bioecon 会员专区
技术 · 生物化学与工业生物技术 / 平台化学品

生物合成丙烯酰胺（絮凝剂与生物丙烯酰胺）

通过固定化红球菌细胞将丙烯腈酶促转化为丙烯酰胺，取代铜催化合成工艺，用于水处理、采矿及造纸业絮凝剂。

风险: 中 工业化学水务修复 US · EU · CN 核实于 2026-07-03 · 4 来源 (0 独立来源)

1 · 带来什么

生物合成丙烯酰胺以酶促生物催化取代传统的硫酸法及铜催化丙烯酰胺合成路线：携带高活性腈水合酶的固定化红球菌细胞可直接将丙烯腈水合为丙烯酰胺，产率超过99.9%，且不产生含铜有毒废水。所得生物丙烯酰胺随后单独或与阳离子共聚单体一起聚合成高分子量聚丙烯酰胺（PAM）絮凝剂，用于污泥脱水、澄清采矿工艺水及改善造纸滤水性能。SNF集团销售其FLOMIN TFA系列固液分离助剂，用于采矿业，涵盖浓缩、内联絮凝及离心用高性能絮凝剂。Kemira公司的Superfloc RH4821阴离子流变改性剂在巴西一处矿场的全尺寸尾矿浓缩试验中表现优于此前使用的絮凝剂，公司的Superfloc BioMB系列则将生物质平衡理念应用于用于废水处理的聚丙烯酰胺絮凝剂。栗田（Kurita）的Kuriflock绿色科技提供新一代生物聚合物基混凝剂及絮凝剂，作为传统无机及石化基聚合物的替代方案，并配有其更广泛的PFAS水处理产品组合。在中国，ChemCubic公司生产用于油田钻探、提高采收率及废水处理的聚丙烯酰胺产品。

生物合成丙烯酰胺的关键方向：

  1. 酶促丙烯酰胺合成： 用固定化产腈水合酶细菌将丙烯腈水合为丙烯酰胺，取代铜或硫酸催化，消除含毒性金属的废水流。
  2. 高分子量生物聚丙烯酰胺： 将生物丙烯酰胺单独或与阳离子共聚单体聚合，生产分子量超过1500-2000万道尔顿的聚丙烯酰胺絮凝剂，用于水处理、采矿及造纸。
  3. 天然阳离子絮凝剂： 甲壳类外壳或真菌细胞壁来源的壳聚糖及阳离子改性淀粉，作为合成PAM在污泥脱水及废水澄清中的可生物降解替代品。
  4. 超低残留单体纯度： 经过工艺设计的酶促合成路线，使未反应的丙烯腈/丙烯酰胺残留几乎为零，解决游离单体的神经毒性及致癌性问题。

行业价值链#

[前体与原料] ──> [生物催化与合成] ──> [凝胶聚合] ──> [造粒与干燥]
                                                                                              │
                                                                                    （水处理/采矿/造纸市场）
                                                                                              │
                                                                                              ▼
[监管合规（EPA/REACH）] <─── [质控：残留单体、分子量]

价值链层级#

层级描述关键输入/输出
1. 原料与前体获取丙烯腈，以及用于天然絮凝剂的甲壳类甲壳素/壳聚糖或阳离子淀粉。输入： 丙烯腈、甲壳素/淀粉原料。
输出： 合格的反应原料。
2. 生物催化合成利用固定化产腈水合酶细菌细胞将丙烯腈水合为丙烯酰胺。输入： 丙烯腈、固定化红球菌催化剂、水。
输出： 高纯度50%丙烯酰胺水溶液。
3. 凝胶聚合将丙烯酰胺溶液与阳离子共聚单体聚合成高分子量聚合物凝胶。输入： 丙烯酰胺溶液、共聚单体、氧化还原/偶氮引发剂。
输出： 高粘度聚丙烯酰胺凝胶。
4. 造粒与干燥将凝胶切碎并在流化床中干燥，避免热降解。输入： 聚合物凝胶、热风干燥机。
输出： 干燥聚合物碎粒。
5. 粉碎与包装将干燥碎粒粉碎成细粉并包装运输。输入： 干燥碎粒、锤式粉碎机。
输出： 包装好的絮凝剂粉末。
6. 应用与合规在水处理、采矿或造纸中投加絮凝剂，并根据EPA/REACH单体限值进行验证。输入： 絮凝剂粉末、工艺水/污泥/纸浆。
输出： 澄清水、脱水污泥或改善的滤水性能。

该行业的跨领域技术：

  • 固定化腈水合酶生物催化： 经交联并包埋于凝胶珠中的整个红球菌细胞，在受控低温（15-22°C）下催化丙烯腈到丙烯酰胺的水合反应，防止酶失活及单体自发聚合。
  • 绝热凝胶聚合： 完全依靠放热聚合反应自身产生的热量（从约10°C升至90°C）将反应推进至高粘度、高分子量聚合物凝胶的大型保温反应器。
  • 壳聚糖与阳离子淀粉天然絮凝剂： 高电荷密度生物聚合物，能够吸引并沉降带负电荷的胶体颗粒（黏土、蛋白质、有机物），作为合成PAM的可生物降解替代品。

2 · 替代什么 6 · 按行业匹配

D2E–工业生物催化（酶和全细胞）——如腈水合酶生产丙烯酰胺、工程转氨酶生产西格列汀、酶法抗生素侧链工艺——替代重金属催化剂、高压加氢和使用有毒试剂的多步化学反应
替代: 铜催化的丙烯腈硫酸水合；铑催化的高压不对称加氢；在−40 °C 下用 PCl5/二甲基苯胺/氯化溶剂对青霉素 G 化学脱酰；大量多步保护/脱保护
CHEM
D1E4以生物污水处理和生物絮凝剂替代明矾、三氯化铁和合成聚电解质
替代: 硫酸铝（明矾）和 PAC 混凝剂；三氯化铁；合成聚丙烯酰胺絮凝剂（残留丙烯酰胺单体）；通过上游减负减少部分用氯量
WATER
D2E2可生物降解的生物基润滑油和液压油（植物油和合成酯），替代林业、农业、船舶、铁路和临水机械中的矿物油润滑剂
替代: 矿物油液压油、链锯导板油、齿轮油和艉轴管油、润滑脂（以及直接流失到环境中的全损耗润滑剂）
CHEM
D1E–生物基和较安全的溶剂——Cyrene（来自纤维素的二氢左旋葡萄糖酮）、2-甲基四氢呋喃（来自糠醛/乙酰丙酸的2-MeTHF）、乳酸乙酯、生物乙醇、γ-戊内酯、柠檬烯——替代 NMP、DMF、DMAc、二氯甲烷等危险溶剂
替代: N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、二甲基乙酰胺（DMAc）、二氯甲烷（DCM）、氯仿，部分用途的甲苯/二甲苯
CHEM
D2E4以堆浸和废石堆生物浸出加萃取-电积（SX-EW）从低品位和次生硫化矿中回收铜（及镍/钴），替代选矿和冶炼
替代: 对原本不经济或被废弃的低品位矿石，采用硫化物精矿火法冶炼（排放 SO2、砷和重金属）
SERV
D2E–以强化生物除磷替代金属盐化学沉淀
替代: 城市和工业污水处理中用三氯化铁、硫酸亚铁或铝盐进行化学除磷
SERV

3 · 如何实施 6 步

  1. 1
    产菌培养与生物催化剂制备发酵与培养配方与复配
    红球菌在28°C好氧发酵罐中培养，加入尿素（诱导腈水合酶表达）及钴盐（酶活性中心的辅因子）；收获的细胞用稀戊二醛交联，并包埋于直径约1.0-1.5毫米的聚丙烯酰胺凝胶珠中。
    谁能完成这一步 自动匹配
    Advanced Enzyme Technologies (NSE) 印度
    ✓ ISO 9001 500 m3
    “Technology: microbial fermentation with ~500 m3 fermentation capacity; 15+ patents; developed/upscaled probiotic production technologies.”
    Rossari Biotech (NSE) 印度
    ✓ ISO 9001 工业规模
    “The company also announced a new greenfield blending facility in Thailand to boost Southeast Asia operations and smarter capacity utilization across its HPPC, TSC, and AHN …”
    Jindan Lactic Acid 金丹科技 (SZ 300829) 中国
    ✓ ISO 9001 75,000 tons 工业规模
    “Henan Jindan Lactic Acid Technology Co., Ltd.（金丹科技，SZ300829）研发、生产和销售L-乳酸及乳酸盐（乳酸钠、乳酸钙）等发酵产品，产品用于食品、饲料、生物降解材料（PLA等原料）、工业与医药等领域；公司采用现代微生物发酵技术，拥有自研菌种育种体系及乳酸制备、提纯等核心工艺，并具备国家级研发平台与多项专利。公 …”
  2. 2
    连续生物转化反应合成与转化
    固定化催化剂珠装入由3-4个带夹套的管式反应器组成的串联系统；连续加入去离子水及纯化丙烯腈，控制进料速率使游离丙烯腈保持在1.0%以下（过量底物会使酶变性），循环盐水将反应维持在18-20°C。
    谁能完成这一步 自动匹配
    Rossari Biotech (NSE) 印度
    ✓ ISO 9001 工业规模
    “A liver protectant comprising a combination of Liver extracts, Choline chloride, Inositol, Vitamin B12, Protein Hydrolysate, Biotin, Selenium, Vitamin E and Methylsulfonylmethane.”
    Bota Bio 恩和生物 中国
    ✓ ISO 9001 600 tons 中试规模
    “Protein expression is limited by multiple bottlenecks, such as transcription efficiency, translation efficiency, metabolic constraints, protein folding, and hydrolysis.”
    Enzymaster 酶赛生物 中国
    ✓ ISO 9001 工业规模
    “Biocatalytic custom synthesis services”
  3. 3
    生物催化剂分离与过滤纯化与下游合成与转化
    从反应器串联系统流出的澄清50%丙烯酰胺水溶液通过狭缝筛网，截留并回收催化剂珠，随后通过活性炭柱去除微量的着色细菌代谢产物，获得可用于聚合的澄清溶液。
    谁能完成这一步 自动匹配
    Rossari Biotech (NSE) 印度
    ✓ ISO 9001 工业规模
    “A liver protectant comprising a combination of Liver extracts, Choline chloride, Inositol, Vitamin B12, Protein Hydrolysate, Biotin, Selenium, Vitamin E and Methylsulfonylmethane.”
    Alfa Laval 瑞典
    ✓ ISO 9001
    “Here we compare the three most common options: centrifugation, filtration and coalescence.”
    Tsukishima Kikai 日本
    ✓ ISO 9001
    “Crystallization and refining: In-house developed DP Crystallizer and Oslo Crystallizer for tailored crystallization and refining processes; integrated purification units combining …”
    Advanced Enzyme Technologies (NSE) 印度
    ✓ ISO 9001 500 m3
    “Development of robust, scalable fermentation and downstream processing (production and recovery/yield optimization).”
  4. 4
    绝热凝胶聚合合成与转化
    将50%生物丙烯酰胺与阳离子共聚单体混合至总单体浓度35%，加入EDTA螯合可能终止链增长的微量变价金属离子，用高纯度氮气脱气，随后泵入保温反应器，由氧化还原/偶氮引发剂体系引发聚合，放热反应将混合物推进至致密、有弹性的凝胶。
    谁能完成这一步 自动匹配
    Rossari Biotech (NSE) 印度
    ✓ ISO 9001 工业规模
    “A liver protectant comprising a combination of Liver extracts, Choline chloride, Inositol, Vitamin B12, Protein Hydrolysate, Biotin, Selenium, Vitamin E and Methylsulfonylmethane.”
    Bota Bio 恩和生物 中国
    ✓ ISO 9001 600 tons 中试规模
    “Protein expression is limited by multiple bottlenecks, such as transcription efficiency, translation efficiency, metabolic constraints, protein folding, and hydrolysis.”
    Enzymaster 酶赛生物 中国
    ✓ ISO 9001 工业规模
    “Biocatalytic custom synthesis services”
  5. 5
    凝胶切碎、干燥与粉碎纯化与下游
    成品凝胶块经挤出并配合保护性油乳液切碎以防止再粘连，在多区流化床传送带上于受控温度下干燥以避免热交联，随后在锤式粉碎机中粉碎至目标粒径。
    谁能完成这一步 自动匹配
    Alfa Laval 瑞典
    ✓ ISO 9001
    “Here we compare the three most common options: centrifugation, filtration and coalescence.”
    Tsukishima Kikai 日本
    ✓ ISO 9001
    “Crystallization and refining: In-house developed DP Crystallizer and Oslo Crystallizer for tailored crystallization and refining processes; integrated purification units combining …”
    Advanced Enzyme Technologies (NSE) 印度
    ✓ ISO 9001 500 m3
    “Development of robust, scalable fermentation and downstream processing (production and recovery/yield optimization).”
    SyncoZymes (Shanghai) 中国
    1,200 tons 工业规模
    “CRO/CDMO and Testing/Quality Research Services: Comprehensive contract research and development, analytical, and quality assessment capabilities with access to NMR, LC-MS, GC-MS, …”
  6. 6
    标准化、质控与包装包装与灌装检测与分析
    干燥粉末通过特性粘度测定（计算分子量，优质絮凝剂目标为1500万道尔顿以上）及HPLC法检测残留游离丙烯酰胺单体，随后包装入防潮聚丙烯袋中运输。
    谁能完成这一步 自动匹配
    India Glycols (NSE) 印度
    ✓ ISO 9001 7,500 MT/ 工业规模
    “Key partners/customers mentioned: Bacardi bottling tie-up; JV with Clariant; tech partnerships with Wittemann, Hitachi, Air Liquide and Praxair; global/brand partnerships …”
    Stora Enso 芬兰
    ✓ ISO 9001 工业规模
    “Together with our customers, we design and deliver competitive, high-quality packaging materials and solutions, made from fresh and recycled fibers, accelerating the transition to …”

4 · 谁来交付

匹配的供应商 (自动匹配)

NuReSys比利时服务 / 咨询运营中
GenScript ProBio / Genscript中国研究机构运营中
Endolith美国未分类运营中

服务与供货目录 2 · 付费服务

合同生产（CMO/CDMO/委托加工） · 酶与生物催化剂

领先企业与机构（摘自简报）

企业/机构国家主要产品/平台技术特点2026年状态
SNF集团🇫🇷 法国采矿分离助剂FLOMIN TFA用于浓缩/离心的高性能絮凝剂商业化
Kemira🇫🇮 芬兰Superfloc RH4821、Superfloc BioMB生物质平衡聚丙烯酰胺、尾矿流变改性剂商业化
栗田🇯🇵 日本Kuriflock绿色科技生物聚合物混凝剂/絮凝剂，PFAS修复商业化
ChemCubic🇨🇳 中国用于油田/EOR的聚丙烯酰胺油田钻探及废水处理用PAM生产商业化

5 · 法规与市场准入

进入俄罗斯/欧亚经济联盟: CHEM · 俄罗斯工贸部（登记）/ 俄罗斯联邦消费者权益保护和公益监督局（新物质通报）
专家评审后约10–15个工作日完成国家登记；新物质须通报
仅供参考，非法律意见——请针对您的产品确认流程。 (2026-10-06)
美国

在EPA对饮用水中残留单体的严格限值以及页岩盆地钻探作业需求的推动下，美国市场正转向生物丙烯酰胺。

EPA残留单体限值、页岩盆地减阻剂、市政基础设施需求#

  • 监管驱动： EPA对处理后饮用水中残留丙烯酰胺单体（微量下即为强效神经毒素及潜在致癌物）的限值，推动了对近乎零未反应单体的酶促生产生物丙烯酰胺的需求。
  • 页岩盆地需求： 二叠纪盆地及巴肯盆地等地的油气作业消耗大量PAM基减阻剂用于水力压裂，各州环保要求推动作业方转向生物PAM及改性多糖（阳离子瓜尔胶、淀粉衍生物）。
  • 市政基础设施： 联邦对市政污水处理升级的拨款支持采购天然来源阳离子絮凝剂（壳聚糖基）用于活性污泥脱水。
欧盟

欧盟的REACH法规及城市污水处理指令正推动絮凝剂行业走向完全生物降解及生物催化生产。

完全生物降解推动、工业生物催化领先地位、严格的环保合规审计#

  • SNF集团： 销售其FLOMIN TFA系列固液分离助剂，用于采矿业，涵盖浓缩、内联絮凝及离心用高性能絮凝剂，以及专用过滤助剂。
  • Kemira： 其Superfloc RH4821阴离子流变改性剂在巴西一处矿场的全尺寸尾矿浓缩试验中表现优于此前使用的絮凝剂，公司的Superfloc BioMB系列将生物质平衡理念应用于可持续废水处理用聚丙烯酰胺絮凝剂。
  • 栗田（Kurita Europe）： 其Kuriflock绿色科技提供新一代生物聚合物基混凝剂及絮凝剂，作为传统无机聚合物及石化基聚丙烯酰胺的替代方案，并配有专门的PFAS水处理产品组合。
中国

中国是全球最大的丙烯酰胺及聚丙烯酰胺生产国与消费国，作为国家化工行业脱碳计划的一部分，已将国内产业转向生物催化合成。

生物催化主导地位、大规模环保应用、淀粉接枝絮凝剂开发#

  • ChemCubic： 生产用于油田钻探、提高采收率及废水处理的聚丙烯酰胺产品。
  • 规模化生物催化： 中国化工企业已从传统的硫酸法及铜催化丙烯酰胺合成转向使用固定化红球菌细胞的微生物合成，消除了大量含铜有毒废水，并降低了生产能耗。
  • 环保应用规模： 中国的市政污水处理及矿山尾矿修复项目需要庞大的絮凝剂用量，国内生产商向全球出口高纯度生物丙烯酰胺。

6 · 资金：招标与资助

资助开发用于生物制品发现和/或生产的无细胞蛋白合成平台
European Commission · 欧盟
2027年4月13日
179 天
资助推进再生医学活细胞生物打印
European Commission · 欧盟
2027年9月22日
341 天
资助替代杀生物产品中的有害物质
European Commission · 欧盟
2027年9月22日
341 天

7 · 技术栈与创新

生物合成丙烯酰胺技术栈将酶促生物催化与大规模聚合物加工相结合：

  1. 固定化细胞腈水合酶生物催化：
    • 经戊二醛交联并包埋于聚丙烯酰胺或海藻酸盐凝胶珠中的整个红球菌细胞，可催化丙烯腈水合为丙烯酰胺，产率超过99.9%，单批催化剂可连续运行长达180天保持活性。
  2. 绝热凝胶聚合反应器：
    • 大型保温"保温瓶式"反应器在氮气脱气条件下使50%生物丙烯酰胺溶液与阳离子共聚单体聚合，完全依靠放热反应自身产生的热量将混合物推进至致密、有弹性的凝胶。
  3. 流化床干燥与粉碎：
    • 切碎的聚合物凝胶碎粒在多区流化床传送带上于受控温度（低于80°C）下干燥，以避免热交联，随后粉碎至目标粒径以获得商用絮凝剂粉末。

来源 4 · 0 独立来源 · 4 生产商网站

生产商自有网站 4

  1. Snf floerger 生产商 核实于 2026-06-22 · 未保存链接
  2. Kemira 生产商 核实于 2026-04-14 · 未保存链接
  3. Kurita 生产商 核实于 2026-06-04 · 未保存链接
  4. Chemcubic 生产商 核实于 2026-07-03 · 未保存链接