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1,2-丙二醇研究报告：合成、应用与产业前景

引言

1,2-丙二醇（1,2-Propanediol，简称1,2-PDO）是丙二醇的两种异构体之一（另一种为1,），化学式 ( \text{C}_3\text{H}_8\text{O}_2 \），常温下为无色透明黏稠液体，兼具吸湿性、低毒性和生物降解性。随着生物基化学品需求增长及环保政策推动，1,2-丙二醇在食品、医药、化妆品及工业领域的应用持续扩展。本报告系统性梳理其生产工艺、应用场景及市场发展趋势，并探讨关键技术挑战与解决方案。

化学特性与合成路径

1. 物理化学性质‌

分子结构‌：含两个相邻羟基（-OH），极性较强，可与水、醇、醚等混溶；

关键参数‌：

沸点：187.4℃，熔点：-60℃；

密度：1.036 g/cm³（20℃），黏度：56 mPa·s（25℃）；

闪点：99℃（闭杯），爆炸极限：2.6–12.6%（体积比）。

2. 主流合成工艺‌

1,2-丙二醇的工业化生产主要依赖以下路径：

（1）石化路线‌

环氧丙烷水解法‌：

CH

2

CHCH

2

O

+

H

2

O

→

H

+

CH

3

CH(OH)CH

2

OH

CH

2

CHCH

2

O+H

2

O

H

+

CH

3

CH(OH)CH

2

OH

反应条件：磷酸催化剂，温度150–200℃，压力1–2 MPa；

转化率>98%，但副产品（二丙二醇、三丙二醇）占比约5–8%。

丙烯直接氧化法‌：

CH

2

=

CHCH

3

+

O

2

→

催化剂

CH

3

CH(OH)CH

2

OH

CH

2

=CHCH

3

+O

2

催化剂

CH

3

CH(OH)CH

2

OH

催化剂：钯/碳或银基复合物；

选择性≈85%，需高纯度丙烯原料（>99.5%）。

（2）生物基路线‌

甘油氢解法‌：

C

3

H

8

O

3

(

甘油

)

+

H

2

→

Cu-ZnO/Al

2

O

3

C

3

H

8

O

2

+

H

2

O

C

3

H

8

O

3

(甘油)+H

2

Cu-ZnO/Al

2

O

3

C

3

H

8

O

2

+H

2

O

原料来源：生物柴油副产物粗甘油（成本较石化甘油低30%）；

转化率70–75%，需分离1,2-PDO与1,3-PDO异构体。

微生物发酵法‌：

菌种：工程化大肠杆菌（E. coli）或克雷伯氏菌（Klebsiella pneumoniae）；

碳源：葡萄糖、木糖等，通过代谢途径调控提高1,2-PDO产率；

高效价：120 g/L（实验室数据），工业化成本仍需优化。

应用领域分析

1. 食品与医药行业‌

食品添加剂‌：

作为保湿剂（INS 1520）用于烘焙食品、乳制品，大添加量1.5%；

替代丙二醇（PG）用于低敏性食品，全球年消费量约8万吨。

药物载体‌：

用于口服液、软胶囊溶剂（USP/EP标准），溶解脂溶性活性成分（如维生素D3）；

新冠疫苗佐剂：与聚山梨酯80复配提升mRNA疫苗稳定性（Moderna/NOVAVAX配方）。

2. 化妆品与个人护理‌

保湿剂‌：在乳液、精华中添加量3–10%，吸湿性优于甘油（RH 50%时吸湿量达35%）；

安全性‌：通过ECHA皮肤刺激性测试（EC50>1000 mg/L），适用于敏感肌产品。

3. 工业应用‌

防冻液‌：

50% 1,2-PDO水溶液冰点-34℃，用于食品级冷链系统（FDA 21 CFR 184.1666）；

年需求量增速12%（2021–2025），替代乙二醇趋势明显。

聚酯树脂原料‌：

与对苯二甲酸共聚合成生物基PET（rPET），碳排放较石油基降低40%；

科思创（Covestro）已推出含30% 1,2-PDO的TPU材料。

4. 新兴领域‌

烟油‌：作为烟雾载体（占比70–80%），2023年全球消费量突破15万吨；

可降解塑料‌：与丁二酸共聚制备PBS（聚丁二酸丙二醇酯），180天土壤降解率>90%。

全球市场与竞争格局

1. 产能分布‌

石化路线主导‌：

陶氏化学（Dow）、利安德巴塞尔（LyondellBasell）占全球产能55%；

中国石化、浙江卫星石化合计产能40万吨/年（2023年）。

生物基崛起‌：

美国ADM、德国赢创（Evonik）生物法产能占比提升至12%；

中国凯赛生物规划5万吨/年甘油法装置（2025年投产）。

2. 价格趋势‌

2021–2023年价格波动：

石化级：1,800–2,600美元/吨（受丙烯价格驱动）；

生物级：2,400–3,200美元/吨（溢价率25–30%）；

预测2025年石化级均价稳定在2,200美元/吨，生物基价格差距缩小至15%。

3. 政策驱动‌

欧盟REACH法规‌：限制乙二醇类防冻剂使用，推动1,2-PDO替代；

中国“双碳”目标‌：生物基1,2-PDO纳入《绿色化工产品目录》，享受税收减免。

技术挑战与创新方向

1. 分离纯化难点‌

异构体分离：1,2-PDO与1,3-PDO沸点相近（ΔT

解决方案：分子筛膜渗透技术（Zeolite MFI），选择性系数达6.5。

2. 生物法经济性提升‌

代谢工程‌：改造菌种碳流方向（如过表达甘油脱水酶），理论得率提升至0.65 g/g；

过程强化‌：连续发酵-膜分离耦合系统，生产成本降至1.2美元/kg。

3. 绿色工艺开发‌

电催化合成‌：以CO₂和丙烷为原料，法拉第效率>85%（实验室阶段）；

光催化氧化‌：可见光驱动丙烯氧化，能耗降低40%。

未来

1,2-丙二醇产业的可持续发展将依赖三大支柱：

原料多元化‌：整合生物柴油副产甘油、秸秆水解糖等可再生资源；

高端应用拓展‌：切入医药级、电子级等高附加值领域（纯度>99.99%）；

闭环生产体系‌：建立废液回收系统（如从防冻液中回收1,2-PDO，回收率≥95%）。

预计到2030年，全球1,2-丙二醇市场规模将突破50亿美元，其中生物基产品占比提升至35%，成为低碳经济的重要载体。