CN105693503A - 一种提取高光学纯度d-乳酸的方法 - Google Patents

一种提取高光学纯度d-乳酸的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于乳酸生产技术领域，特别涉及一种提取高光学纯度D-乳酸的方法。该提取高光学纯度D-乳酸的方法，将D-乳酸发酵液中加入活性炭过滤得到D-乳酸钙清液；然后加入20-30wt%的硫酸，再加入30-50 wt%的硫酸，过滤得到粗D-乳酸溶液；将粗D-乳酸溶液经装有离子交换柱进行吸附；用洗脱剂对离子交换柱进行洗脱，洗脱后的溶液进行减压真空浓缩得到高光学纯度D-乳酸。本发明生产工艺中酸解分两步进行，使得酸解过程容易操作，且避免强酸对设备的腐蚀损害，同时使得酸解更加完全，D-乳酸的收率增强，并且本发明分离效果好，D-乳酸的收率为92-95%。

Description

一种提取高光学纯度D-乳酸的方法
（一）技术领域
本发明属于乳酸生产技术领域，特别涉及一种提取高光学纯度D-乳酸的方法。
（二）背景技术
D-乳酸是一种重要的有机酸，它可以广泛的用于医药、化工和农业等领域。例如，以乳酸为原料合成的聚乳酸塑料可以完全代替传统的塑料。聚乳酸是一种生物可降解高分子材料，在自然界中经过微生物作用分解成二氧化碳和水，可以解决白色污染问题。同时，研究发现等量混合右旋聚乳酸(PDLA)与左旋聚乳酸(PLLA)得到的聚乳酸立体复合结构，其热稳定性高于纯聚乳酸50℃。此外，以高纯的D-乳酸制造的“骠马”和“威霸”除草剂，作为新型的低毒性农药，能够有效的除草杀虫既经济又可靠。市场上，同等级的D-乳酸价格比L-乳酸贵5～10倍。因此，D-乳酸的生产与纯化逐渐受到重视。
目前，乳酸主要通过发酵法生产，以淀粉、还原糖、牛乳等原料，利用菊糖芽孢乳酸杆菌(SporolactobacillusLactobacillus)、德氏乳杆菌(Lactobacillusdelbrueckii)、保加利亚乳杆菌(Lactobacillusbulgaricus)、芽孢乳杆菌(Sporolactobacillus)等发酵生产乳酸。然而，乳酸含量较多时会对乳酸菌生长产生抑制作用，需加入中和剂(如碳酸钙)提高发酵液的pH。因此，乳酸发酵产物多为乳酸钙。乳酸的分离一直是乳酸生产的难点，它占取乳酸生产成本的60％左右。工业上，普遍采用乳酸钙结晶-酸解工艺提纯乳酸。该工艺成熟易于控制，但是存在工艺路线长，单元操作多，废液污染严重，成本高等缺点。
（三）发明内容
本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种提取高光学纯度D-乳酸的方法。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种提取高光学纯度D-乳酸的方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）将D-乳酸发酵液中加入活性炭，搅拌30-60min后过滤得到D-乳酸钙清液；
（2）将步骤（1）中得到的D-乳酸钙清液中加入20-30wt%的硫酸，硫酸与D-乳酸钙的摩尔比为1:2，反应温度为85-95℃，搅拌20-40min，然后再加入30-50wt%的硫酸，硫酸与剩余D-乳酸钙的摩尔比为1.5~2:1，反应温度为70-80℃，搅拌30-50min；
（3）将步骤（2）中最终得到的液体中加入活性炭，搅拌10-30min后过滤得到粗D-乳酸溶液；
（4）将粗D-乳酸溶液经装有离子交换柱进行吸附，柱温20～40℃，吸附流速2～4BV/h，直至吸附饱和；
（5）用洗脱剂对离子交换柱进行洗脱，洗脱温度为20-40℃，流速为2～4BV/h；
（6）将步骤（5）洗脱后的溶液进行减压真空浓缩，浓缩后得到高光学纯度D-乳酸。
其中，D-乳酸发酵液中D-乳酸钙的浓度为10～20wt％。
步骤（5）中的洗脱剂为乙醇或甲醇。
步骤（6）所述减压真空浓缩，操作温度为60～80℃，真空度为100～200bar。
本发明的有益效果是：本发明生产工艺中酸解分两步进行，使得酸解过程容易操作，且避免强酸对设备的腐蚀损害，同时使得酸解更加完全，D-乳酸的收率增强，并且本发明分离效果好，D-乳酸的收率为92-95%。
（四）具体实施方式
实施例1
包括以下步骤：
（1）将D-乳酸发酵液中加入活性炭，搅拌30min后过滤得到D-乳酸钙清液，其中D-乳酸发酵液中D-乳酸钙的浓度为10wt％；
（2）将步骤（1）中得到的D-乳酸钙清液中加入20wt%的硫酸，硫酸与D-乳酸钙的摩尔比为1:2，反应温度为85℃，搅拌20-40min，然后再加入30wt%的硫酸，硫酸与剩余D-乳酸钙的摩尔比为1.5:1，反应温度为70℃，搅拌30-50min；
（3）将步骤（2）中最终得到的液体中加入活性炭，搅拌10-30min后过滤得到粗D-乳酸溶液；
（4）将粗D-乳酸溶液经装有离子交换柱进行吸附，柱温20℃，吸附流速2～4BV/h，直至吸附饱和；
（5）用乙醇作为洗脱剂对离子交换柱进行洗脱，洗脱温度为20℃，流速为2～4BV/h；
（6）将步骤（5）洗脱后的溶液进行减压真空浓缩，操作温度为60℃，真空度为100bar，浓缩后得到高光学纯度D-乳酸，收率为92%。
实施例2
包括以下步骤：
（1）将D-乳酸发酵液中加入活性炭，搅拌36min后过滤得到D-乳酸钙清液，其中D-乳酸发酵液中D-乳酸钙的浓度为12wt％；
（2）将步骤（1）中得到的D-乳酸钙清液中加入25wt%的硫酸，硫酸与D-乳酸钙的摩尔比为1:2，反应温度为88℃，搅拌20-40min，然后再加入40wt%的硫酸，硫酸与剩余D-乳酸钙的摩尔比为1.5:1，反应温度为70-80℃，搅拌30-50min；
（3）将步骤（2）中最终得到的液体中加入活性炭，搅拌10-30min后过滤得到粗D-乳酸溶液；
（4）将粗D-乳酸溶液经装有离子交换柱进行吸附，柱温30℃，吸附流速2～4BV/h，直至吸附饱和；
（5）用乙醇作为洗脱剂对离子交换柱进行洗脱，洗脱温度为30℃，流速为2～4BV/h；
（6）将步骤（5）洗脱后的溶液进行减压真空浓缩，操作温度为70℃，真空度为100bar，浓缩后得到高光学纯度D-乳酸，收率为95%。
实施例3
包括以下步骤：
（1）将D-乳酸发酵液中加入活性炭，搅拌30min后过滤得到D-乳酸钙清液，其中D-乳酸发酵液中D-乳酸钙的浓度为20wt％；
（2）将步骤（1）中得到的D-乳酸钙清液中加入30wt%的硫酸，硫酸与D-乳酸钙的摩尔比为1:2，反应温度为95℃，搅拌20-40min，然后再加入50wt%的硫酸，硫酸与剩余D-乳酸钙的摩尔比为2:1，反应温度为80℃，搅拌30-50min；
（3）将步骤（2）中最终得到的液体中加入活性炭，搅拌10-30min后过滤得到粗D-乳酸溶液；
（4）将粗D-乳酸溶液经装有离子交换柱进行吸附，柱温40℃，吸附流速2～4BV/h，直至吸附饱和；
（5）用乙醇作为洗脱剂对离子交换柱进行洗脱，洗脱温度为40℃，流速为2～4BV/h；
（6）将步骤（5）洗脱后的溶液进行减压真空浓缩，操作温度为80℃，真空度为200bar，浓缩后得到高光学纯度D-乳酸，收率为93.5%。
实施例4
包括以下步骤：
（1）将D-乳酸发酵液中加入活性炭，搅拌40min后过滤得到D-乳酸钙清液，其中D-乳酸发酵液中D-乳酸钙的浓度为18wt％；
（2）将步骤（1）中得到的D-乳酸钙清液中加入22wt%的硫酸，硫酸与D-乳酸钙的摩尔比为1:2，反应温度为87℃，搅拌20-40min，然后再加入42wt%的硫酸，硫酸与剩余D-乳酸钙的摩尔比为2:1，反应温度为78℃，搅拌30-50min；
（3）将步骤（2）中最终得到的液体中加入活性炭，搅拌10-30min后过滤得到粗D-乳酸溶液；
（4）将粗D-乳酸溶液经装有离子交换柱进行吸附，柱温35℃，吸附流速2～4BV/h，直至吸附饱和；
（5）用乙醇作为洗脱剂对离子交换柱进行洗脱，洗脱温度为35℃，流速为2～4BV/h；
（6）将步骤（5）洗脱后的溶液进行减压真空浓缩，操作温度为68℃，真空度为130bar，浓缩后得到高光学纯度D-乳酸，收率为94.1%。
实施例5
包括以下步骤：
（1）将D-乳酸发酵液中加入活性炭，搅拌30min后过滤得到D-乳酸钙清液，其中D-乳酸发酵液中D-乳酸钙的浓度为14wt％；
（2）将步骤（1）中得到的D-乳酸钙清液中加入27wt%的硫酸，硫酸与D-乳酸钙的摩尔比为1:2，反应温度为92℃，搅拌20-40min，然后再加入32wt%的硫酸，硫酸与剩余D-乳酸钙的摩尔比为1.8:1，反应温度为75℃，搅拌30-50min；
（3）将步骤（2）中最终得到的液体中加入活性炭，搅拌10-30min后过滤得到粗D-乳酸溶液；
（4）将粗D-乳酸溶液经装有离子交换柱进行吸附，柱温38℃，吸附流速2～4BV/h，直至吸附饱和；
（5）用乙醇作为洗脱剂对离子交换柱进行洗脱，洗脱温度为38℃，流速为2～4BV/h；
（6）将步骤（5）洗脱后的溶液进行减压真空浓缩，操作温度为66℃，真空度为150bar，浓缩后得到高光学纯度D-乳酸，收率为92.9%。
实施例6
包括以下步骤：
（1）将D-乳酸发酵液中加入活性炭，搅拌30min后过滤得到D-乳酸钙清液，其中D-乳酸发酵液中D-乳酸钙的浓度为15wt％；
（2）将步骤（1）中得到的D-乳酸钙清液中加入29wt%的硫酸，硫酸与D-乳酸钙的摩尔比为1:2，反应温度为88℃，搅拌20-40min，然后再加入46wt%的硫酸，硫酸与剩余D-乳酸钙的摩尔比为1.5:1，反应温度为78℃，搅拌30-50min；
（3）将步骤（2）中最终得到的液体中加入活性炭，搅拌10-30min后过滤得到粗D-乳酸溶液；
（4）将粗D-乳酸溶液经装有离子交换柱进行吸附，柱温30℃，吸附流速2～4BV/h，直至吸附饱和；
（5）用乙醇作为洗脱剂对离子交换柱进行洗脱，洗脱温度为30℃，流速为2～4BV/h；
（6）将步骤（5）洗脱后的溶液进行减压真空浓缩，操作温度为60～80℃，真空度为175bar，浓缩后得到高光学纯度D-乳酸，收率为93.6%。

Claims (4)

1.一种提取高光学纯度D-乳酸的方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）将D-乳酸发酵液中加入活性炭，搅拌30-60min后过滤得到D-乳酸钙清液；
（2）将步骤（1）中得到的D-乳酸钙清液中加入20-30wt%的硫酸，硫酸与D-乳酸钙的摩尔比为1:2，反应温度为85-95℃，搅拌20-40min，然后再加入30-50wt%的硫酸，硫酸与剩余D-乳酸钙的摩尔比为1.5~2:1，反应温度为70-80℃，搅拌30-50min；
（3）将步骤（2）中最终得到的液体中加入活性炭，搅拌10-30min后过滤得到粗D-乳酸溶液；
（4）将粗D-乳酸溶液经装有离子交换柱进行吸附，柱温20～40℃，吸附流速2～4BV/h，直至吸附饱和；
（5）用洗脱剂对离子交换柱进行洗脱，洗脱温度为20-40℃，流速为2～4BV/h；
（6）将步骤（5）洗脱后的溶液进行减压真空浓缩，浓缩后得到高光学纯度D-乳酸。
2.根据权利要求1所述的提取高光学纯度D-乳酸的方法，其特征在于：所述D-乳酸发酵液中D-乳酸钙的浓度为10～20wt％。
3.根据权利要求1所述的提取高光学纯度D-乳酸的方法，其特征在于：所述洗脱剂为乙醇或甲醇。
4.根据权利要求1所述的提取高光学纯度D-乳酸的方法，其特征在于：所述减压真空浓缩，操作温度为60～80℃，真空度为100～200bar。
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