本發(fā)明屬于生物技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種利用超高交聯(lián)樹脂吸附分離戊二胺的方法。

背景技術(shù)：

一直以來，化學工業(yè)依賴以石油和天然氣為原料來生產(chǎn)聚合物制品，成為現(xiàn)代文明社會的重要支柱。但隨著石油和天然氣資源的逐漸枯竭以及石油制品的生產(chǎn)和使用導致的溫室效應(yīng)日趨嚴重，尋找石化資源的替代產(chǎn)品，特別是基于可再生資源的綠色制品，成為當今化學工業(yè)的重要發(fā)展方向。尼龍是一類非常重要的聚合物材料，在汽車、高檔紡織等多個領(lǐng)域有著重要的用途，目前全球尼龍聚合物年產(chǎn)量在600萬噸以上，而中國的消費量占全球尼龍產(chǎn)量的30％。在這一背景下，基于生物原料的1,5-戊二胺的開發(fā)就顯得非常令人期待。從1,5-戊二胺出發(fā)，可以合成尼龍-56或全生物基的尼龍產(chǎn)品尼龍510，這些產(chǎn)品可以應(yīng)用在電子電器、機械設(shè)備、汽車部件等日常生產(chǎn)生活的多個方面。

關(guān)于戊二胺的生產(chǎn)和純化有以下公開技術(shù)：在專利EP1482055A1中，在酶轉(zhuǎn)化過程中，用己二酸控制酶轉(zhuǎn)化的pH值，100％轉(zhuǎn)化賴氨酸；然后用戊二胺量20％的活性炭脫色，濃縮至70～77％尼龍鹽濃度；尼龍鹽溶液溫度從60℃降低到10℃，結(jié)晶得到戊二胺尼龍鹽。在專利CN101981202A中，通過直接發(fā)酵得到戊二胺溶液，戊二胺濃度為72g/L。然后發(fā)酵液在103℃下，回流5小時，裂解發(fā)酵液中的副產(chǎn)物；用丁醇多次萃取，蒸發(fā)有機溶劑得到戊二胺產(chǎn)品。在專利CN102056889A中，戊二胺碳酸鹽酶反應(yīng)液用UF 12000分子量的有機膜處理，降低反應(yīng)液中三官能團有機物，三官能團有機物含量相對戊二胺為0.0063。加熱戊二胺碳酸鹽溶液到100℃以上分解戊二胺碳酸鹽，然后蒸餾戊二胺粗品得到產(chǎn)品。在JP2009096796A、JP2009131239A中，將堿與戊二胺鹽水溶液混合，使戊二胺游離，同時鹽沉淀，然后蒸餾出戊二胺。在專利CN105777555A中將戊二胺粗品的水溶液經(jīng)過一次精餾除去水和沸點低于水的雜質(zhì)；然后進行二次精餾除去沸點低于戊二胺的雜質(zhì)；最后進行三次精餾除去沸點高于戊二胺的雜質(zhì)，即得純化后的戊二胺。

綜上，通過發(fā)酵法生產(chǎn)戊二胺，為戊二胺的大量生產(chǎn)開辟了新的途徑。但由于發(fā)酵液組成的復雜性，給戊二胺的分離、提取、精制帶來了困難，為了保證能夠利用戊二胺進行有效的與己二酸合成尼龍，就需要利用純度大于99.5％的戊二胺己二酸單體，這意味著下游的處理過程比較苛刻。發(fā)酵液是一個復雜的多相體系，其中含有未反應(yīng)的賴氨酸、發(fā)酵副產(chǎn)物(如氨丙基戊二胺、乙?；?二氨基戊烷等)、無機離子、微生物細胞及其碎片、未利用的培養(yǎng)基和代謝產(chǎn)物以及微生物的分泌物等，給戊二胺的提取和精制帶來困難，尤其是其中含有大量蛋白質(zhì)、色素等雜質(zhì)，嚴重影響產(chǎn)品純度和外觀質(zhì)量?，F(xiàn)有技術(shù)中并沒有比較綠色環(huán)保、并且收率高、純度高的適宜分離方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種從發(fā)酵液中提取戊二胺的方法，以解決戊二胺工業(yè)中的下游分離難題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種利用超高交聯(lián)樹脂吸附分離戊二胺的方法，將經(jīng)過預處理的戊二胺發(fā)酵液通過裝有超高交聯(lián)樹脂的吸附柱，經(jīng)吸附、洗雜，并用己二酸水溶液做解吸劑進行解吸，得戊二胺己二酸溶液；

其中，所述的超高交聯(lián)樹脂是以聚苯乙烯-二乙烯基苯為骨架，通過Friedel-Crafts交聯(lián)反應(yīng)得到，該超高交聯(lián)樹脂弱極性，親水性好；平均粒徑為0.5-0.8mm，含水量為43-48wt％，平均孔徑為4.94-6.3nm，孔隙率30％-40％，濕密度1.09g/cm³，平均比表面積為806-857m²/g，平均孔容0.995-1.113cm³/g，功能基團為羰基。

其中所述戊二胺發(fā)酵液的來源沒有特別限制，可以為任意生物法制備的含戊二胺的發(fā)酵液。例如，將賴氨酸或賴氨酸鹽用賴氨酸脫羧酶催化后即可得到的戊二胺發(fā)酵液。

所述超高交聯(lián)樹脂的制備方法參見專利CN105884956A，命名為HD-6。

所述戊二胺發(fā)酵液的預處理為：離心除去殘余的菌體、取上清液用活性炭脫色、然后離心過濾除去活性炭，并調(diào)節(jié)pH為12.5-13.5。經(jīng)過預處理的戊二胺發(fā)酵液中戊二胺的含量為50-200g/L。

所述取上清液用活性炭脫色固液比為1-3％，此處固液比是指質(zhì)量體積比，單位為g/L。

所述離心過濾除去活性炭是指以6000-8000rpm轉(zhuǎn)速離心5-10分鐘，再通過板框過濾即可。

使用工業(yè)堿調(diào)節(jié)pH，例如可以使用NaOH調(diào)節(jié)pH。

經(jīng)過預處理的戊二胺發(fā)酵液中的戊二胺完全處于分子狀態(tài)。

所述吸附條件為：室溫、吸附流速1-4BV/h，采用固定床吸附，樹脂柱高徑比為12-18。

所述洗雜采用去離子水洗雜，其中，洗雜流速為0.5-2.0BV/h。

所述解吸條件為：解吸使用的解吸劑為0.2-0.8mol/L的己二酸水溶液，控制解吸流速為0.5-2.0BV/h。

經(jīng)過吸附、洗雜和解吸的吸附柱可通過再生操作，重新進行吸附、洗雜和解吸；再生條件為：以去離子水為再生劑，再生劑流速為1-3BV/h。

本發(fā)明通過分析吸附質(zhì)戊二胺分子的結(jié)構(gòu)與理化性質(zhì)、料液的組成和吸附劑的骨架結(jié)構(gòu)、孔徑、比表面積和極性等各方面的因素，篩選出一種性能優(yōu)良的超高交聯(lián)樹脂，該樹脂對發(fā)酵液中的戊二胺具有較高的吸附容量和吸附選擇性，且較易解吸，戊二胺的收率可達96％以上，并可將戊二胺提濃2-4倍。

有益效果：本發(fā)明方法采用吸附柱分離發(fā)酵液中的戊二胺，所有操作均可在室溫下進行，大大降低了分離過程的能耗，以及有機萃取劑的用量；所選用的吸附介質(zhì)具有對戊二胺吸附容量大、物化性質(zhì)穩(wěn)定性高、吸附選擇性好、解吸條件溫和、再生容易、使用周期長等優(yōu)點；并且所用吸附介質(zhì)用水即可再生，不需要消耗酸堿或有機溶劑，可降低能耗減少廢水排放量，避免環(huán)境污染問題，是一種更加清潔環(huán)保的生產(chǎn)工藝；適用于各種戊二胺粗品，對粗品含有的各種雜質(zhì)都能有效去除，得到的高純度的戊二胺己二酸成品，完全可以滿足尼龍聚合物對戊二胺己二酸單體的質(zhì)量要求，可擴大戊二胺以及尼龍等下游產(chǎn)品的生產(chǎn)和應(yīng)用。

附圖說明

圖1本發(fā)明工藝流程圖；

圖2本發(fā)明超高交聯(lián)樹脂HD-6的孔徑分布圖；

圖3本發(fā)明超高交聯(lián)樹脂HD-6的BET圖；

圖4是飽和吸附劑的解吸曲線。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作出詳細說明。

以下實施例中使用外標法對料液中的戊二胺濃度進行檢測，色譜條件為：

色譜柱：Zorbax XDB-C18

流動相：A三氟乙酸-乙腈-水體積比為0.06:5:95B乙腈-三氟乙酸-水體積比0.45/5/95

流速：0.7ml/min

柱溫：35℃

進樣體積：20ul

梯度洗脫條件：

檢測器：蒸發(fā)光散射檢測器

氮氣流量：2.5L/min

漂移管溫度：40℃

使用以下公式計算解吸后的戊二胺的收率：

收率(％)＝m_解吸/m_進*100％

其中，m_解吸、m_進分別表示為戊二胺在解吸前進樣與解吸下來的質(zhì)量之比。

實施例1

戊二胺發(fā)酵液的制備以及預處理

戊二胺粗品的水溶液來源沒有特別限制，可以為任意生物法制備的含戊二胺的發(fā)酵液，例如，將賴氨酸或賴氨酸鹽用賴氨酸脫羧酶催化后得到的戊二胺粗品轉(zhuǎn)化液。轉(zhuǎn)化液離心除去菌體，上清液加入1.5％(g/L)的活性炭在20℃下攪拌1小時，進行脫色，然后以6000-8000rpm轉(zhuǎn)速離心5-10分鐘，再通過板框過濾除去活性炭，再加入足量NaOH使戊二胺游離，并調(diào)節(jié)pH為12.5-13.5。

經(jīng)過上述預處理之后的戊二胺發(fā)酵液中戊二胺的含量約為70g/L。

實施例2

超高交聯(lián)樹脂HD-6的制備以及預處理

所述超高交聯(lián)樹脂的制備方法可參見專利CN105884956A，即以聚苯乙烯-二乙烯基苯為骨架，通過Friedel-Crafts交聯(lián)反應(yīng)得到，該超高交聯(lián)樹脂弱極性，親水性好；平均粒徑為0.5-0.8mm，含水量為43wt％，平均孔徑為4.94nm，孔隙率30％-40％，濕密度1.09g/cm³，平均比表面積為806m²/g，平均孔容0.995cm³/g，功能基團為羰基，命名為HD-6。

圖2為制備所得超高交聯(lián)樹脂HD-6的孔徑分布圖；圖3為制備所得超高交聯(lián)樹脂HD-6的BET圖。

超高交聯(lián)樹脂HD-6的預處理：用2BV 1mol/L的HCL的溶液以1BV/h的流速沖洗樹脂，再用水洗至中性；然后用2BV 1mol/L的NaOH溶液以1BV/h的流速沖洗樹脂，再用水洗至中性；最后用乙醇以2BV/h的流速沖洗樹脂，用去離子水沖去乙醇，備用。

實施例3

固定床樹脂柱分離

將經(jīng)由實施例1預處理之后的戊二胺發(fā)酵液以4BV/h的流速由上向下通過裝有實施例2預處理之后的超高交聯(lián)樹脂的吸附柱，采用固定床吸附，樹脂柱高徑比為15，戊二胺被選擇性吸附，當進料量達到4BV后停止進料，并將柱內(nèi)液體排干；用去離子水以2BV/h的流速洗雜，直至流出液中不含無機鹽、殘?zhí)堑入s質(zhì)，再將去離子水放干；向吸附柱頂端以0.5BV/h的流速滴加0.5mol/L己二酸水溶液，解吸后，流出液中基本沒有戊二胺，解吸完畢。解吸曲線見圖4。再以1BV/h的流速通入去離子水，將樹脂柱內(nèi)的己二酸洗凈，再生完成后即可用于下一次的吸附操作。

結(jié)果測定：經(jīng)解吸后的戊二胺收率達96.1％，戊二胺己二酸純度達98.2％，戊二胺提濃2.5倍。

實施例4

固定床樹脂柱分離

將經(jīng)由實施例1預處理之后的戊二胺發(fā)酵液以2.5BV/h的流速由上向下通過裝有實施例2預處理之后的超高交聯(lián)樹脂的吸附柱，采用固定床吸附，樹脂柱高徑比為16，戊二胺被選擇性吸附，吸附4BV后停止進料，并將柱內(nèi)液體排干；用去離子水以1BV/h的流速洗雜，直至流出液中不含無機鹽、殘?zhí)堑入s質(zhì)，再將去離子水放干；向吸附柱頂端以1.0BV的流速滴加0.5mol/L己二酸水溶液，解吸后，流出液中基本沒有戊二胺，解吸完畢。再以的3BV/h流速通入去離子水，將樹脂柱內(nèi)的己二酸洗凈，再生完成后即可用于下一次的吸附操作。

結(jié)果測定：經(jīng)解吸后的戊二胺收率達96.7％，戊二胺己二酸純度達97.5％，戊二胺提濃2.3倍。

實施例5

固定床樹脂柱分離

將經(jīng)由實施例1預處理之后的戊二胺發(fā)酵液以1.5BV/h的流速由上向下通過裝有實施例2預處理之后的超高交聯(lián)樹脂的吸附柱，采用固定床吸附，樹脂柱高徑比為12，戊二胺被選擇性吸附，吸附4BV后停止進料，并將柱內(nèi)液體排干；用去離子水以1.5BV/h的流速洗雜，直至流出液中不含無機鹽、殘?zhí)堑入s質(zhì)，再將去離子水放干；向吸附柱頂端以1.0BV的流速滴加0.4mol/L己二酸水溶液，解吸后，流出液中基本沒有戊二胺，解吸完畢。再以的2BV/h流速通入去離子水，將樹脂柱內(nèi)的己二酸洗凈，再生完成后即可用于下一次的吸附操作。

結(jié)果測定：經(jīng)解吸后的戊二胺收率達97.7％，戊二胺己二酸純度達97.5％，戊二胺提濃2倍。

實施例6

固定床樹脂柱分離

將經(jīng)由實施例1預處理之后的戊二胺發(fā)酵液以1BV/h的流速由上向下通過裝有實施例2預處理之后的超高交聯(lián)樹脂的吸附柱，采用固定床吸附，樹脂柱高徑比為18，戊二胺被選擇性吸附，吸附4BV后停止進料，并將柱內(nèi)液體排干；用去離子水以0.5BV/h的流速洗雜，直至流出液中不含無機鹽、殘?zhí)堑入s質(zhì)，再將去離子水放干；向吸附柱頂端以2.0BV的流速滴加0.6mol/L己二酸水溶液，解吸后，流出液中基本沒有戊二胺，解吸完畢。再以的2BV/h流速通入去離子水，將樹脂柱內(nèi)的己二酸洗凈，再生完成后即可用于下一次的吸附操作。

結(jié)果測定：經(jīng)解吸后的戊二胺收率達97.7％，戊二胺己二酸純度達98.1％，戊二胺提濃2.7倍。

實施例7

該實施例的操作同實施例6，不同之處在于：解吸使用的解吸劑為0.2mol/L的己二酸水溶液。

結(jié)果測定：經(jīng)解吸后的戊二胺收率達96.7％，戊二胺己二酸純度達98.1％，戊二胺提濃2倍。

實施例8

該實施例的操作同實施例6，不同之處在于：解吸使用的解吸劑為0.8mol/L的己二酸水溶液。

結(jié)果測定：經(jīng)解吸后的戊二胺收率達97.7％，戊二胺己二酸純度達98.1％，戊二胺提濃2.8倍。

綜上，采用本發(fā)明方法解吸后的戊二胺收率達96％以上，戊二胺己二酸純度達97.5％以上，戊二胺提濃2倍以上。完全可以滿足尼龍聚合物對戊二胺己二酸單體的質(zhì)量要求，可擴大戊二胺以及尼龍等下游產(chǎn)品的生產(chǎn)和應(yīng)用。