[发明专利]制备具有低丙烯酸浓度的丙烯酰胺水溶液的方法

说明书

本发明涉及制备具有低丙烯酸浓度的丙烯酰胺水溶液的方法。此外，本发明涉及用于降低丙烯酰胺水溶液的丙烯酸浓度的方法。该方法包括在生物催化剂的存在下将丙烯腈生物转化为丙烯酰胺，其中在生物转化期间，丙烯腈的含量保持在相对于反应器中组合物总重量的0.3w/w％或更高。还提供了通过本发明的方法获得的丙烯酰胺水溶液。此外，本发明涉及通过聚合所述水溶液的丙烯酰胺而获得的丙烯酰胺均聚物或共聚物。

本发明涉及用于制备具有低丙烯酸浓度的丙烯酰胺水溶液的方法、可通过所述方法获得的丙烯酰胺水溶液、以及可通过聚合所述丙烯酰胺获得的丙烯酰胺均聚物或共聚物。此外，本发明还涉及降低丙烯酰胺水溶液的丙烯酸浓度的方法。

聚丙烯酰胺广泛用作絮凝剂，在造纸工业中用作增稠剂，在三级油回收中用作添加剂，以及许多其它领域。聚丙烯酰胺的原料通常是其单体丙烯酰胺。原则上，在工业规模中存在两种不同的生产丙烯酰胺的方法：化学合成和生物合成，其中由于更温和的反应条件和固有的加工安全性，生物合成方法越来越多地增加。由于更温和的反应条件，在生物合成中可以避免存在铜催化剂和腈的定量转化、昂贵的下游加工步骤例如蒸馏或离子交换，因此导致更廉价的工厂，具有显著降低的工厂占地面积。

两种合成方法都使用丙烯腈作为起始物质。虽然化学合成方法使用铜催化剂(例如，US4048226、US3597481)，但是生物合成方法(也称为以生物为基础的方法)使用生物催化剂来水合(即转化)丙烯腈以获得丙烯酰胺。通常，这样的生物催化剂是微生物，其能够产生(即编码)腈水合酶(IUBMB命名法，截至2014年9月30日:EC 4.2.1.84；CAS编号2391-37-5；也称为例如NHase)。产生腈水合酶的微生物广泛分布在环境中，并且尤其包含以下物种的代表：玫瑰色红球菌(Rhodococcus rhodochrous)、嗜吡啶红球菌(Rhodococcuspyridinovorans)、红串红球菌(Rhodococcus erythropolis)、马红球菌(Rhodococcusequi)、赤红球菌(Rhodococcus ruber)、不透明红球菌(Rhodococcus opacus)、黑曲霉(Aspergillus niger)、燕麦食酸菌(Acidovorax avenae)、敏捷食酸菌(Acidovoraxfacilis)、根癌土壤杆菌(Agrobacterium tumefaciens)、放射形土壤杆菌(Agrobacteriumradiobacter)、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、苍白芽孢杆菌(Bacillus pallidus)、史氏芽孢杆菌(Bacillus smithii)、芽孢杆菌属物种BR449(Bacillus sp BR449)、Bradyrhizobium oligotrophicum、高效固氮慢生根瘤菌(Bradyrhizobiumdiazoefficiens)、大豆慢生根瘤菌(Bradyrhizobium japonicum)、Burkholderiacenocepacia、唐菖蒲伯克霍尔德菌(Burkholderia gladioli)、产酸克雷伯菌(Klebsiellaoxytoca)、肺炎克雷伯菌(Klebsiella pneumonia)、变栖克雷伯菌(Klebsiellavariicola)、鹰嘴豆中慢生根瘤菌(Mesorhizobium ciceri)、Mesorhizobiumopportunistum、中慢生根瘤菌属物种F28(Mesorhizobium sp F28)、莫拉菌属(Moraxella)、Pantoea endophytica、凝聚成团泛菌(Pantoea agglomerans)、绿针假单胞菌(Pseudomonas chlororaphis)、恶臭假单孢菌(Pseudomonas putida)、根瘤菌属(Rhizobium)、沼泽红假单孢菌(Rhodopseudomonas palustris)、液化沙雷氏菌(Serratialiquefaciens)、粘质沙雷氏菌(Serratia marcescens)、拟无枝酸菌属(Amycolatopsis)、节杆菌属(Arthrobacter)、短杆菌属物种CH1(Brevibacterium sp CH1)、短杆菌属物种CH2(Brevibacterium sp CH2)、短杆菌属物种R312(Brevibacterium sp R312)、Brevibacterium imperiale、Corynebacterium nitrilophilus、假白喉棒状杆菌(Corynebacterium pseudodiphteriticum)、谷氨酸棒状杆菌(Corynebacteriumglutamicum)、霍夫曼棒状杆菌(Corynebacterium hoffmanii)、蛾微杆菌(Microbacteriumimperial)、Microbacterium smegmatis、藤黄微球菌(Micrococcus luteus)、球形诺卡菌(Nocardia globerula)、玫瑰色诺卡菌(Nocardia rhodochrous)、嗜热假诺卡菌(Pseudonocardia thermophile)、木霉属(Trichoderma)、疣孢漆斑菌(Myrotheciumverrucaria)、出芽短梗霉菌(Aureobasidium pullulans)、无名假丝酵母(Candidafamata)、吉利蒙假丝酵母(Candida guilliermondii)、热带假丝酵母(Candidatropicalis)、黄隐球菌(Cryptococcus flavus)、隐球菌属物种UFMG-Y28(Cryptococcussp UFMG-Y28)、汉逊德巴利酵母(Debaryomyces hanseii)、白地霉(Geotrichumcandidum)、地霉属物种JR1(Geotrichum sp JR1)、有孢汉逊酵母属(Hanseniaspora)、耐热克鲁维酵母(Kluyveromyces thermotolerans)、克鲁维毕赤酵母(Pichia kluyveri)、胶红类酵母菌(Rhodotorula glutinis)、睾丸酮丛毛单胞菌(Comomonas testosterone)、Pyrococcus abyssi、激烈火球菌(Pyrococcus furiosus)和堀越氏火球菌(Pyrococcushorikoshii)。(参见例如，Prasad,生物技术进展(Biotechnology Advances)(2010),28(6):725-741；FR2835531)。这种腈水合酶是铁或钴依赖性的(即，其具有在其活性中心配位的铁或钴原子)，其特征具体在于其通过水合丙烯腈而催化丙烯腈转化获得丙烯酰胺的能力(Kobayashi,自然生物技术(Nature Biotechnology)(1998),16:733-736)。