способ очистки водного раствора акриламида, полученного микробиологической трансформацией акрилонитрила, от бактериальной массы

Формула изобретения

СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДНОГО РАСТВОРА АКРИЛАМИДА, ПОЛУЧЕННОГО МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОЙ ТРАНСФОРМАЦИЕЙ АКРИЛОНИТРИЛА, ОТ БАКТЕРИАЛЬНОЙ МАССЫ путем фильтрации, отличающийся тем, что перед фильтрацией в водный раствор акриламида при перемешивании последовательно вводят сернокислый алюминий и полимер акриламида в количестве 0,005 - 0,02 мас.% и 0,0005 - 0,001 мас.% соответственно.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к очистке водных растворов акриламида от бактериальной массы.

Акриламид используют для синтеза полимеров, применяемых в различных отраслях народного хозяйства в качестве загустителей в нефтедобыче, флокулянтов, суперабсорбентов для сельского хозяйства и медицинских целей. Основными требованиями к качеству полимеров акриламида, предъявляемыми потребителями, являются отсутствие примесей токсичного остаточного мономера и высокая величина молекулярной массы. Для достижения необходимого качества полимеров перед синтезом водные растворы акриламида подвергают очистке от различных примесей. Водные растворы акриламида, полученные при гидратации акрилонитрила на медьсодержащих катализаторах, необходимо очищать от ионов металлов переменной валентности, образующихся в процессе гидратации [1]. Получение акриламида при трансформации акрилонитрила в присутствии микроорганизмов позволяет исключить образование побочных продуктов, однако возникает необходимость очистки водных растворов акриламида от бактериальной массы.

Известен способ очистки водных растворов акриламида от бактериальной массы, полученных трансформацией акрилонитрила с использованием микроорганизмов, при контактировании с активированным углем. В раствор акриламида перед очисткой вводят в качестве ингибиторов полимеризации ионы меди. После очистки водных растворов акриламида от бактериальной массы при контактировании с активированным углем следует вторая стадия очистки водных растворов акриламида на ионообменных смолах от ионов меди [2]. Очищенный раствор акриламида не содержит примесей полимера. Однако этот процесс малопроизводителен (до 1-4 л/ч очищенного раствора акриламида).

Известен способ очистки водных растворов от бактериальной массы с использованием активированного угля, согласно которому активированный уголь предварительно обрабатывают насыщенной кислородом водой, после чего через обработанный активированный уголь пропускают водный раствор акриламида. Очищенный раствор акриламида не содержит примесей полимера. Присутствие кислорода исключает полимеризацию акриламида в растворе и на угле в течение 12 сут. работы на колонне с активированным углем.

Однако скорость очистки водных растворов акриламида низкая 8 л/ч. К тому же через 15-20 сут необходимо регенериpовать уголь, возникает проблема утилизации сточных вод и отработанного угля, содержащих примеси токсичного мономера.

Наиболее близким по технической сущности является способ очистки водных растворов акриламида от бактериальной массы путем фильтрации с последующей ультрафильтрацией [4] . Очищают водные растворы акриламида, полученные при трансформации акрилонитрила с использованием микроорганизмов (штамм N 774: FERM-P N 4446, иммобилизованных микроорганизмов или ферментов в сшитом полиакриламиде - геле. Предварительно проводят фильтрацию растворов акриламида на металлической сетке с размером отверстий 75 и на шпагатном барабанном фильтре с размером отверстий 5 . После фильтрации водные растворы акриламида имеют некоторую мутность - оптическая плотность растворов равна 0,04- 0,1. Для полного отделения бактериальной массы из растворов необходима фильтрация их через мембрану с размером пор менее 1. Оптическая плотность растворов акриламида после ультрафильтрации 0,005 (в пределах погрешности измерения прибора). На стадии ультрафильтрации используют полиэтиленовую мембрану с размером пор от 0,02 до 0,2 .

Однако скорость ультрафильтрации низкая - 8 л/ч. Ультрафильтрации подвергают только растворы акриламида с низким содержанием бактериальной массы - предварительно очищенные растворы акриламида с оптической плотностью не более 0,1. В результате длительного контакта раствора акриламида с поверхностью мембраны образуется полимер на поверхности мембраны и в растворе акриламида, в результате чего фильтрующая способность мембраны резко снижается и требуется частая регенерация мембраны. К недостаткам данного способа очистки также относится сложность процесса регенерации полиэтиленовой волокнистой мембраны и необходимость ее частой замены. Увеличивается количество сточных вод производства акриламида после регенерации мембран.

Сущность изобретения заключается в следующем.

В емкость с 6-30%-ным водным раствором акриламидом, содержащим бактериальную массу, при перемешивании последовательно вводят 0,005-0,02 мас.% сернокислого алюминия и 0,0005-0,001 мас.% полимера акриламида и фильтруют. Фильтрацию осуществляют известными способами, например, используя нутч-фильтр или центробежные силы, передавливая раствор акриламида с помощью насоса. В качестве фильтрующего материала используют нетканный материал, бельтинг, капрон (артикул 56027) и т.д.

По предлагаемому способу проводят очистку 6-30%-ных водных растворов акриламида, полученного трансформацией акрилонитрила с использованием микроорганизмов, принадлежащих к Rhodococcus rhodochrous М8 почвенного происхождения (продуцент фермента нитрилгидратазы) с регистрационным номером ВК М С-96. Также очищают водные растворы акриламида, полученные тpансформацией акрилонитрила с использованием микроорганизмов, иммобилизованных в сшитом полиакриламиде-геле.

Сернокислый алюминий используют выпускаемый по ГОСТ 3758-65, полимер акриламида по ТУ 6-01-1049-91 или ТУ 6-02-0209913-23-90. Полимер акриламида содержит в своем составе 70-99% акриламида и 1-30% акрилата натрия и имеет характеристическую вязкость 6-20 дл/г.

Качество продукта - очищенного водного раствора акриламида оценивают по величине оптической плотности растворов и по наличию в нем примесей полимера.

Оптическую плотность раствора акриламида определяют на фотоколориметре с длиной волны 540 нм (зеленый фильтр). Оптическая плотность очищенного раствора акриламида составляет 0,005 0,001.

Наличие полимера в растворе акриламида оценивают визуально по изменению окраски смеси 100 мл метанола и 10 мл раствора акриламида. Если в растворе акриламида присутствует полимер, его спиртовый раствор мутнеет или приобретает опалесцирующий оттенок. Применяют следующие обозначения: полимер присутствует (+), полимер отсутствует (-).

Отличительными признаками способа является последовательное введение 0,005-0,02 мас.% сернокислого алюминия и 0,005-0,01 мас.% полимера акриламида перед фильтрацией.

При использовании сернокислого алюминия менее заявляемого количества 0,005 мас.% получают после очистки водные растворы акриламида неудовлетворительного качества - оптическая плотность раствора более 0,01. При использовании сернокислого алюминия более заявляемого количества 0,02 мас.% не происходит улучшение эффективности способа очистки: скорости фильтрации и качества продукта, однако при этом увеличивается расход реактива.

При использовании полимера акриламида менее заявляемого количества 0,005 мас. % получают продукт неудовлетворительного качества - оптическая плотность водных растворов акриламида более 0,01, при использовании более заявляемого количества 0,001 мас.% также получают продукт неудовлетворительного качества - водный раствор акриламида содержит примеси полимера (его спиртовый раствор мутнеет).

Предварительное введение в водные растворы акриламида серно-кислого алюминия и полимера акриламида позволяет проводить очистку растворов акриламида от бактериальной массы с высокой скоростью фильтрации (500-1500 л/ч) и высокой степенью очистки (оптическая плотность очищенного раствора акриламида 0,005, примеси полимера отсутствуют). Структура осадка бактериальной массы на фильтре удовлетворяет требованиям при механическом способе регенерации фильтра (осадок легко отжимается при избыточном давлении и снимается с фильтра скребком, собирается без потерь для утилизации). Сокращается количество отходов производства акриламида - сточных вод от промывки фильтра. Сточные воды со стадии регенерации фильтра используют для получения полимера акриламида.

Изобретение иллюстрируют следующие примеры.

П р и м е р 1. Полученный 20%-ный водный раствор акриламида при тpансформации акрилонитрила в присутствии микроорганизмов Rhodococus rhodochrous M8, иммобилизованных в сшитом полиакриламиде-геле, фильтруют через металлическую сетку с размером пор 0,075 мм и барабанный шпагатный фильтр с размером отверстий 0,005 мм. Оптическая плотность раствора акриламида, очищенного путем фильтрации, 0,06. Затем отфильтрованный раствор акриламида пропускают через волокнистую полиэтиленовую мембрану с размером пор 0,0002 мм со скоростью 8 л/ч (с площадью 0,3 м²). Отбирают пробу раствора акриламида и оценивают его качество. Результаты испытаний приведены в таблице.

П р и м е р 2. В емкость 0,25 м³ вводят 200 л 20%-ного раствора акриламида, полученного при трансформации акрилонитрила в присутствии микроорганизмов Rhodococus rhodochrous M8, иммобилизованных в сшитом полиакриламиде-геле, использованного в примере 1. При комнатной температуре и перемешивании со скоростью 50-100 об/мин в раствор акриламида последовательно вводят 1 л 1% -ного раствора сернокислого алюминия и 1 л 0,1%-ного раствора полимера акриламида, содержащего 80 мол.% акриламида и 20 мол.% акрилата натрия и имеющего характеристическую вязкость 6 дл/г. Расходы сернокислого алюминия и полимера акриламида составляют соответственно 0,005 и 0,0005 мас. % . Раствор перемешивают 5 мин и фильтруют через фильтр с площадью 0,3 м² со скоростью 1000 л/ч. Отбирают пробу очищенного раствора акриламида и оценивают его качество. Результаты испытаний приведены в таблице.

П р и м е р 3. Аналогично примеру 2 очищают 30%-ный водный раствор акриламида, полученного при тpансформацици акрилонитрила в присутствии микроорганизмов Rhodococus rhodochrous M8, фильтруя после смешивания с 2 л 2% -ного раствора сернокислого алюминия и 1 л 0,25-ного раствора полимера акриламида, содержащего 70 мол.% акриламида и 30 мол.% акрилата натрия и имеющего характеристическую вязкость 20 дл/г. Расходы сернокислого алюминия и полимера акриламида составляют соответственно 0,020 и 0,001 мас.%. Скорость фильтрации 500 л/ч.

Результаты испытаний качества очищенного раствора акриламида приведены в таблице.

П р и м е р 4. Аналогично примеру 2 очищают 6%-ный водный раствор акриламида, полученного при трансформации акрилонитрила в присутствии микроорганизмов, фильтруя после смешивания с 1 л 1%-ного раствора сернокислого алюминия и 1 л 0,1%-ного раствора полимера акриламида, содержащего 90 мол.% акриламида и 10 мол.% акрилата натрия и имеющего характеристическую вязкость 15 дл/г. Расходы сернокислого алюминия и полимера акриламида составляют соответственно 0,005 и 0,0005 мас.%. Скорость фильтрации 1500 л/ч.

Результаты испытаний качества продукта - очищенного раствора акриламида приведены в таблице.

П р и м е р 5. Аналогично примеру 2 очищают 15%-ный водный раствор акриламида, полученного при трансформации акрилонитрила в присутствии микроорганизмов, иммобилизованных в сшитом полиакриламиде-геле, фильтруя после смешивания с 1 л 2,4%-ного раствора сернокислого алюминия и 1 л 0,15%-ного раствора полимера акриламида, содержащего 85 мол.% акриламида и 15 мол.% акрилата натрия и имеющего характеристическую вязкость 12 дл/г. Расходы сернокислого алюминия и полимера акриламида составляют соответственно 0,012 и 0,00075 мас.%. Скорость фильтрации 1500 л/ч.

Результаты испытаний качества продукта - очищенного раствора акриламида приведены в таблице.