本發(fā)明涉及丙烯酰胺生產(chǎn)，尤其涉及丙烯酰胺單體溶液生產(chǎn)方法。

背景技術(shù)：

1、丙烯酰胺是一種重要的化工中間體，廣泛用于生產(chǎn)聚丙烯酰胺、絮凝劑、污水處理劑、造紙和紡織助劑等。其制備方法主要包括兩種：化學(xué)法和生物催化法。

2、化學(xué)法制備丙烯酰胺主要包括腈水合法和水解法，腈水合法以丙烯腈為原料，在酸性介質(zhì)中和硫酸銅催化下，將丙烯腈水解為丙烯酰胺；水解法為丙烯腈直接與水反應(yīng)，生成丙烯酰胺，通常在高溫高壓條件下進(jìn)行?，F(xiàn)有的化學(xué)法制備丙烯酰胺存在副產(chǎn)物多、環(huán)境污染較大和能耗高等問題。

3、生物催化法制備丙烯酰胺主要包括酶催化法和微生物催化法，酶催化法是利用腈水合酶將丙烯腈直接水解為丙烯酰胺；微生物催化法則是通過能夠產(chǎn)生腈水合酶的微生物來催化丙烯腈水解生成丙烯酰胺。現(xiàn)有的生物催化法制備丙烯酰胺存在酶穩(wěn)定性較差和生產(chǎn)成本較高等問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、基于背景技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了丙烯酰胺單體溶液生產(chǎn)方法，以高穩(wěn)定性的固定化腈水合酶對丙烯腈進(jìn)行水解，解決了現(xiàn)有的生物催化法制備丙烯酰胺存在的酶穩(wěn)定性較差和生產(chǎn)成本較高的問題。

2、本發(fā)明提出的丙烯酰胺單體溶液生產(chǎn)方法，方法步驟如下：將丙烯腈、水和固定化腈水合酶加入反應(yīng)釜中進(jìn)行水合反應(yīng)，制得丙烯酰胺單體；

3、所述固定化腈水合酶制備的方法步驟如下：

4、s1：分別將鎳鹽、鈷鹽和半胱氨酸溶于去離子水；

5、s2：將1-h-3,5-吡唑二甲酸一水合物溶于二甲基亞砜；

6、s3：將鎳鹽溶液和鈷鹽溶液混勻后加入半胱氨酸溶液中并混合均勻；

7、s4：將s2的1-h-3,5-吡唑二甲酸一水合物溶液加入s3的混合溶液中進(jìn)行反應(yīng)，經(jīng)過濾和真空干燥后得催化劑載體；

8、s5：將催化劑載體分散于pbs緩沖液中，再加入腈水合酶，攪拌后靜置，制得固定化腈水合酶。

9、優(yōu)選地，丙烯腈和水的體積比為1:3-5，所述固定化腈水合酶的添加量為丙烯腈和水總質(zhì)量的0.05-0.15％。

10、優(yōu)選地，水合反應(yīng)的溫度為18-25℃，時間5-10h。

11、優(yōu)選地，s1中鎳鹽為硝酸鎳、乙酸鎳、硫酸鎳、氯化鎳中的一種或幾種；鈷鹽為硝酸鈷、乙酸鈷、硫酸鈷、氯化鈷中的一種或幾種；半胱氨酸為l-半胱氨酸。

12、優(yōu)選地，1-h-3,5-吡唑二甲酸一水合物、鎳鹽、鈷鹽和半胱氨酸的摩爾比為1:0.3-0.5:0.3-0.5:0.05-0.15。

13、優(yōu)選地，s4中反應(yīng)的溫度為20-30℃，時間12-36h；真空干燥的溫度為30-40℃，時間1-3h。

14、優(yōu)選地，s5中攪拌時間5-10h，攪拌速率100-300rpm，靜置的時間為10-14h，靜置溫度0-35℃。

15、優(yōu)選地，所述反應(yīng)釜包括上端開口的釜體，所述釜體上端開口處可拆卸設(shè)置有釜蓋，所述釜體底部設(shè)置有出料管，所述釜蓋設(shè)置有第一進(jìn)料管、第二進(jìn)料管、第三進(jìn)料管和攪拌電機(jī)，所述攪拌電機(jī)的輸出軸固定設(shè)置有攪拌軸，所述攪拌軸位于所述釜體內(nèi)均勻分布有若干攪拌槳；

16、所述釜體內(nèi)還設(shè)置有環(huán)形的分布器，所述分布器包括分布腔，所述分布腔上端連接有若干均勻分布的調(diào)節(jié)腔，所述調(diào)節(jié)腔內(nèi)可拆卸設(shè)置有噴射頭，所述噴射頭設(shè)置有與分布腔連通的噴射孔，所述分布腔通過循環(huán)管與所述釜體底部連通，且所述循環(huán)管上設(shè)置有循環(huán)泵。

17、優(yōu)選地，所述攪拌槳分布在所述分布器的上方和下方。

18、優(yōu)選地，攪拌軸的攪拌速率n按如下公式確定：

19、n＝300·qα·sin(θ+θ0)β

20、式中，q為循環(huán)泵流量；θ為噴射孔傾斜角度；θ0為角度校正值；α為循環(huán)泵流量影響指數(shù)；β為噴射孔傾斜角度影響指數(shù)。

21、本發(fā)明的有益技術(shù)效果：

22、(1)本發(fā)明利用鎳和鈷合成雙金屬有機(jī)框架，能夠通過調(diào)節(jié)金屬離子之間的電子相互作用，優(yōu)化mof的電子結(jié)構(gòu)，這種電子調(diào)控可以影響mof的導(dǎo)電性和電子密度分布，從而提高酶與基質(zhì)之間的電子轉(zhuǎn)移效率；此外，鎳、鈷雙金屬中心可以通過協(xié)同作用增強(qiáng)mof的穩(wěn)定性和催化性能，鎳和鈷具有不同的氧化還原電位，有效地保證腈水合酶的穩(wěn)定性和催化效率。

23、(2)本發(fā)明的半胱氨酸能夠與mof的金屬中心(鎳、鈷)形成穩(wěn)定的配位鍵，這種配位作用能夠穩(wěn)定腈水合酶在mof上的固定化，從而提高酶的活性和穩(wěn)定性；半胱氨酸上的氨基和羧基還能夠與mof形成氫鍵作用，提高mof的親水性，有助于在水中保持酶的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，并增強(qiáng)酶的催化活性；此外，半胱氨酸還能夠改善mof與腈水合酶之間的親和力，使得酶在mof上的固定更加穩(wěn)定；最后半胱氨酸的硫原子還能夠參與電子轉(zhuǎn)移過程，進(jìn)一步促進(jìn)酶的電子傳遞效率，加速反應(yīng)速率，提升腈水合酶的催化性能。

24、(3)本發(fā)明的1-h-3,5-吡唑二甲酸一水合物能夠與鎳和鈷形成穩(wěn)定的螯合結(jié)構(gòu)，不僅能夠增強(qiáng)mof結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，還能夠提供更多的結(jié)合位點；通過調(diào)控mof的孔道尺寸和形貌，可以提高腈水合酶的固定化效果，且該孔道結(jié)構(gòu)能夠給腈水合酶提供適當(dāng)?shù)奈h(huán)境，有助于維持腈水合酶的活性。

25、(4)本發(fā)明構(gòu)建了攪拌速率與循環(huán)泵流量和噴射孔噴射角度的數(shù)學(xué)模型，當(dāng)三者滿足該數(shù)學(xué)模型時，能夠得到最優(yōu)的丙烯酰胺生產(chǎn)效率。

技術(shù)特征：

1.丙烯酰胺單體溶液生產(chǎn)方法，其特征在于，方法步驟如下：將丙烯腈、水和固定化腈水合酶加入反應(yīng)釜中進(jìn)行水合反應(yīng)，制得丙烯酰胺單體；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的丙烯酰胺單體溶液生產(chǎn)方法，其特征在于，丙烯腈和水的體積比為1:3-5，所述固定化腈水合酶的添加量為丙烯腈和水總質(zhì)量的0.05-0.15％。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的丙烯酰胺單體溶液生產(chǎn)方法，其特征在于，水合反應(yīng)的溫度為18-25℃，時間5-10h。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的丙烯酰胺單體溶液生產(chǎn)方法，其特征在于，s1中鎳鹽為硝酸鎳、乙酸鎳、硫酸鎳、氯化鎳中的一種或幾種；鈷鹽為硝酸鈷、乙酸鈷、硫酸鈷、氯化鈷中的一種或幾種；半胱氨酸為l-半胱氨酸。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的丙烯酰胺單體溶液生產(chǎn)方法，其特征在于，1-h-3,5-吡唑二甲酸一水合物、鎳鹽、鈷鹽和半胱氨酸的摩爾比為1:0.3-0.5:0.3-0.5:0.05-0.15。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的丙烯酰胺單體溶液生產(chǎn)方法，其特征在于，s4中反應(yīng)的溫度為20-30℃，時間12-36h；真空干燥的溫度為30-40℃，時間1-3h。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的丙烯酰胺單體溶液生產(chǎn)方法，其特征在于，s5中攪拌時間5-10h，攪拌速率100-300rpm，靜置的時間為10-14h，靜置溫度0-35℃。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的丙烯酰胺單體溶液生產(chǎn)方法，其特征在于，所述反應(yīng)釜包括上端開口的釜體(1)，所述釜體(1)上端開口處可拆卸設(shè)置有釜蓋(11)，所述釜體(1)底部設(shè)置有出料管(3)，所述釜蓋(11)設(shè)置有第一進(jìn)料管(7)、第二進(jìn)料管(8)、第三進(jìn)料管(10)和攪拌電機(jī)(9)，所述攪拌電機(jī)(9)的輸出軸固定設(shè)置有攪拌軸(6)，所述攪拌軸(6)位于所述釜體(1)內(nèi)均勻分布有若干攪拌槳(12)；

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的丙烯酰胺單體溶液生產(chǎn)方法，其特征在于，所述攪拌槳(12)分布在所述分布器(2)的上方和下方。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的丙烯酰胺單體溶液生產(chǎn)方法，其特征在于，攪拌軸的攪拌速率n按如下公式確定：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了丙烯酰胺單體溶液生產(chǎn)方法，方法步驟如下：將丙烯腈、水和固定化腈水合酶加入反應(yīng)釜中進(jìn)行水合反應(yīng)，制得丙烯酰胺單體；反應(yīng)釜包括釜體，釜體上端設(shè)置有釜蓋，釜體底部設(shè)置有出料管，釜蓋設(shè)置有第一進(jìn)料管、第二進(jìn)料管、第三進(jìn)料管和攪拌電機(jī)，攪拌電機(jī)的輸出軸設(shè)置有攪拌軸，攪拌軸上分布有攪拌槳；釜體內(nèi)還設(shè)置有環(huán)形的分布器，分布器包括分布腔，分布腔上端連接有調(diào)節(jié)腔，調(diào)節(jié)腔內(nèi)設(shè)置有噴射頭，噴射頭設(shè)置有與分布腔連通的噴射孔，分布腔通過循環(huán)管與釜體底部連通，且循環(huán)管上設(shè)置有循環(huán)泵。本發(fā)明以高穩(wěn)定性的固定化腈水合酶對丙烯腈進(jìn)行水解，解決了現(xiàn)有的生物催化法制備丙烯酰胺存在的酶穩(wěn)定性較差和生產(chǎn)成本較高的問題。

技術(shù)研發(fā)人員：王林,徐強(qiáng),趙國華,王清清
受保護(hù)的技術(shù)使用者：安徽巨成精細(xì)化工有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6