CN102190572A

CN102190572A - 长链二元酸的分离纯化方法

Info

Publication number: CN102190572A
Application number: CN2010101091353A
Authority: CN
Inventors: 臧慧卿; 雷光; 秦兵兵
Original assignee: SHANDONG CATHAY BIOTECHNOLOGICAL MATERIAL CO Ltd; Shanghai Cathay Industrial Biotech Ltd; Shanghai Cathay Biotechnology Research and Development Center Co Ltd
Current assignee: SHANDONG CATHAY BIOTECHNOLOGICAL MATERIAL CO Ltd; Shanghai Cathay Industrial Biotech Ltd; Shanghai Cathay Biotechnology Research and Development Center Co Ltd
Priority date: 2010-02-05
Filing date: 2010-02-05
Publication date: 2011-09-21

Abstract

本发明提供一种长链二元酸的分离纯化方法，它将长链二元酸在分离柱中用分离介质进行色谱分离。所述分离介质选自大孔吸附树脂、活性炭、活性白土、硅藻土和硅胶。本发明的长链二元酸的分离纯化方法可用于从生物发酵液或化学合成产品中分离纯化长链二元酸，也可用于从生物发酵或化学合成过程中产生的废液中分离纯化长链二元酸。使用本发明的方法，可以简便有效地将长链二元酸与色素等杂质分离出来，并且能够对存在于同一溶液中的不同长链二元酸进行分离。

Description

长链二元酸的分离纯化方法

技术领域

本发明涉及长链二元酸的分离纯化方法。

背景技术

长碳链二元酸通常指的是含8个碳原子以上的正长链二元羧酸。长链二元酸是一系列特种合成材料的基础单体原料。长碳链二元酸及其衍生物可以生产特种尼龙树脂、聚碳酸酯、粉末涂料、香料、热溶胶、特种润滑剂等，是合成工程塑料、香料、耐寒增塑剂、金属加工的防锈剂以及高分子材料加工中的增塑剂等。其中作为生产特种尼龙的原料，长碳链二元酸有着其他原料无法替代的性能。

长链二元酸在自然界中并不存在，可以用化学法合成某些种类的长链二元酸，例如癸二酸和十二碳二元酸。此外，还可用生物法生产长碳链二元酸。生物法生产是70年代兴起的微生物发酵技术在石油化工领域的应用，在国内外受到普遍重视。生物法可提供从C9到C18的系列长碳链二元酸单体。不管是化学法还是生物法，在二元酸的分离纯化方面都存在杂酸与目标产物结构近似，难以用简单低成本的方式进行分离的问题。以生物法生产为例，在以烷烃为底物的二元酸发酵液中，除了由于原料纯度不够造成的发酵液中存在其他二元酸，由于代谢途径的不同也会产生除目标产物之外的一元羧酸或二元羧酸；在以脂肪酸或其衍生物发酵的发酵液中会存在底物利用不充分而残留的脂肪酸或其衍生物底物。而长链二元酸的应用又要求二元酸的纯度，色素含量，热稳定性等指标非常高。作为合成高档尼龙尼龙612、尼龙1212的原料，十二碳二元酸中的一元羧酸的含量要很低，因为一元羧酸的存在会起到终止聚合的作用。而色素等在高温下易显色的物质含量也要求很低，否则会影响尼龙的色泽和性能。作为合成香料的原料，十三碳二元酸中杂酸和杂质的存在会影响香料的香味。

日本专利申请JP62-285794A公开了将该发酵液碱化后，1)往该发酵液中加入硫酸或其他无机酸等，将其pH降低至酸性区域，使长链二元酸析出、分离2)将发酵液中的二元酸形成为钙盐之类的不溶于水的盐，使其析出、分离(参见例如日本专利申请JP58193694A)；3)往发酵液中添加无机盐，使二元酸以碱金属盐的形式析出、分离。另外，中国专利申请CN1394842A公开了一种通过加入常用的螯合剂和凝聚剂来除去发酵液中的蛋白质和重金属离子的方法。日本专利申请JP58-193694A等还公开了用溶剂直接抽提含长链二元酸的生物发酵液的方法。日本专利申请JP57-105193A和美国专利US6087527A还公开了用醇和催化剂将长链二元酸酯化来得到高纯度长链二元酸的方法。

发明内容

在以往的对含长链二元酸的溶液的处理中，迄今未见利用色谱的方式分离长链二元酸与杂质和分离不同长链二元酸的报道。本发明者经过深入研究后发现，将长链二元酸在色谱柱中用分离介质进行色谱分离，利用不同溶质与分离介质的作用力不同，在各流出时间段收集所含物质、含量不同的洗脱液。利用这一原理可以达到将长链二元酸与其他成分以及不同碳链二元酸有效分离的目的。

本发明是在上述发现的基础上完成的。

即，本发明的目的在于提供一种适于工业上使用的简便有效的长链二元酸的分离纯化方法。

本发明的长链二元酸的分离纯化方法的特征在于，将长链二元酸在分离柱中用分离介质进行色谱分离。

在本发明的长链二元酸的分离纯化方法中，所述分离介质选自大孔吸附树脂、活性炭、活性白土、硅藻土和硅胶。

在本发明中，大孔吸附树脂因其理化性质稳定，不溶于酸、碱及有机溶剂，对有机物选择性好，不受无机盐类及强离子、低分子化合物存在的影响，适合用水性溶液或水与有机溶剂的混合液进行洗脱而成为优选。

在本发明的一个具体实施方式中，所述大孔吸附树脂为非极性大孔吸附树脂。

在本发明中，所述大孔吸附树脂还可以为极性大孔吸附树脂。

在本发明中，作为所述分离介质，还可以使用活性炭、及活性白土与活性炭之组合。

在本发明的长链二元酸的分离纯化方法中，所述分离柱可以是单柱形式，也可以是多柱连续的形式。

在本发明的长链二元酸的分离纯化方法中，用分离柱进行的色谱分离使用选自水、有机溶剂或水与有机溶剂的混合溶剂的洗脱液。

在本发明的多个具体实施方式中，所述长链二元酸为生物法生产的或化学法合成的含长链二元酸的溶液。

在本发明的长链二元酸的分离纯化方法中，用于分离纯化的所述长链二元酸的优选例子为以C9-C18的烷烃或脂肪酸或其衍生物为底物进行发酵而得到的含长链二元酸的发酵液或经处理后的发酵液；化学合成法生产过程中的含长链二元酸的溶液；生物法或化学合成法生产过程产生的含长链二元酸的废液。

具体实施方式

本发明是一种适于工业上使用的将长链二元酸用色谱的方式进行分离纯化的方法。

在本发明中，所述长链二元酸是主链在8个碳原子以上的α，ω-脂族二元酸，尤其优选碳原子数为9-18的烷烃二酸、烯烃二酸，例如可以是十碳二酸、十一碳二酸、十二碳二酸、十三碳二酸、十四碳二酸、十五碳二酸、十六碳二酸、十七碳二酸、十八碳二酸、十八碳-9-烯二酸等。在本发明中，“长链二元酸”一词可以是指该化合物或混合物本身，也可以是含该长链二元酸的溶液或其他形式。

在本发明中，所述“适于工业上使用的”一词是指本发明的分离纯化方法适于以符合商业化生产的规模、较高的样品与分离介质之比及较低廉的分离大量分离和纯化长链二元酸，并且能够实际用于工业化生产。

在本发明中，“分离介质”一词是指大孔吸附树脂、活性炭、活性白土、硅藻土和硅胶。

在本发明中，所用活性炭作为分离介质时，优选使用颗粒活性炭。

在本发明中，还可使用硅藻土或活性白土作为分离介质。硅藻土或活性白土可各自单独使用，但优选与活性炭等一起用于从生物发酵液中纯化长链二元酸。

所述色谱分离柱可以是单柱形式，也可以是多柱连续的形式。采用多柱连续形式时，多个分离柱中使用的分离介质可以是同一种类的，也可以是不同种类的。

在用色谱分离柱进行分离时，使用的洗脱液可以是水、有机溶剂或水与有机溶剂的混合溶剂的洗脱液。

在本发明中，通过适当调节洗脱液的PH使二元酸不会在分离柱中析出。

在以大孔吸附树脂为分离介质的情况下，洗脱液的pH需调节至不会使长链二元酸析出，较好地为弱碱性。

另外，在以大孔吸附树脂为分离介质的情况下，进料溶液的pH宜调节至不会使长链二元酸析出，较好地调节为碱性。

在本发明中，所述长链二元酸是以酸或其无机盐的形式存在。

本发明的含长链二元酸的分离纯化方法适用于多种长链二元酸的分离纯化过程，例如化学法合成的二元酸的纯化过程；从以烷烃或脂肪酸或其衍生物为底物生物发酵所得发酵液中提取纯化二元酸；并且，还可以用于从结晶后的母液或生物、化学废液中回收分离长链二元酸的过程。

在本发明中，所述生物发酵是指用热带假丝酵母菌(Candida.Tropicalis)以C8-18的烷烃、脂肪酸或其衍生物(如脂肪酸酯)为底物，生物转化产生相应的长链二元酸。所述生物发酵液中，除长链二元酸、菌体、水之外，通常还含有未反应的烷烃、低级羧酸、羟基一元酸、二元羧酸、无机离子等。在本发明中，长链二元酸宜占发酵液总量的0.1-25质量％。

在本发明中，所述生物发酵液优选经过预处理。

在本发明中，所述“预处理”一词是指通过离心、过滤或pH调节等手段或这些手段之组合，除去生物发酵液中菌体等不溶物和其他杂质。优选的预处理包括、但不限于将生物发酵液碱化后进行板框过滤或膜过滤，优选膜过滤。

本发明尤其适用于不同链长的长链二元酸的混合物分离、纯化。

下面结合实施例，对本发明进行详细说明。但应理解，以下实施例仅是对本发明实施方式的举例说明，而非是对本发明的范围限定。

实施例1

将含有癸二酸(化学法生产，CP，纯度98.5％，国药集团化学试剂有限公司)与十三烷二元酸(山东凯赛生物科技材料有限公司，DC13P，纯度97％)各50％的混合物6克，放入烧杯中，加稀碱溶液并加热溶解为60ml透明水溶液，pH 8.5。该溶液中，癸二酸浓度为5％，十三烷二元酸浓度为5％。以速度2BV/h加入到直径3cm、高60cm、装填有350mL非极性大孔吸附树脂(DOW，XAD418)的分离柱中，在30℃的操作温度下用水(pH 9.0)洗脱，流速2BV/h。收集洗脱液，分析结果如下：

洗脱液	癸二酸含量	十三烷二酸含量
			0-1.0BV	0.28％	0.05％
1.0-2BV	0.01％	0.22％

实施例2

以正十二烷为底物、用热带假丝酵母(Candida tropicalis)菌种(CCTCC M203052)进行发酵，得到含十二烷二酸(DC12)的发酵液。

将该发酵液加氢氧化钠调节pH至10.0，加热到70℃，将处理过的发酵液置于0.1微米的陶瓷微滤膜过滤循环罐中，启动物料泵，保持入膜压力在0.15MPa、出膜压力在0.10MPa的状态下，得到膜过滤清液。

实施例3

将16L大孔吸附树脂(Dow，XAD418)均匀装入20根直径3.3cm聚丙烯层析柱中与自动控制系统和进料泵一起，组成连续色谱系统。

将由正十二烷烃发酵得到的含DC12的发酵液经0.1微米陶瓷微滤膜除菌体后得到澄清的膜清液(pH8.5)，十二烷二元酸浓度为6.2％，色素在260纳米的吸光值为13.2。

将此膜清液通过连续色谱系统，其中，连续色谱的操作条件为：温度30℃，系统压力7bar，料液进料量1.2L/h，洗脱水(去离子水，PH9.0)进料量5.7L/h，进料24小时候达到平衡。

得到的出料情况如下：

产品出料口：十二烷二元酸浓度1.9％，色素在260纳米的吸光值为0.81。废液出料口：十二烷二元酸浓度0.2％，色素在260纳米的吸光值为3.5。

由上述实施例可以清楚地看到，根据本发明的长链二元酸的分离纯化方法，可以简便有效地将长链二元酸与色素等杂质分离出来，并且能够对存在于同一溶液中的不同长链二元酸进行分离。尤其是，在本发明中，采用了色谱技术，因此，与以往的批次处理方法相比，酸碱用量少，废水少，污染少，对于在工业规模生产长链二元酸时减少污染是非常有利的。

应当指出，上述实施例是对本发明实施方式的举例说明，本技术领域的技术人员可以在不偏离本发明实质和精髓的情况下，在所附权利要求书定义的范围内进行各种变更和修改，这些变更和修改仍应属于本发明的范围内。

Claims

1.一种适于工业上使用的长链二元酸的分离纯化方法，其特征在于，将长链二元酸在分离柱中用分离介质进行色谱分离。

2.根据权利要求1所述的分离纯化方法，其特征在于，所述分离介质选自大孔吸附树脂、活性炭、活性白土、硅藻土和硅胶。

3.根据权利要求2所述的分离纯化方法，其特征在于，所述分离介质为大孔吸附树脂。

4.根据权利要求3所述的分离纯化方法，其特征在于，所述大孔吸附树脂为非极性大孔吸附树脂。

5.根据权利要求2所述的分离纯化方法，其特征在于，所述分离介质为吸附树脂和其他一种或多种分离介质之组合。

6.根据权利要求1所述的分离纯化方法，其特征在于，所述色谱分离柱为单柱或多柱连续的形式。

7.根据权利要求3所述的分离纯化方法，其特征在于，使用水性溶液或水与有机溶剂的混合溶剂进行洗脱。

8.根据权利要求7所述的分离纯化方法，其特征在于，使用水性溶液进行洗脱。

9.根据权利要求1所述的分离纯化方法，其特征在于，所述长链二元酸是以生物法得到的含C9-C18长链二元酸的溶液。

10.根据权利要求9所述的分离纯化方法，其特征在于，所述长链二元酸是含C9-C18长链二元酸的生物发酵液。

11.根据权利要求10所述的分离纯化方法，其特征在于，所述生物发酵液经过预处理。

12.根据权利要求9所述的分离纯化方法，其特征在于，所述长链二元酸是生物法生产长链二元酸过程中产生的含长链二元酸的废液。

13.根据权利要求1所述的分离纯化方法，其特征在于，所述长链二元酸是用化学法得到的。

14.根据权利要求13所述的分离纯化方法，其特征在于，所述长链二元酸是化学法生产的含C9-C18长链二元酸的料液或废液。

15.根据权利要求1所述的分离纯化方法，其特征在于，所述长链二元酸是不同链长的长链二元酸的混合物。