1，3—丙二醇發酵液離子交換脫鹽的研究

摘 要：1，3-丙二醇（英文名1，3-propanediol）是一種重要的化工原料，可作為有機溶劑應用于油墨、印染、涂料、潤滑劑、抗凍劑等行業，還可用作藥物合成中間體。其最主要的用途是作為聚合物單體合成性能優異的高分子材料。

關鍵詞：1，3-丙二醇；離子交換；脫鹽

目前，1，3-丙二醇的生產方法主要有化學合成法和微生物發酵法兩種。其中化學合成法已經用于工業生產，而微生物發酵法因其選擇性高、操作條件溫和、原料是可再生的農產品——淀粉或植物油料等優點，是近些年來國內外研究的重點。

因1，3-丙二醇發酵液中含有大量有機鹽，所以1，3-丙二醇發酵液后提取的關鍵，是如何脫除發酵液中的高鹽分。采用離子交換法用于高鹽分1，3-丙二醇發酵液的脫鹽工藝，需要通過實驗室小試，驗證其技術工藝的可行性，目的是為1，3-丙二醇產品后提取脫鹽工藝提供替代技術可行性依據。

本次研究分別使用強酸型樹脂（SA）、弱酸型樹脂（WA）、強堿型樹脂（SB）、弱堿型樹脂（WB），對1，3-丙二醇發酵液進行了串聯連續脫鹽實驗，以摸索出合適的樹脂及工藝。

1 實驗材料

1.1 實驗材料和儀器

1.1.1 試驗裝置：自制的4個離子交換柱的四床脫鹽小試實驗裝置。

1.1.2 試驗器材

（1）離子交換樹脂，選用漂特萊（中國）有限公司提供下列型號樹脂：

強酸型樹脂型號：C150S

弱酸型樹脂型號：D113

強堿型樹脂型號：A510S

弱堿型樹脂型號：A130S

（2）再生劑：分析純HCl溶液、工業級NaOH溶液、純凈水。

（3）電導率儀、pH試紙、取樣離心管。

1.2 實驗料液：用克雷伯氏肺炎桿菌轉化甘油為1，3-丙二醇的發酵液過濾澄清液。

2 實驗方法

2.1 樹脂的預處理：樹脂在裝柱前分別用酸（HCl）、堿（NaOH）浸泡，然后用純凈水清洗，陽樹脂洗至pH值在3-4之間，陰樹脂洗至pH在8-9之間，預處理完畢，待再生。

2.2 樹脂的初始再生：將預處理完的樹脂分別裝到相應的交換柱中。陽樹脂用4-5%的HCl順流再生1小時，然后用純凈水洗至pH值為3-4，再生好待用；陰樹脂用4-5%的NaOH再生，操作與陽樹脂相同，沖洗出水pH值為8-9之間。

2.3 脫鹽試驗

2.3.1 用強酸+弱酸+強堿+弱堿床組合除鹽系統做串聯動態試驗，測試各床的除鹽效果和該除鹽系統的合理性。

2.3.2 在四床串聯動態除鹽試驗的基礎上，進行不同床組合方案（酸、堿兩床組合）的除鹽系統的除鹽效果試驗，篩選除鹽床組合方案。

3 試驗數據的整理和分析

3.1 串聯動態除鹽測試數據

進料電導率2300-2600μs/cm，樹脂裝料量5.5L，床深1500mm。各床樹脂再生、置換、淋洗完好。

除鹽系統：強酸+弱酸+強堿+弱堿四床連續動態串聯除鹽運行，各床出料電導率如表1：

表1

實驗結果：

（1）1號床樹脂運行100分鐘后失效。

（2）原液進料25L，4號床前15L混合液平均電導率1000？滋s/cm，符合產品電導率要求。

3.2 不同床組合方案（酸、堿兩床組合）的除鹽系統的除鹽試驗數據。

進料電導率25500-30000？s/cm，運行數據情況見表2：

表2

實驗結果：

（1）強酸+強堿組合除鹽效果較好，出料合格，但殘液較多，收率稍低。

（2）弱酸+弱堿組合樹脂失效周期較長，但產品不合格，且后期出現樹脂堵塞現象。

（3）弱酸+強堿組合樹脂失效周期也較長，但產品電導率較高，不符合產品要求。

（4）強酸+弱堿組合除鹽效果最好，且殘液較少，收率較高，但失效周期較短。

4 實驗結論

4.1 測試數據表明，離子交換法用于1，3-丙二醇發酵液的除鹽，具有技術可行性，可以作為發酵法生產1，3-丙二醇后提取脫鹽工藝。

4.2 經過不同床組合除鹽系統的試驗篩選，強酸（SA）和弱堿（WB）的床組合方案除鹽效果最佳，應為工業化首選方案。

4.3 樹脂床失效再生前反沖洗呈現樹脂床整體向柱上方浮起，樹脂層不易松散。工業化柱中樹脂層高1-3米，反沖洗設計空間應為層高的50-100%。

4.4 試驗過程中再生劑消耗量較大，因為是采用順流過量（倍量）再生，工業型可采用適量再生和逆流再生，可以降低再生劑的用量。