用于乳酸生产和聚乳酸回收利用的方法和系统技术方案

提供了与聚乳酸的化学回收利用联合的从有机废物生产乳酸的工业发酵，以便以高产率得到乳酸。到乳酸。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于乳酸生产和聚乳酸回收利用的方法和系统


[0001]本专利技术涉及有机废物和聚乳酸的双重回收利用。具体来说，提供了与聚乳酸(PLA)的化学回收利用联合的用于将有机废物回收利用成乳酸的方法和系统。

技术介绍

[0002]乳酸发酵
[0003]近年来，由于乳酸在生物塑料的制造中具有组件的能力，乳酸发酵，即通过微生物发酵从糖源生产乳酸，引起了人们的兴趣。乳酸可以被聚合，以形成生物可降解且可回收利用的聚酯聚乳酸(PLA)，其被认为是从石油制造的塑料的潜在替代品。PLA被用于制造各种不同产品，包括食品包装物、一次性用品、纺织和卫生产品行业中的纤维等。
[0004]出于各种不同考量，通过发酵生物过程生产乳酸优于化学合成方法，所述考量包括环境问题、成本和通过化学合成产生大多数工业应用所需的对映异构纯乳酸的困难度。常规发酵过程通常基于产生乳酸作为糖类发酵的主要代谢终产物的产乳酸微生物的厌氧发酵。对于PLA的生产，将在所述发酵期间产生的乳酸从发酵液分离并通过各种不同过程纯化，然后对纯化的乳酸进行聚合。
[0005]乳酸具有手性碳原子，因此以两种对映异构体形式D
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和L
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乳酸存在。为了产生适合于工业应用的PLA，进入生产过程的D
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或L
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乳酸必须被高度纯化以满足聚合所要求的规格。此外，为了产生一种分离的对映异构体(L或D)，通常使用只产生L
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乳酸盐对映异构体或只产生D
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乳酸盐对映异构体的乳酸菌。<br/>[0006]在目前可用的商业化过程中，用于乳酸发酵的糖源通常是含有淀粉的可再生来源，例如玉米和木薯根。也已提出了其他来源，例如富含纤维素的甘蔗渣。通常，乳酸菌可以利用还原糖如葡萄糖和果糖，但不具有降解多糖如淀粉和纤维素的能力。因此，为了利用此类多糖，所述过程需要添加糖酵解酶类，并通常与化学处理相组合，以降解多糖并释放出还原糖。
[0007]已提出的用于乳酸发酵的其他糖源是复杂有机废物，例如来自于城市、工业和商业来源的混合食品废物。有机废物是有利的，因为它与其他用于乳酸发酵的糖源相比容易获得并且更加廉价。
[0008]混合食品废物通常包含不同比例的还原糖(葡萄糖、果糖、乳糖等)、淀粉和木质纤维材料。混合食品废物还含有内源的D,L
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乳酸(例如来自于乳制品或运输期间的自然分解)，需要去除其中之一以便利用所述废物作为生产光学纯乳酸(L
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或D
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乳酸)的底物。转让给本专利技术的申请人的WO 2017/122197公开了双重作用乳酸(LA)利用细菌，其被遗传修饰以分泌多糖降解酶例如纤维素酶、半纤维素酶和淀粉酶，可用于处理有机废物，以消除所述废物中存在的乳酸和降解复杂多糖。
[0009]有机废物例如混合食品废物的特征还在于糖类含量的高度可变性，并且它的组成因批次不同而异，某些批次可能富含糖类，与其相比其他批次具有低的糖类含量。因此，基于有机废物的乳酸发酵过程可能导致产率因批次不同而异，并且在某些情况下得到的乳酸
产率非常低。
[0010]聚乳酸(PLA)回收利用
[0011]从可再生资源生产的PLA是石油来源的塑料的一种替代物，它在制造诸如食品包装物等的产品中的使用持续增长。由于PLA在一次性最终产品中的存在越来越多，因此确保PLA在处置后得到充分处理是非常重要的。与热塑性树脂例如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯不同，PLA易发生热降解。因此，当回收含有PLA和上述塑料的混合物的产品时，最好将PLA分离以避免回收料流的污染。
[0012]PLA的回收选项包括填埋、堆肥、厌氧消化(生物气生产)、焚烧和化学回收利用成组成单体。化学回收利用优于其他方法，因为单体可以重新用于生产新的PLA。
[0013]市场上的一种常见形式的PLA是共聚物PDLLA(聚(D
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L
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)乳酸)，主要由PLLA(由L
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乳酸制成)和少量PDLA(由D
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乳酸制成)组成。市场上存在的很大一部分PLA塑料含有少量PDLA，其在水解后释放出D
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乳酸。所述水解的材料还可能含有在水解过程中通过外消旋形成的未知量的D
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LA。对于D
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乳酸和L
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乳酸来说，进入PLA生产过程通常都需要光学纯度超过99％。因此，PLA回收利用过程应解决异构体分离问题。两种对映异构体的化学分离成本高，通常使用液体或固体对映选择性膜或高效液相色谱(HPLC)。
[0014]Cam、Hyon和Ikada(1995)Biomaterials，16(11)：833
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43报道了高分子量聚(L
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丙交酯)在碱性介质中的降解。所述研究测试了分子量和形态对水解降解的影响。降解在37℃下，在0.01N NaOH溶液中进行。
[0015]Siparsky、Voorhees和Miao(1998)Journal of environmental polymer degradation，6(1)：31
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41报道了聚乳酸(PLA)和聚己内酯(PCL)在水性乙腈溶液中的水解。
[0016]Xu、Crawford和Gorman(2011)Macromolecules，44(12)：4777
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4782报道了温度和pH对聚乳酸刷的降解的影响。
[0017]Chauliac(2013)“将聚乳酸聚合物水解成L
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乳酸的热化学过程及其使用工程化改造的微生物的纯化的开发”(Development of athermochemical process for hydrolysis of polylactic acid polymers to L
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lactic acid and its purification using an engineered microbe)，博士论文，弗罗里达大学,UMI编号：3583516，提出了一种PLA聚合物的消费后使用方法。在这种方法中，热水解是第一步，然后从水解的材料中除去D
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LA，以产生可以重新导入所述聚合物本身的生产中的纯L
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LA。热水解在NaOH存在下使用水进行。从得到的糖浆除去D
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LA使用缺少所鉴定的所有三种L
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乳酸脱氢酶的大肠杆菌来实现。
[0018]和Karlsson(2013)Polymer Degradation and Stability，98(1)：73
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78报道了用于测量含有羧酸酯的聚合物的碱水解的焓的两项研究。使用了两种材料：聚(乙酸乙烯酯)PVAc薄膜和聚(乳酸)PLA纤维。降解使用氢氧化钠和氢氧化钾在30℃下进行。
[0019]Elsawy等(201本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种从聚乳酸(PLA)和有机废物的联合回收利用生产L
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乳酸盐的方法，所述方法包括下述步骤：(a)用金属氧化物或氢氧化物水解PLA废物，以获得包含L
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乳酸盐单体和第一平衡离子的PLA水解浆液；(b)将有机废物在发酵罐中，在碱性化合物存在下用产乳酸微生物发酵，以获得包含L
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乳酸盐单体和第二平衡离子的发酵液，其中所述第一和第二平衡离子是相同的；或者其中对所述第一和第二平衡离子中的至少一者进行离子交换，从而获得相同的第一和第二平衡离子；(c)任选地将所述步骤(a)的PLA水解浆液、步骤(b)的发酵液或包含步骤(a)的PLA水解浆液和步骤(b)的发酵液的混合物与D
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乳酸降解酶或D
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乳酸利用微生物接触以消除D
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乳酸盐单体，从而获得L
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乳酸盐单体；以及(d)纯化包含步骤(a)的PLA水解浆液和步骤(b)的发酵液的混合物或步骤(c)的L
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乳酸盐单体，从而获得L
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乳酸盐。2.权利要求1所述的方法，其中步骤(a)和步骤(b)以任何顺序或同时进行。3.权利要求1所述的方法，其中所述包含步骤(a)的PLA水解浆液和步骤(b)的发酵液的混合物通过在发酵期间向乳酸发酵罐逐步添加PLA水解浆液来获得。4.权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中步骤(a)在约50℃至约90℃范围内的温度下进行。5.权利要求1至4中的任一项所述的方法，其中步骤(a)进行约1至约12小时范围内的一段时间。6.权利要求1至4中的任一项所述的方法，其中步骤(a)进行约12至约36小时范围内的一段时间。7.权利要求1至6中的任一项所述的方法，其中所述步骤(a)的金属氧化物或氢氧化物与步骤(b)的碱性化合物是相同的化合物。8.权利要求1至6中的任一项所述的方法，其中所述第一和第二平衡离子是不同的。9.权利要求8所述的方法，其中对所述步骤(a)的氢氧化物浆液和步骤(b)的发酵液中的至少一者进行离子交换，从而得到相同的第一和第二平衡离子。10.权利要求1至9中的任一项所述的方法，其中所述步骤(a)中的碱性化合物是金属氧化物、碳酸盐或氢氧化物。11.权利要求1或权利要求10所述的方法，其中所述金属氧化物包括MgO、CaO中的至少一者及其混合物或组合。12.权利要求10所述的方法，其中所述碳酸盐包括CaCO3、MgCO3中的至少一者及其混合物或组合。13.权利要求1或权利要求10所述的方法，其中所述氢氧化物包括NaOH、KOH、NH4OH、Ca(OH)2、Mg(OH)2中的至少一者及其混合物或组合。14.权利要求13所述的方法，其中所述氢氧化物是Mg(OH)2。15.权利要求1至14中的任一项所述的方法，其中所述乳酸盐是L
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乳酸镁盐。16.权利要求15所述的方法，其中所述L
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乳酸镁为结晶形式。17.权利要求1至16中的任一项所述的方法，还包括在步骤(a)之前预处理所述PLA废
物。18.权利要求17所述的方法，其中预处理包括选自研磨、削片、切碎、铣削及其组合的机械预处理。19.权利要求1至18中的任一项所述的方法，其还包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：T，
申请(专利权)人：三W有限公司，
类型：发明
国别省市：