如下步骤：1)、将含聚羟基脂肪酸酯的菌体在冻干机中超低温下冻干；2)、关闭陶瓷膜组件的渗透侧，将步骤1)冻干好的菌体和十二烷基硫酸钠溶液加入进料罐中，在输送泵的作用下依次经过预过滤器、陶瓷膜组件和热交换器后回流到进料罐形成循环反应，反应结束后，打开陶瓷膜组件的渗透侧，进行浓缩、洗涤、浓缩，直到陶瓷膜组件清液出口出水的电导率不大于纯水的电导率，洗涤所用纯水的电导率<5us/cm；3)、关闭陶瓷膜组件的渗透侧，在进料罐中加入次氯酸钠溶液，循环反应，反应结束后，打开陶瓷膜组件的渗透侧，进行浓缩、洗涤、浓缩，直到陶瓷膜组件清液出口出水的电导率不大于纯水的电导率，洗涤所用纯水的电导率<5us/cm；然后依次经本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用陶瓷膜反应器提取聚羟基脂肪酸酯的方法，其特征在于：包括如下步骤：1)、将含聚羟基脂肪酸酯的菌体在超低温下冻干；/n2)、将步骤1)冻干好的菌体溶于十二烷基硫酸钠溶液中，在陶瓷膜反应器中反应，反应结束后，依次浓缩、洗涤、浓缩；/n3)、将步骤2)所得菌体浓缩液中加入次氯酸钠溶液，在陶瓷膜反应器中反应，反应结束后，依次浓缩、洗涤、浓缩、脱水、干燥，即得聚羟基脂肪酸酯。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用陶瓷膜反应器提取聚羟基脂肪酸酯的方法，其特征在于：包括如下步骤：1)、将含聚羟基脂肪酸酯的菌体在超低温下冻干；
2)、将步骤1)冻干好的菌体溶于十二烷基硫酸钠溶液中，在陶瓷膜反应器中反应，反应结束后，依次浓缩、洗涤、浓缩；
3)、将步骤2)所得菌体浓缩液中加入次氯酸钠溶液，在陶瓷膜反应器中反应，反应结束后，依次浓缩、洗涤、浓缩、脱水、干燥，即得聚羟基脂肪酸酯。


2.根据权利要求1所述的利用陶瓷膜反应器提取聚羟基脂肪酸酯的方法，其特征在于：步骤1）中，在超低温下冻干为：在-30~-80℃下冻干至恒重。


3.根据权利要求1或2所述的利用陶瓷膜反应器提取聚羟基脂肪酸酯的方法，其特征在于：步骤2）中，十二烷基硫酸钠溶液的浓度为8~15g/L，步骤1）所得冻干菌体与十二烷基硫酸钠溶液的体积比为1：10~1：20，反应温度为40~60℃，反应时间为15~20min；每次浓缩均浓缩至浓缩液中的干固质量含量为15%~20%。


4.根据权利要求1或2所述的利用陶瓷膜反应器提取聚羟基脂肪酸酯的方法，其特征在于：步骤2）中，反应结束后，依次进行浓缩、纯水洗涤、浓缩的循环操作，直至浓缩出水的电导率与纯水的电导率差值的绝对值不大于1us/cm，洗涤所用纯水的电导率<5us/cm。


5.根据权利要求1或2所述的利用陶瓷膜反应器提取聚羟基脂肪酸酯的方法，其特征在于：步骤3）中，次氯酸钠溶液的体积浓度为5~20%，步骤1）所得的冻干菌体与次氯酸钠溶液的体积比为1：10~1：20，反应为常温下反应3~5min；每次浓缩均浓缩至浓缩液中的干固质量含量为15%~20%。


6.根据权利要求1或2所述的利用陶瓷膜反应器提取聚羟基脂肪酸酯的方法，其特征在于：步骤3）中，反应结束后，依次进行浓缩、纯水洗涤、浓缩的循环操...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐礼升，王志高，吕承，
申请(专利权)人：南京钛净流体技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32