[发明专利]一种猪粪定向酸化制备不同聚羟基脂肪酸酯的方法

说明书

本发明公开了一种猪粪定向酸化制备不同聚羟基脂肪酸酯的方法，通过猪粪在厌氧反应器中定向酸化转化为不同高浓度有机酸，有机酸经膜分离后流加至聚羟基脂肪酸酯(PHA)合成反应器中，为发酵细菌提供碳源与氮源合成制备PHA。本方法抑制了猪粪厌氧发酵过程中甲烷的生成，克服猪粪中高氨氮的影响，成功实现其快速高浓度酸化，定向制备不同有机酸，并利用不同有机酸制备聚羟基丁酸酯(PHB)与聚羟基丁酸戊酸共聚酯(PHBV)，同时实现3‑羟基戊酸(HV)含量的可控，最终达到通过控制猪粪厌氧酸化条件生产不同PHA产品的目标，制备具有良好力学性能的生物可降解塑料。

技术领域

本发明属于猪粪利用技术领域，特别涉及一种猪粪定向酸化制备不同聚羟基脂肪酸酯的方法。

背景技术

我国是世界上第一养猪大国，每年产生大量的猪粪污，其具有高含水、高氨氮、高有机质等特点，若处理不当，会对环境造成严重的污染。常规的还田、堆肥等处理方式不仅无法充分利用猪粪中的有机质资源，还会不可避免地带来其他二次污染，如臭气、渗滤液污染等。因此，在大规模养殖场中，多以厌氧发酵制备沼气的方法来处理猪粪，但其产品种类单一、附加值低。

传统石油基塑料制品造成的“白色污染”问题日益严峻，亟需开发替代性的生物可降解塑料制品。其中，聚羟基脂肪酸酯(PHA)是一类完全可生物降解的塑料材料，由羟基脂肪酸(HA)单体首尾相接聚合而成，目前已逐步成为当今研究的热点。在众多PHA产品中，由3-羟基丁酸(HB)聚合而成的聚羟基丁酸(PHB)以及由HB和3-羟基戊酸(HV)聚合而成的聚羟基丁酸戊酸共聚酯(PHBV)拥有良好的生物可降解性、生物相容性、压电性和力学性能，因而备受关注。尤其是PHBV，由于HV单体的加入，其力学性能得到进一步改善，且HV组分含量不同可制备不同的生物可降解塑料产品。但其制造成本过高，已成为制约其未来发展的瓶颈。

厌氧发酵技术主要分为产酸阶段与产甲烷阶段。产酸阶段时，有机废弃物在水解酸化菌的作用下转化为有机酸，随后有机酸在产甲烷菌的作用下转化为甲烷。若能抑制猪粪厌氧发酵的产甲烷过程，积累大量有机酸，并通过条件调控，合成不同的PHB和PHBV产品，实现利用猪粪定向酸化制备生物可降解塑料的目标，提高附加值，实现环境效益与经济效益的双赢。

发明内容

本发明的目的在于提供一种猪粪定向酸化制备不同聚羟基脂肪酸酯的方法，以猪粪为原料，通过调控温度、pH以及热激预处理接种物等技术手段，抑制厌氧发酵过程中产甲烷菌的活性，克服猪粪中高氨氮、难酸化的问题，将之定向转化为不同的高浓度有机酸，进而利用好氧细菌Cupriavidus necator将不同有机酸定向转化合成不同的PHA产品，形成一种有机结合厌氧发酵与好氧发酵的耦合工艺，实现以低成本废弃物资源化制备高附加值可生物降解塑料的目标。

技术方案如下：

一种猪粪定向酸化制备不同聚羟基脂肪酸酯的方法，包括以下步骤：

(1)向厌氧反应器中一次性加入猪粪与接种物进行厌氧酸化发酵，总固体含量为1～14％，酸化周期5～10天，通过控制反应条件制备以下不同质量百分含量的有机酸中的任意一种：

a.控制反应器中猪粪进料的挥发性固体浓度为5～15g/L，原料与接种物挥发性固体含量之比为1:1～2:1，温度为35～40℃，反应系统pH为7～7.5，定向制备由乙酸、丙酸、丁酸和戊酸组成的有机酸，其中，乙酸20～25％，丙酸20～30％，丁酸30～35％，戊酸10～20％；

b.控制猪粪进料的挥发性固体浓度为10～20g/L，原料与接种物挥发性固体含量之比为1:1～2:1，控制反应系统pH为5.5～6.5，温度为35～40℃，定向制备由乙酸、丙酸和丁酸组成的的有机酸，其中，乙酸20～25％，丙酸15～20％，丁酸60～65％；