浅谈生物法丙烯酰胺精制用树脂的选型

摘 要：在生物法丙烯酰胺生产中，由于有机酸、大分子蛋白和破碎细胞体等杂质的引入，给丙烯酰胺溶液的精制过程带来极大难度，本文通过实验室离子交换实验对不同树脂的精制效果进行了验证，为生物法丙烯酰胺精制用树脂的选型提供了一些可用经验。

关键词：生物法 丙烯酰胺 精制 树脂

一、前言

生物法生产丙烯酰胺工艺的反应条件温和（常温、常压），降低了能耗，提高了生产过程的安全性，且丙烯腈转化率较高（≥99.9%），产品具有不含铜、铬等高价离子，产品纯度高、活性高的特点。但是细胞培养过程产生的代谢产物和破碎后释放处的胞内物质，不可避免的被引入反应系统，严重恶化了丙烯酰胺溶液的品质。因此，在生物法丙烯酰胺生产中，产品的精制是至关重要的。另外，由于蛋白质和有机酸等大分子物质的存在，对精制用树脂会产生较为严重的污染，导致树脂交换容量迅速下降，再生频次不断增加，冲洗水和再生剂消耗量也不断攀升，严重影响溶液精制效果和企业效益。因此，在实际生产过程中，精制用树脂的选型便显得尤为重要。

二、实验材料及仪器

实验材料：阳树脂001×7，D71，D744；阴树脂201×7，D213，ND219，ND731；28%～32%生物法制丙烯酰胺水溶液。

仪器：实验室用离子交换柱2套、102G型气相色谱仪、DDS-307型电导率仪、pHS- 25型酸度计、计量泵C-DM04、50L塑料罐2台、1000 mL烧杯、玻璃棒等。

三、实验方法及数据

1.树脂活化：

先用两倍柱体积的5%的盐酸泡两小时，用去离子水洗至中性，再用两倍柱体积5%的氢氧化钠泡两小时，用去离子水洗至中性.最后用3倍柱体积的95%的酒精冲洗，然后再用去离子水洗至中性。

2.上样检测：

将再生好的不同型号的树脂定量装入1500ml的模拟离子交换柱（结构如图3-1），用计量泵将溶液按3L/h流速打入模拟交换装置，按每20分钟频次进行采样检测。本实验判定离子交换柱失效的标准为出料ρ≥10μS/cm，6.5≥pH值≥5.5。用5种树脂配型各进行5次实验，取平均值，实验数据见表3-1。

四、结果与讨论

通过表3-1可以看出，大孔型离子交换树脂对溶液的处理能力及处理效果明显好于凝胶型离子交换树脂（处理量约为后者的2～3倍）。而采用不同成分生产的大孔树脂在处理量及处理质量上也有一定差距，相比较而言，丙烯酸系树脂效果优于其他产品。具体原因分析讨论如下：

1.凝胶型树脂的高分子骨架，在干燥的情况下内部没有毛细孔，吸水后润胀，在大分子链节间形成很微细的孔隙，这类树脂较适合用于吸附无机离子，不能有效吸附大分子有机物质。因为后者的尺寸较大，如蛋白质分子直径为5～20nm，不能进入这类树脂的显微孔隙中。大孔型树脂是在聚合反应时加入致孔剂，形成多孔海绵状构造的骨架，内部有大量永久性的微孔，再导入交换基团制成。这不仅为离子交换提供了良好的接触条件，缩短了离子扩散的路程，还增加了许多链节活性中心，通过分子间的范德华引力产生分子吸附作用，能够象活性炭那样吸附各种大分子及非离子性物质，扩大它的功能。因此，在处理含有大量有机大分子、有机酸、无机分子、破碎细胞体等的丙烯酰胺溶液时具有无可替代的优势。

2.ND219丙烯酸系阴离子交换树脂作为一种新型离子交换树脂，其同时含有强碱、弱碱基团，而强弱不同基团类型的交换顺序不同：强碱性阴离子树脂对无机酸根的吸附的一般顺序为：SO42-> NO31- > Cl- > HCO31- > OH-。弱碱性阴离子树脂对阴离子的吸附的一般顺序为：OH- > 柠檬酸根 > SO42->酒石酸根>草酸根> PO43->NO2-> Cl->醋酸根> HCO3-。因此，对生物法丙烯酰胺溶液这种复杂组分体系的交换效果优于其它树脂。

3.针对溶液中杂质分子大小的分布，要求厂家在原有ND219树脂的基础上，在树脂粒度、润湿树脂孔径方面进行了优化，使其对富含有机物的生物法丙烯酰胺溶液的处理更具优越性。

五、结论

D744和ND2孔径树脂具有吸附能力强、交换容量高、抗有机物污染性强、再生剂用量低、冲洗容易等特点，适合用于生物法丙烯酰胺溶液的精制处理；而凝胶型树脂因抗有机污染能力弱，生产费用相对较高，不适用于生物法丙烯酰胺溶液的精制处理。

参考文献：

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