CN102344450A

CN102344450A - 一种用苯乙烯型大孔树脂提取茶碱钠盐或茶碱的方法

Info

Publication number: CN102344450A
Application number: CN2011102182316A
Authority: CN
Inventors: 袁永生; 郭福民; 寇晓康; 刘琼
Original assignee: XIAN SUNRESIN TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: XIAN SUNRESIN TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-08-01
Filing date: 2011-08-01
Publication date: 2012-02-08
Anticipated expiration: 2031-08-01
Also published as: CN102344450B

Abstract

本发明公开了一种利用苯乙烯型大孔树脂吸附法从茶碱钠盐或茶碱母液中提取茶碱钠盐或茶碱的方法，包括以下步骤：（1）调节茶碱钠盐或茶碱母液的pH值；（2）过滤上述母液，去除母液中的悬浮杂质；（3）用吸附树脂对母液进行吸附；（4）用解吸剂对吸附饱和后的吸附树脂进行解吸，得解吸液；（5）调节解吸液pH值；静置，结晶茶碱钠盐或茶碱；（6）离心过滤；（7）干燥，得固体茶碱钠盐。本发明提供的方法使茶碱钠盐或茶碱粗品质量更高，操作安全性更好，提取效率更高，提取成本低，更加适应规模化生产，也更易于实现自动化操作。本发明可降低茶碱钠盐和茶碱的提取成本，提高茶碱钠盐和茶碱的提取收率，增强企业的竞争力。

Description

一种用苯乙烯型大孔树脂提取茶碱钠盐或茶碱的方法

技术领域

本发明涉及提取茶碱钠盐或茶碱的方法，特别涉及一种利用苯乙烯型大孔树脂吸附法从茶碱钠盐或茶碱母液中提取茶碱钠盐或茶碱的方法，它属于有机合成化工母液中分离有机物的方法，也是一种化工环保技术。

背景技术

茶碱钠盐是一种微溶解于水的有机物，在合成茶碱或茶碱钠盐生产过程中，会产生一定量的化工母液，母液中含有微量的茶碱或茶碱钠盐，长期以来，给废水处理带来很大的负担和困难。

近几年来，国内外、特别是我国各科研机构以及茶碱、茶碱钠盐及相关产品生产厂家，都积极研究、开发茶碱、茶碱钠盐的提取方法，以期达到资源充分利用目的。从茶碱钠盐或茶碱母液中提取茶碱钠盐或茶碱的传统工艺技术有：

1）蒸发结晶法

这是行业中最早使用的分离方法，其工艺路线如下：茶碱钠盐母液或茶碱母液——蒸发或多效蒸发——冷却结晶——离心分离——茶碱钠盐产品或茶碱产品。蒸发需用蒸汽、电或其他能量，采用热传递，使母液中的水变成水蒸汽挥发，以提高残留母液中有机物的浓度，然后经过降温冷却、结晶、离心分离，获得茶碱钠盐粗品或茶碱粗品。

可以看出，该工艺存在很多问题，很难改进：首先，采用蒸发方式，提高茶碱钠盐或茶碱的浓度，伴随着大量的能耗，成本非常高；其次，在水分挥发后，残留母液中各种杂质的含量也同时增高，这就造成冷却后，结晶回收的茶碱钠盐粗品或茶碱粗品，杂质含量较高，纯度低，一般不高于75%。

2）溶剂萃取法

溶剂萃取法是后来发展的一种分离方法，其工艺路线如下：茶碱钠盐母液或茶碱母液——调节pH值——溶剂萃取——加NaOH（酸）调节pH值——结晶、离心——茶碱钠盐产品或茶碱产品。

该方法需要使用有机溶剂如辛醇等作为萃取剂，这些萃取剂易挥发，具有一定毒性，同时，辛醇等有机溶剂在水相中具有一定的溶解度，一部分辛醇和茶碱残留在萃余液中，带来目标分离物的损失。所以，在操作的过程中，不仅造成一定的空气及水污染，损失辛醇等有机溶剂，还会造成茶碱的损失，回收成本居高不下。

发明内容

本发明提供了一种采用苯乙烯型大孔树脂吸附的方法提取茶碱钠盐或茶碱母液中的茶碱钠盐或茶碱，以克服传统提取方法的技术缺陷。

本发明是对茶碱钠盐或茶碱性质，茶碱钠盐或茶碱母液组分等进行深入研究后，意外地发现如下工艺路线。

本发明所述茶碱钠盐或茶碱母液是工业合成茶碱钠盐或茶碱的过程中产生的母液，母液中含有0.1-2%的茶碱钠盐或茶碱。

用酸碱将茶碱钠盐或茶碱母液调节pH值至pH1-8，使母液中的茶碱钠盐转化为茶碱，并将母液中悬浮物杂质过滤出来。

本发明进一步采用大孔吸附树脂优选苯乙烯型大孔吸附树脂，来吸附上述母液中转化的茶碱。当流出液中茶碱浓度超过100ppm时，吸附达到饱和，停止吸附。

树脂吸附达到饱和后，采用碱性溶液（NaOH、KOH、氨水、Na₂CO₃、NaHCO₃、K₂CO₃、KHCO₃、NaAc、KAc、Ba(OH)₂、Ca(OH)₂、NaH₂PO₄、Na₂HPO₄、Na₃PO₄、KH₂PO₄、K₂HPO₄ 、K₃PO₄等的溶液）作为解吸剂，来解吸树脂，将吸附在树脂上的茶碱转化为茶碱盐。

本发明采用在解吸液中加入碱性溶液（NaOH、KOH、氨水、Na₂CO₃、NaHCO₃、K₂CO₃、KHCO₃、NaAc、KAc、Ba(OH)₂、Ca(OH)₂、NaH₂PO₄、Na₂HPO₄ 、Na₃PO₄、KH₂PO₄、K₂HPO₄ 、K₃PO₄等的溶液）来调节pH值至pH9-14，并静置，结晶茶碱钠盐；或向解吸液中加入酸性溶液（HCl、H₂SO₄、HNO₃、H₃PO₄、HAc、柠檬酸、草酸），调节pH值至pH1-8，结晶茶碱。

本发明采用离心机高速离心的方式，将结晶的茶碱钠盐或茶碱离心分离出来，实现茶碱钠盐或茶碱的固液分离。

将所得到的茶碱钠盐或茶碱湿品，干燥后，得茶碱钠盐或茶碱固体，含量>85%, 用于其他相关有机物的合成。

更具体地，本发明提供的一种从茶碱钠盐或茶碱母液中提取茶碱钠盐或茶碱的方法，包括以下步骤：

（1）调节茶碱钠盐或茶碱母液的pH值；

（2）过滤上述母液，去除母液中的悬浮杂质；

（3）用吸附树脂对母液进行吸附；

（4）用解吸剂对吸附饱和后的吸附树脂进行解吸，得解吸液；

（5）调节解吸液pH值；静置，结晶茶碱钠盐或茶碱；

（6）离心过滤；

（7）干燥，得固体茶碱钠盐或茶碱。

本发明的优选方案是：

步骤（1）中是将茶碱钠盐或茶碱母液的pH值调节至pH 1-8；更优选pH 4-6。

步骤（3）中所述吸附树脂为大孔吸附树脂；更优选苯乙烯型大孔吸附树脂。

步骤（3）所述用吸附树脂对母液进行吸附时，母液经过树脂柱流速为0.1-15BV/h；优选为0.5-10BV/h；更优选为1-5BV/h。

步骤（4）中所述解吸剂为碱性溶液。所述碱性溶液包括：NaOH、KOH、氨水、Na₂CO₃、NaHCO₃、K₂CO₃、KHCO₃、NaAc、KAc、Ba(OH)₂、Ca(OH)₂、NaH₂PO₄、Na₂HPO₄、Na₃PO₄、KH₂PO₄、K₂HPO₄ 或K₃PO₄溶液。

步骤（4）所述用解吸剂对吸附饱和后的吸附树脂进行解吸时，解吸剂用量优选为吸附树脂装填体积的0.3-5倍；解吸剂流速为0.05-10BV/h。更优选为：解吸剂用量为吸附树脂装填体积的0.5-4倍；解吸剂流速为0.1-5BV/h；最优选为：解吸剂用量为树脂装填体积的1-3倍；解吸剂流速为0.5-2BV/h。

步骤（5）优选为：加碱性溶液调整pH值至pH9-14，静置，结晶茶碱钠盐；或加酸性溶液调节pH值至pH1-8, 静置，结晶茶碱。所述碱性溶液由NaOH、KOH、氨水、Na₂CO₃、NaHCO₃、K₂CO₃、KHCO₃、NaAc、KAc、Ba(OH)₂、Ca(OH)₂、Na₂HPO₄ 、Na₃PO₄、K₂HPO₄ 、K₃PO₄等中的一种或几种配制而成；所述酸性溶液是由HCl、H₂SO₄、HNO₃、H₃PO₄、HAc、柠檬酸、草酸的一种或几种配制而成。

本发明提供的方法使茶碱钠盐或茶碱粗品质量更高（茶碱钠盐含量>85%，茶碱含量>85%），操作安全性更好（不使用任何有机溶剂，有机溶剂一般具有可燃、易爆、有毒等危害性），提取效率更高，提取成本低（无物质相变等能耗），更加适应规模化生产，也更易于实现自动化操作。本发明可降低茶碱钠盐和茶碱的提取成本，提高茶碱钠盐和茶碱的提取收率，增强企业的竞争力。

具体实施方式

实施例一：

某厂家生产茶碱钠盐的母液，母液中茶碱钠盐含量0.8%。加入浓度为4%的盐酸，调节pH值至pH5.0，过滤出母液中的悬浮杂质。在一直径 200mm，高度2000mm的不锈钢树脂柱中，装入50L西安蓝晓科技有限公司生产的LX-18M苯乙烯型大孔吸附树脂。将滤出杂质的的母液，以50-100L/h的流速通过树脂柱，共通过母液600L。用4% 的NaOH溶液解吸树脂，流速25L/h，用量50L。回收解吸液50L，加入浓度为32%的NaOH溶液调节pH值至pH14，然后静置，离心，干燥，得茶碱钠盐粗品4.5 kg，含量为92.0%。

实施例二：

某厂家生产茶碱的母液，母液中茶碱含量1.0%。加入浓度为3%的硫酸，调节pH值至pH4.8，过滤出母液中的悬浮杂质。在一直径200mm，高度2000mm的不锈钢树脂柱中，装入50L西安蓝晓科技有限公司生产的LX-18M苯乙烯型大孔吸附树脂。将滤出杂质的的母液，以100-200L/h的流速通过树脂柱，共通过母液500L。用6%的KOH溶液解吸树脂，流速30L/h，用量50L。回收解吸液50L，加入浓度为30%的硫酸溶液调节pH值至pH =5.0，然后静置，离心，干燥，得茶碱粗品4.8 kg，含量为91.0%。

实施例三：

某厂家生产茶碱钠盐的母液，母液中茶碱钠盐含量0.2%。加入浓度为4%的柠檬酸，调节pH值至pH6，过滤出母液中的悬浮杂质。在一直径 200mm，高度2000mm的不锈钢树脂柱中，装入50L西安蓝晓科技有限公司生产的LX-20苯乙烯型大孔吸附树脂。将滤出杂质的的母液，以200-300L/h的流速通过树脂柱，共通过母液900L。用30% 的KOH溶液解吸树脂，流速5L/h，用量20L。回收解吸液20L，加入浓度为20%的柠檬酸溶液调节pH值至pH11，然后静置，离心，干燥，得茶碱钠盐粗品1.5 kg，含量为86.0%。

实施例四：

某厂家生产茶碱钠盐的母液，母液中茶碱钠盐含量0.8%。加入浓度为10%的醋酸，调节pH值至pH3.5，过滤出母液中的悬浮杂质。在一直径 200mm，高度2000mm的不锈钢树脂柱中，装入50L西安蓝晓科技有限公司生产的LX-8苯乙烯型大孔吸附树脂。将滤出杂质的的母液，以20-50L/h的流速通过树脂柱，共通过母液600L。用20% 的Na₂CO₃溶液解吸树脂，流速30L/h，用量50L。回收解吸液50L，加入浓度为10%的Na₂CO₃溶液调节pH值至pH12，然后静置，离心，干燥，得茶碱钠盐粗品4.3 kg，含量为90.0%。

实施例五：

某厂家生产茶碱的母液，母液中茶碱含量1.2%。加入浓度为10%的磷酸，调节pH值至pH6.5，过滤出母液中的悬浮杂质。在一直径 200mm，高度2000mm的不锈钢树脂柱中，装入50L西安蓝晓科技有限公司生产的LX-10苯乙烯型大孔吸附树脂。将滤出杂质的的母液，以400-500L/h的流速通过树脂柱，共通过母液350L。用15%的K₂CO₃溶液解吸树脂，流速40L/h，用量40L。回收解吸液40L，加入浓度为10%的磷酸溶液调节pH值至pH5.5，然后静置，离心，干燥，得茶碱粗品3.9 kg，含量为89.0%。

实施例六：

某厂家生产茶碱的母液，母液中茶碱含量1.2%。加入浓度为10%的磷酸，调节pH值至pH4，过滤出母液中的悬浮杂质。在一直径 200mm，高度2000mm的不锈钢树脂柱中，装入50L西安蓝晓科技有限公司生产的LX-10苯乙烯型大孔吸附树脂。将滤出杂质的的母液，以5-10L/h的流速通过树脂柱，共通过母液360L。用8%的氨水溶液解吸树脂，流速25L/h，用量35L。回收解吸液35L，加入浓度为10%的磷酸溶液调节pH值至pH =5，然后静置，离心，干燥，得茶碱粗品4.0 kg，含量为88.2%。

实施例七：

某厂家生产茶碱的母液，母液中茶碱含量1.2%。加入浓度为0.1%的盐酸，调节pH值至pH6.2，过滤出母液中的悬浮杂质。在一直径 200mm，高度2000mm的不锈钢树脂柱中，装入50L西安蓝晓科技有限公司生产的LX-1180苯乙烯型大孔吸附树脂。将滤出杂质的的母液，以200-250L/h的流速通过树脂柱，共通过母液350L。用6%的NaOH溶液解吸树脂，流速2.5L/h，用量45L。回收解吸液45L，加入浓度为0.1%的盐酸溶液调节pH值至pH =5，然后静置，离心，干燥，得茶碱粗品3.9 kg，含量为87.0%。

实施例八：

某厂家生产茶碱的母液，母液中茶碱含量1.0%。加入浓度为3.5%的醋酸，调节pH值至pH4.0，过滤出母液中的悬浮杂质。在一直径200mm，高度2000mm的不锈钢树脂柱中，装入50L西安蓝晓科技有限公司生产的XDA-1苯乙烯型大孔吸附树脂。将滤出杂质的的母液，以350-400L/h的流速通过树脂柱，共通过母液450L。用1%的NaHCO₃溶液解吸树脂，流速15L/h，用量60L。回收解吸液60L，加入浓度为3.5%的醋酸溶液调节pH值至pH =5，然后静置，离心，干燥，得茶碱粗品4.2 kg，含量为87.4%。

实施例九：

某厂家生产茶碱的母液，母液中茶碱含量1.0%。加入浓度为10%的硝酸，调节pH值至pH2.8，过滤出母液中的悬浮杂质。在一直径 200mm，高度2000mm的不锈钢树脂柱中，装入50L西安蓝晓科技有限公司生产的XDA-200苯乙烯型大孔吸附树脂。将滤出杂质的的母液，以200-250L/h的流速通过树脂柱，共通过母液400L。用5%的K₃PO₄溶液解吸树脂，流速250L/h，用量80L。回收解吸液80L，加入浓度为10%的硝酸溶液调节pH值至pH =4.9，然后静置，离心，干燥，得茶碱粗品3.7 kg，含量为89%。

实施例十：

某厂家生产茶碱的母液，母液中茶碱含量1.0%。加入浓度为0.1%的草酸，调节pH值至pH6.5，过滤出母液中的悬浮杂质。在一直径 200mm，高度2000mm的不锈钢树脂柱中，装入50L西安蓝晓科技有限公司生产的XDA-200苯乙烯型大孔吸附树脂。将滤出杂质的的母液，以300-350L/h的流速通过树脂柱，共通过母液360L。用0.1% 的KOH溶液解吸树脂，流速500L/h，用量80L。回收解吸液80L，加入浓度为15%的草酸溶液调节pH值至pH =5.5，然后静置，离心，干燥，得茶碱粗品1.3 kg，含量为88.2%。

实施例十一：

某厂家生产茶碱钠盐的母液，母液中茶碱钠盐含量0.7%。加入浓度为4%的盐酸，调节pH值至pH5.2，过滤出母液中的悬浮杂质。在一直径 200mm，高度2000mm的不锈钢树脂柱中，装入50L西安蓝晓科技有限公司生产的LX-18M苯乙烯型大孔吸附树脂。将滤出杂质的的母液，以50-100L/h的流速通过树脂柱，共通过母液500L。用0.5% 的NaOH溶液解吸树脂，流速100L/h，用量50L。回收解吸液50L，加入浓度为2%的NaOH溶液调节pH值至pH14，然后静置，离心，干燥，得茶碱钠盐粗品2.5 kg，含量为90.0%。

Claims

1.一种从茶碱钠盐或茶碱母液中提取茶碱钠盐或茶碱的方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）调节茶碱钠盐或茶碱母液的pH值；

（2）过滤上述母液，去除母液中的悬浮杂质；

（3）用吸附树脂对母液进行吸附；

（5）调节解吸液pH值；静置，结晶茶碱钠盐或茶碱；

（6）离心过滤；

（7）干燥，得固体茶碱钠盐或茶碱。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）中是将茶碱钠盐或茶碱母液的pH值调节至pH 1-8。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤（1）中是将茶碱钠盐或茶碱母液的pH值调节至pH 4-6。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（3）中所述吸附树脂为大孔吸附树脂。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤（3）中所述吸附树脂为苯乙烯型大孔吸附树脂。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（3）所述用吸附树脂对母液进行吸附时，母液经过树脂柱流速为0.1-15BV/h。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：母液经过树脂柱流速为0.5-10BV/h。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：母液经过树脂柱流速为1-5BV/h。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（4）中所述解吸剂为碱性溶液。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述碱性溶液为NaOH、KOH、氨水、Na₂CO₃、NaHCO₃、K₂CO₃、KHCO₃、NaAc、KAc、Ba(OH)₂、Ca(OH)₂、NaH₂PO₄、Na₂HPO₄、Na₃PO₄、KH₂PO₄、K₂HPO₄ 或K₃PO₄溶液。

11.根据权利要求书1所述的方法，其特征在于：步骤（4）所述用解吸剂对吸附饱和后的吸附树脂进行解吸时，解吸剂用量为吸附树脂装填体积的0.3-5倍；解吸剂流速为0.05-10BV/h。

12.根据权利要求书11所述的方法，其特征在于：步骤（4）所述用解吸剂对吸附饱和后的吸附树脂进行解吸时，解吸剂用量为吸附树脂装填体积的0.5-4倍；解吸剂流速为0.1-5BV/h。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：步骤（4）所述用解吸剂对吸附饱和后的吸附树脂进行解吸时，解吸剂用量为树脂装填体积的1-3倍；解吸剂流速为0.5-2BV/h。

14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（5）为：加碱性溶液调整pH值至pH9-14，静置，结晶茶碱钠盐；或加酸性溶液调节pH值至pH1-8, 静置，结晶茶碱。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于：所述碱性溶液由NaOH、KOH、氨水、Na₂CO₃、NaHCO₃、K₂CO₃、KHCO₃、NaAc、KAc、Ba(OH)₂、Ca(OH)₂、Na₂HPO₄ 、Na₃PO₄、K₂HPO₄ 、K₃PO₄等中的一种或几种配制而成；所述酸性溶液是由HCl、H₂SO₄、HNO₃、H₃PO₄、HAc、柠檬酸、草酸的一种或几种配制而成。

16.根据权利要求1所述的方法，其特征在于包括如下步骤：

在茶碱钠盐的母液中加入浓度为4%的盐酸，调节pH值至pH5.0，过滤出母液中的悬浮杂质；在一直径 200mm，高度2000mm的不锈钢树脂柱中，装入50L西安蓝晓科技有限公司生产的LX-18M苯乙烯型大孔吸附树脂；将滤出杂质的的母液，以50-100L/h的流速通过树脂柱，共通过母液600L；用4% 的NaOH溶液解吸树脂，流速25L/h，用量50L。

17.回收解吸液50L，加入浓度为32%的NaOH溶液调节pH值至pH14，然后静置，离心，干燥得茶碱钠盐粗品；或在茶碱母液中加入浓度为3%的硫酸，调节pH值至pH4.8，过滤出母液中的悬浮杂质；在一直径200mm，高度2000mm的不锈钢树脂柱中，装入50L西安蓝晓科技有限公司生产的LX-18M苯乙烯型大孔吸附树脂；将滤出杂质的的母液，以100-200L/h的流速通过树脂柱，共通过母液500L；用6%的KOH溶液解吸树脂，流速30L/h，用量50L；回收解吸液50L，加入浓度为30%的硫酸溶液调节pH值至pH =5.0，然后静置，离心，干燥，得茶碱粗品。