固体丙烯酰胺的合成及生产方法的可行性研究报告

第一节 固体丙烯酰胺的概述

丙烯酰胺是一种白色晶体化学物质，是生产聚丙烯酰胺的原料。聚丙烯酰胺主要用于水的净化处理、纸浆的加工及管道的内涂层等。淀粉类食品在高温（>120℃）烹调下容易产生丙烯酰胺。（可行性研究报告）

第二节 固体丙烯酰胺的合成

硫酸水合法

丙烯腈和水在硫酸存在下水解成丙烯酰胺的硫酸盐，然后用液氨中和生成丙烯酰胺和硫酸铵：

CH2=CHCN+H2O+H2SO4

─→CH2=CHCONH2·H2SO4

CH2=CHCONH2·H2SO4+2NH3

─→CH2=CHCONH2+(NH4)2SO4

此法的缺点是副产大量价值低廉、肥效不高的硫酸铵，又存在严重的硫酸腐蚀和污染等问题。

催化水合法

丙烯腈与水在铜系催化剂的作用下，于70～120℃、0.4MPa压力下进行液相水合反应。

CH2=CH-CN+H2O─→CH2=CHCONH2反应后滤去催化剂，回收未反应的丙烯腈，丙烯酰胺水溶液经浓缩、冷却得丙烯酰胺结晶。该法工艺流程简单，丙烯酰胺的选择性和收率可高达98%以上。

生化法

生物法制取丙烯酰胺。系将丙烯腈、原料水和固定化生物催化剂调配成水合溶液．催化反应后分离出废催化剂就可得到丙烯酰胺产品 其特点是：在常温常压下反应．设备简单，操作安全；酶的特异性能使选择性极高．无副反应。采用J-1菌种时．反应温度为5～15℃，pH为7～8，反应区丙烯腈质量分数为1%~ 2%，丙烯腈转化率为99.99%，丙烯酰胺选择性为99.98%．反应器出口丙烯酰胺质量分数接近50%：失活的酶催化剂排出系统外的量小于产品的0.1% ：无需离子交换处理，使分离精制操作大为简化：产品浓度高．无需提浓操作：整个过程操作简便，利于小规模生产。

生化法技术最早由日本日东化学公司于1985年实现工业化生产。规模为4 000 t/a 1991年已达1．4万t/a规模。

微生物法丙烯酰胺开创了国内生物法生产大宗化工产品、材料的先河，突破了国内高相对分子质量、超高相对分子质量聚丙烯酰胺的生产技术，并拓宽了其应用领域。从产品纯度上看，化学法丙烯酰胺中含有微量铜离子和其他金属离子．反应活性受到一定的影响 而微生物法丙烯酰胺则不存在这个问题．反应活性非常高．而反应活性决定了用丙烯酰胺做衍生物的反应速度和产率由于产品纯度高．因而聚合度高．特别适合于生产“三次采油”用聚丙烯酰胺 另外．从成本上看。仅原料消耗一项。微生物法就具有很大优势．丙烯腈单耗为0.76 t/t。而化学法为0.82 t/t。特别是万吨级以上规模，其成本优势将更加明显。可以说，微生物法从根本上“打倒” 了化学法从长远来看．微生物法肯定会取代化学法．这只是时间的问题。

丙烯酰胺主要在高碳水化合物、低蛋白质的植物性食物加热(120°C 以上)烹调过程中形成。140-180℃为生成的最佳温度，而在食品加工前检测不到丙烯酰胺；在加工温度较低，如用水煮时，丙烯酰胺的水平相当低。水含量也是影响其形成的重要因素，特别是烘烤、油炸食品最后阶段水分减少、表面温度升高后，其丙烯酰胺形成量更高；但咖啡除外，在焙烤后期反而下降。丙烯酰胺的主要前体物为游离天门冬氨酸（土豆和谷类中的代表性氨基酸）与还原糖，二者发生Maillard反应生成丙烯酰胺。食品中形成的丙烯酰胺比较稳定；但咖啡除外，随着储存时间延长，丙烯酰胺含量会降低。

第三节 固体丙烯酰胺的生产方法

方法一：水解法

水解法制得的丙烯酰胺，其丙烯酸盐链节在大分子链上的分布是无规则的，它占大分子链上所有链节数的摩尔百分比即为水解度。共聚法相比，一般水解法制备的产物水溶性去屑因子（HD)不高，低于30%，理论上HD大于70%的产物应通过共聚法制取，该法对水解温度和事件有一定要求，同时水解过程中易发生大分子降解。

方法二：水溶液聚合反应

水溶液聚合反应时把反应单体及引发剂溶解在水中进行的聚合反应。该作法简单、环境污染少且聚合物产率高，易获得高相对分子质量聚合物，是聚丙烯酰胺工业生产最早采用的方法，而且一直是聚丙烯酰胺工业生产的主要方法。对水溶液聚合研究已经比较深入。

方法三：反相乳液聚合

反相乳液聚合及反相悬浮聚合之前都需要制备反相胶体分散体系，即将单体水溶液借助搅拌分散或乳化剂的油相中，形成水/油（W/0)非均相分散体系，然后加入引发剂进行游离基聚合。一般反相乳液聚合使用油溶性引发剂，多为阴离子型自由基引发剂和非离子自由基引发剂，而反相悬浮聚合多使用费水溶性引发剂，如过硫酸盐等。 有关AM/AA反相乳液聚合机理的成核机理存在两种看法：胶束成核及单体液滴成核。其动力学与典型正乳液聚合动力学有较大差别。

方法四：反相悬浮聚合

反相悬浮聚合时近10年发展起来的实现水溶性聚合物工业化生产的理想方法，1982年Di-monie利用电导、NMR、电镜研究了AM反相悬浮聚合。

方法五：其他聚合方法

除了上述方法外还可以通过Mannich反应、接枝共聚合复合作用等手段对丙烯酰胺及其衍生物的均聚物、共聚物进行改性。 Mannich反应时在聚丙烯酰胺上引入胺类物质，是聚丙烯酰胺获得阳离子聚电接枝的重要途径，常用的胺有二甲胺、二乙胺、二乙醇胺等。AM/AA常与淀粉接枝共聚来制备高吸水树脂，或与其他大分子单体共聚从而将AM/AA接枝在某类膜。高相对分子质量阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）广泛用于石油开采，但HPAM耐盐性较差。为了提高阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）耐盐性，尚振平等人合成了端阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）大分子单体，并在水溶液中中用硫酸亚铁/异丙苯过氧化氢氧化-还原体系引发丙烯酰胺、丙烯酸钠与聚（β-氨基丙酸）大分子单体的共聚反应，合成了（丙烯酰胺-CO-丙酸钠）-g-（β-氨基丙酸）接枝共聚物。

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