Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка новой отечественной комплексной технологии получения полилактида (биоразлагаемого полимера), базирующейся на биокаталитической переработке сахаросодержащего сырья

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
мембранный биокаталитический реактор, молочная кислота, лактид, полилактид, биоразлагаемый полимер, возобновляемое сырье

Цель проекта:
Разработка новой комплексной технологии получения полилактида (биоразлагаемого полимера), базирующейся на биокаталитической переработке сахаросодержащего сырья, обеспечивающей многократное повышение производительности биокаталитической стадии, существенное снижение нормы образования отходов сульфата кальция, получение полилактида высокой молекулярной массы при высокой степени конверсии лактида.

Основные планируемые результаты проекта:
Конечным результатом ПНИ является новая технология получения полилактида (биоразлагаемого полимера), базирующаяся на биокаталитической переработке сахаросодержащего сырья.
Данная технология будет востребована для создания отечественного промышленного производства полилактида единичной мощностью не менее 80 тыс. тонн в год

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Разрабатываемая технология базируется на биокаталитическом получении молочной кислоты в мембранном биореакторе, который позволит достигать удельную производительностью на уровне 50-70 г/л/ч, по сравнению с традиционными периодическими технологиями, в которых этот показатель находится на уровне 5 г/л/ч.
Способ выделения молочной кислоты из продуктов ферментации осуществляется путем этерификации молочной кислоты, содержащейся в продуктах ферментации в виде лактата аммония, бутанолом с получением химически чистого бутиллактата, что позволит избежать образования отходов гипса и применения ионообменных аппаратов (как в существующих производствах).
Для полимеризации лактида в полилактид используется способ полимеризации в экструдере, что позволит исключить применение традиционной схемы полимеризации в каскаде из двух реакторов.
Основные риски внедрения полученных результатов могут быть связаны с волатильностью цен на зерно.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Степень востребованности в разрабатываемой технологии высока, что связано с начавшейся разработкой мер по стимулированию на государственном уровне применения биоразлагаемых пластиков для производства упаковки (перечень поручений Заместителя Председателя Правительства Российской Федерации А.В. Дворковича от 14 февраля 2014 г № АД-П9-1047).
По оценке, данной в ходе заседании президиума Совета по модернизации экономики и инновационному развитию России 4 февраля 2014 года, к 2020 году Россия должна производить 400 тыс. тонн в год собственного полилактида.
Внедрение в промышленном масштабе разрабатываемой технологии позволит удовлетворить потребности России в биоразлагаемом пластике.
Социально-экономический эффект от внедрения данной технологии заключается в:
- диверсификации сырьевой базы при производстве пластиков (замена нефтяного сырья на возобновляемое);
- кардинальном снижении экологического ущерба от полимерного мусора.

Текущие результаты проекта:
В 2015 г. достигнуты следующие результаты:
Разработаны программы и методики исследовательских испытаний лабораторных исследовательских установок.
Осуществлены монтаж, пуско-наладка и испытания исследовательских установок. При проведении монтажных и пусконаладочных работ не было выявлено никаких отклонений. Исследовательские установки выдержали испытания по всем пунктам Программы.
Разработаны программы и методики исследовательских испытаний экспериментальных образцов молочной кислоты (в виде лактата аммония), бутилактата, лактида, полилактида.
Разработаны методики исследований, проводимых на лабораторных исследовательских установках.
Проведена апробация и оптимизация экспериментальных и аналитических методик, в т.ч. методик контроля качества молочной кислоты (в виде лактата аммония), бутиллактата, лактида и полилактида, в результате чего была обоснована пригодность методик для проведения исследований.
По результатам исследований биотехнологической стадии:
- подобран перспективный штамм-продуцент (Lactobacillus paracasei);
– повышена плотность популяции в рабочем пространстве биореактора в 4–6 раз;
– подобраны оптимальные и устойчивые режимы культивирования в мембранном биореакторе;
– повышена рабочая концентрация субстрата (углеводов) в питательной среде до 150 г/л;
- повышена продуктивность с 4–5 г/л/ч до 40–60 г/л/ч;
– подобраны мембраны (полое волокно, материал полисульфон, предел отсечения 100-300 кДа);
– найдена оптимальная надмембранная скорость фильтруемой культуральной жидкости - не менее 0,1 м/с;
– достигнуто снижение синтеза внеклеточных полисахаридов штаммом-продуцентом.

Исследование влияния типа мембранного
модуля, режимов фильтрации на степень
очистки продуктов ферментации от примесей**********************

Исследования стадии синтеза бутиллактата (далее БЛ) показали:
- проточный реактор обеспечивает сравнимую производительность по сравнению с периодическим (0,02-0,08 (кг БЛ)/л/ч);
- установлено влияние температуры и давления на показатели процесса;

Исследование стадии олигомеризации:
- подобран самый активный катализатор - тетрахлорид олова;
- установлено влияние температуры и продувки азотом на выход и качество олигомера;

Исследование синтеза и очистки лактида:
- Исследовано влияние конструкции аппарата на эффективность очистки лактида;
- установлено, что наиболее очищенный лактид можно получить методом выплавления приесей по сравнению с перегонкой в роторно-пленочном испарителе и ректификацией под вакуумом.

Полимеризация ***********************