CN108773924B - 克拉维酸萃残液中有效成分的综合回收方法 - Google Patents

克拉维酸萃残液中有效成分的综合回收方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种克拉维酸萃残液中有效成分的综合回收方法,包括如下步骤:(1)克拉维酸萃残液在酸性条件下通过非离子型的大孔吸附树脂,克拉维酸萃残液中的克拉维酸被吸附在树脂上,并收集吸附余液;然后采用去离子水或弱酸盐水溶液解吸吸附在树脂上的克拉维酸,得到含克拉维酸的解吸液;(2)上述步骤(1)中收集得到的吸附余液,用碱调节pH至5.0~7.0,然后经混凝除杂、减压浓缩、降温结晶,得到硫酸钠。本发明的综合回收方法工艺设计合理,操作简便,回收效果好,产品质量优异且环境友好,解决了由于萃残液中硫酸根和氨氮浓度过高而导致的环保问题,并且创造新的经济效益。

Description

克拉维酸萃残液中有效成分的综合回收方法
技术领域
本发明属于制药技术领域,涉及一种克拉维酸萃残液中有效成分的综合回收方法,更具体而言,涉及克拉维酸萃残液中克拉维酸和硫酸钠的综合回收方法。
背景技术
克拉维酸碱金属盐是目前临床广泛使用的β-内酰胺酶抑制剂。克拉维酸碱金属盐制备方法一般包括:利用棒状链霉菌发酵而制备克拉维酸发酵液,而后使用陶滤、超滤等方法除去发酵液中的菌丝体、大部分蛋白质及其它固体颗粒,并经膜浓缩后得到克拉维酸水溶液;再在酸性条件下使用与水不互溶的乙酸乙酯从克拉维酸水溶液中萃取克拉维酸,萃取液经减压浓缩后,与有机胺反应形成稳定的克拉维酸胺盐;最后将克拉维酸胺盐转变为所需要的克拉维酸碱金属盐。
克拉维酸萃取过程产生的萃残液是一种含有多种污染物并且浓度很高的制药工业废水,其中含有的大量硫酸根以及氨氮会导致COD无法脱除,给后续环保工作带来巨大的压力。其实,在克拉维酸萃残液中仍含有0.3mg/mL~0.5mg/mL的克拉维酸和大量的硫酸根,如果能够对萃残液中的克拉维酸和硫酸根进行回收,不仅能够创造新的经济效益,而且能够从根本上解决由于萃残液硫酸根和氨氮浓度过高而导致其无法生化处理的难题。但是,由于萃残液中克拉维酸浓度非常低,不适宜继续采用萃取法进行回收。有文献报道采用纳滤或反渗透膜浓缩除去萃残液中的大部分水,然后采用碱性阴离子树脂吸附其中的克拉维酸,但是由于萃残液中含有大量的硫酸根离子和其他杂质,导致离子交换树脂对克拉维酸的吸附率非常低,没有产业化的实际意义。因此,如何有效地综合回收克拉维酸萃残液中的有效成分成为克拉维酸生产面临的重要研究课题。
发明内容
技术问题
因此,本发明的目的在于提供一种工艺设计合理、操作简便、回收效果好、产品质量优异且环境友好的克拉维酸萃残液中有效成分的综合回收方法,从而解决了由于萃残液中硫酸根和氨氮浓度过高而导致的环保问题,并且创造新的经济效益。
技术方案
为了实现本发明的目的,本发明所采用的技术方案为:首先采用非离子型的大孔吸附树脂在酸性环境中选择性地吸附克拉维酸萃残液中的克拉维酸,然后采用去离子水或弱酸盐进行解吸,所得到的解吸液中克拉维酸完成富集过程的同时质量也得到提升,从而可以根据本领域已知的萃取、浓缩、成盐、结晶,得到质量合格的克拉维酸胺盐产品;而未被树脂吸附的硫酸根进入吸附余液,经pH调节、混凝除杂、减压浓缩、降温结晶等步骤后可回收质量合格的硫酸钠产品。
根据本发明,本发明提供的克拉维酸萃残液中有效成分的综合回收方法,包括如下步骤:
(1)萃残液中克拉维酸的回收
克拉维酸萃残液在酸性条件下通过非离子型的大孔吸附树脂,克拉维酸萃残液中的克拉维酸被吸附在树脂上,并收集吸附余液;然后采用去离子水或弱酸盐水溶液解吸吸附在树脂上的克拉维酸,得到含克拉维酸的解吸液;
(2)吸附余液中硫酸钠的回收
上述步骤(1)中收集得到的吸附余液,用碱调节pH至5.0~7.0,然后经混凝除杂、减压浓缩、降温结晶,得到硫酸钠。
有益效果
在本发明中,针对克拉维酸萃残液中有效成分的特殊性质,创造性地采用了非离子型的大孔吸附树脂在酸性条件下特异性吸附萃残液中的克拉维酸,从而完成克拉维酸与硫酸根等其他杂质的分离;创造性地将吸附余液中难以生化处理的硫酸根离子通过调节pH的方式将其转化为硫酸钠,然后采用混凝除杂、减压浓缩、降温结晶的组合方式提取硫酸钠。本发明采用全新的废水处理工艺回收了克拉维酸萃残液中的有效成分,从根本上解决了由于萃残液氨氮和硫酸根浓度过高而导致其无法生化处理的难题。
具体实施方式
下面,更具体地说明本发明的克拉维酸萃残液中有效成分的综合回收方法。
在所述步骤(1)萃残液中克拉维酸的回收中,克拉维酸萃残液在酸性条件下通过非离子型的大孔吸附树脂,克拉维酸萃残液中的克拉维酸被吸附在树脂上,并收集吸附余液;然后采用去离子水或弱酸盐水溶液解吸吸附在树脂上的克拉维酸,得到含克拉维酸的解吸液。
在本领域中,如上所述,一般利用棒状链霉菌发酵而制备克拉维酸发酵液,该发酵液经过过滤、浓缩、乙酸乙酯萃取、成盐、转化,得到克拉维酸碱金属盐。在乙酸乙酯从克拉维酸水溶液中萃取克拉维酸的萃取过程中,其中的水相即为克拉维酸萃残液,该萃残液中仍含有0.3mg/mL~0.5mg/mL的克拉维酸和10~15mg/mL的硫酸根,其pH一般为2.5~3.0。
其中,所述非离子型的大孔吸附树脂可选用粒径为400~800微米、骨架结构为苯乙烯-二乙烯苯类、比表面积为700~1000m2/g的非离子型的大孔吸附树脂。凡符合该条件的大孔吸附树脂均可以作为本发明方法中优选的大孔吸附树脂。例如,本发明方法中可优选上海安澜德生物科技有限公司销售的AMBERLITETMXADTM大孔吸附树脂系列中的XAD4和XAD16N型号中的任意一种。
所述非离子型的大孔吸附树脂通过湿法装柱以圆形树脂柱床的形式应用,圆形树脂柱床的高度与直径比(即高径比)为4或更大,优选大于等于8;克拉维酸萃残液以5~10BV/h(柱床体积每小时)的流速通过树脂柱床。
非离子型的大孔吸附树脂在酸性环境中选择性吸附萃残液中的克拉维酸,而未被树脂吸附的硫酸根和大量的其他杂质流穿树脂柱床,收集后即得到吸附余液。当树脂柱床流出液中克拉维酸含量为大于0.01mg/mL时,停止树脂吸附。而后开始解吸,解吸剂可以为去离子水或弱酸盐水溶液,优选弱酸盐水溶液,诸如醋酸钠、碳酸钠和碳酸氢钠水溶液,最优选醋酸钠水溶液,且醋酸钠水溶液浓度优选介于0.058~0.061mol/L之间。解析剂通过树脂柱床流速为0.5~1.0BV/h,通过收集树脂柱床的解吸液,得到含克拉维酸的解吸液。该解吸液中克拉维酸的浓度一般为2.0~3.0mg/mL,该解吸液可以直接套用至上述克拉维酸碱金属盐制备工艺的萃取工序中回收克拉维酸,当然亦可采用纳滤膜或反渗透膜先将该解吸液浓缩,然后套用至上述克拉维酸碱金属盐制备工艺的萃取工序中。例如,根据CN1185158A、CN105384758A,根据本领域已知的萃取、浓缩、成盐、结晶等工序即可得到质量合格的克拉维酸胺盐产品。
在所述步骤(2)吸附余液中硫酸钠的回收中,上述步骤(1)中收集得到的吸附余液,用碱调节pH至5.0~7.0,然后经混凝除杂、减压浓缩、降温结晶,得到硫酸钠。
上述步骤(1)中收集得到的吸附余液,未被树脂吸附的硫酸根和大量的其他杂质进入该吸附余液,可以采用碱,例如浓度为40%(w/w)的氢氧化钠溶液调节吸附余液的pH至5.0~7.0,优选pH至6.0~7.0,在该pH条件范围内,硫酸根转化为硫酸钠的同时能够满足混凝法脱除氨氮的需要。
调节pH完毕后,在搅拌作用下向吸附余液流加聚合硫酸铁和阳离子聚丙烯酰胺(分子量800~1200万)的组合方式进行混凝除杂,该条件有利于混凝剂的快速分散及吸附余液中有机物的聚合和颗粒脱稳。所述混凝除杂过程为:首先将吸附余液升温至20℃~60℃,优选30℃~50℃,最优选30℃~40℃,然后流加聚合硫酸铁溶液,优选浓度12.5wt%的聚合硫酸铁溶液,其用量为吸附余液体积的1.5‰~3.5‰且优选为2.5‰(v/v),快速搅拌5~15min;然后,流加聚丙烯酰胺溶液,优选浓度为1wt‰的聚丙烯酰胺溶液,其用量为吸附余液体积的4‰~6‰且优选为5.0‰(v/v),缓慢搅拌5~15min;混凝完毕后会产生大量的矾花,立刻停止搅拌,矾花迅速沉降于容器底部,最后离心分离得到上清液,上清液体积占比一般为92%~96%。值得注意的是:混凝过程中的温度和pH非常重要,当温度超过60℃、pH低于5.0或超过7.0,混凝效果显著变差,产生的矾花明显变小,沉降速度明显减慢,溶液的澄清度显著下降,氨氮去除不彻底,对后序硫酸钠结晶工艺造成非常大的影响。
而后,将得到的上清液进行减压浓缩。在减压浓缩过程中的温度控制在55℃~65℃范围内,浓缩倍数为7~15倍,优选浓缩倍数10~13倍。浓缩过程中温度不能过高,否则会导致料液颜色显著加深,影响回收硫酸钠产品的外观,料液浓缩倍数不能过高,否则会导致结晶过程料液爆晶,无法得到硫酸钠产品。所得浓缩液中硫酸根离子浓度为70~225mg/mL,比重为1.10~1.30g/mL。然后,在搅拌状态下,将浓缩液缓慢降温至15℃~20℃,加入硫酸钠晶种并搅拌养晶20min~30min后有晶体产生;继续降温至0℃~5℃后搅拌养晶1h,有大量白色的晶体产生,然后通过本领域已知的过滤方式即可获得质量符合回用标准的湿品硫酸钠。
下面,通过实施例更具体地说明本发明,但本发明的保护范围不局限于这些实施例中。
实施例1
(1)萃残液中克拉维酸的回收
克拉维酸萃残液(克拉维酸0.35mg/mL,硫酸根12mg/mL,pH 2.75)以5BV/h的流速通过大孔吸附树脂柱床(大孔吸附树脂型号为XAD16N,装量1L,高径比为4),上柱量共计50L,同时收集到吸附余液50L(硫酸根11.5mg/mL);然后,使用0.060mol/L的醋酸钠水溶液以0.75BV/h流速解吸吸附在树脂上的克拉维酸,解吸完毕后收集到解吸液6.5L,克拉维酸浓度2.50g/L,收率约为92.9%,该解吸液可以套用至萃取工序或经浓缩后套用至萃取工序用于克拉维酸胺盐的制备。
(2)吸附余液中硫酸钠的回收
使用40%(w/w)氢氧化钠溶液调节上述步骤(1)中收集得到的吸附余液pH至6.5,升温至40℃,流加浓度12.5wt%的聚合硫酸铁溶液125mL,快速搅拌15min;然后流加1wt‰的聚丙烯酰胺溶液250mL,缓慢搅拌15min;混凝完毕后离心分离,将离心分离得到的47.5L上清液升温至60℃并减压浓缩至3.8L,浓缩12.5倍,硫酸根离子浓度为151.3mg/mL。然后将浓缩液缓慢降温至20℃,加入硫酸钠晶种并搅拌养晶20min,继续降温至5℃后搅拌养晶1h,然后通过本领域已知的过滤方式即可得湿品硫酸钠1537.2g,水分58.2%,硫酸根收率72.4%。
实施例2
(1)萃残液中克拉维酸的回收
克拉维酸萃残液(克拉维酸0.38mg/mL,硫酸根11mg/mL,pH 2.95)以5BV/h的流速通过大孔吸附树脂柱床(大孔吸附树脂型号为XAD16N,装量1L,高径比为4),上柱量共计50L,同时收集到吸附余液50L(硫酸根10.7mg/mL);然后,使用0.060mol/L的醋酸钠水溶液以0.75BV/h流速解吸吸附在树脂上的克拉维酸,解吸完毕后收集到解吸液6.5L,克拉维酸浓度2.68g/L,收率约为91.7%,该解吸液可以套用至萃取工序或经浓缩后套用至萃取工序用于克拉维酸胺盐的制备。
(2)吸附余液中硫酸钠的回收
使用40%(w/w)氢氧化钠溶液调节上述步骤(1)中收集得到的吸附余液pH至7.0,升温至40℃,流加浓度12.5wt%的聚合硫酸铁溶液125mL,快速搅拌15min;然后流加1wt‰的聚丙烯酰胺溶液250mL,缓慢搅拌15min;混凝完毕后离心分离,将离心分离得到的47.3L上清液升温至60℃并减压浓缩至4.0L,浓缩11.7倍,硫酸根离子浓度为133.8mg/mL。然后将浓缩液缓慢降温至20℃,加入硫酸钠晶种并搅拌养晶20min,继续降温至5℃后搅拌养晶1h,然后通过本领域已知的过滤方式即可得湿品硫酸钠1346.6g,水分57.3%,硫酸根收率70.7%。
实施例3
(1)萃残液中克拉维酸的回收
克拉维酸萃残液(克拉维酸0.31mg/mL,硫酸根14mg/mL,pH 2.53)以5BV/h的流速通过大孔吸附树脂柱床(大孔吸附树脂型号为XAD16N,装量1L,高径比为4),上柱量共计50L,同时收集到吸附余液50L(硫酸根13.6mg/mL);然后,使用0.060mol/L的醋酸钠水溶液以0.75BV/h流速解吸吸附在树脂上的克拉维酸,解吸完毕后收集到解吸液6.5L,克拉维酸浓度2.18g/L,收率约为91.4%,该解吸液可以套用至萃取工序或经浓缩后套用至萃取工序用于克拉维酸胺盐的制备。
(2)吸附余液中硫酸钠的回收
使用40%(w/w)氢氧化钠溶液调节上述步骤(1)中收集得到的吸附余液pH至6.0,升温至30℃,流加浓度12.5wt%的聚合硫酸铁溶液125mL,快速搅拌15min;然后流加1wt‰的聚丙烯酰胺溶液250mL,缓慢搅拌15min;混凝完毕后离心分离,将离心分离得到的47.2L上清液升温至65℃并减压浓缩至3.5L,浓缩13.5倍,硫酸根离子浓度为194.3mg/mL。然后将浓缩液缓慢降温至20℃,加入硫酸钠晶种并搅拌养晶20min,继续降温至5℃后搅拌养晶1h,然后通过本领域已知的过滤方式即可得湿品硫酸钠2153.0g,水分62.9%,硫酸根收率77.1%。

Claims (8)

1.一种克拉维酸萃残液中有效成分的综合回收方法,包括如下步骤:
(1)萃残液中克拉维酸的回收
克拉维酸萃残液在酸性条件下通过非离子型的大孔吸附树脂,克拉维酸萃残液中的克拉维酸被吸附在树脂上,并收集吸附余液;然后采用弱酸盐水溶液解吸吸附在树脂上的克拉维酸,得到含克拉维酸的解吸液;
(2)吸附余液中硫酸钠的回收
上述步骤(1)中收集得到的吸附余液,用碱调节pH至5.0~7.0,然后经混凝除杂、减压浓缩、降温结晶,得到硫酸钠,
其中,所述克拉维酸萃残液含有0.3mg/mL~0.5mg/mL的克拉维酸和10~15mg/mL的硫酸根,其pH为2.5~3.0;
在所述步骤(1)萃残液中克拉维酸的回收中,所述非离子型的大孔吸附树脂选用粒径为400~800微米、骨架结构为苯乙烯-二乙烯苯类、比表面积为700~1000m2/g的非离子型的大孔吸附树脂;以及
在所述步骤(2)吸附余液中硫酸钠的回收中,所述混凝除杂是在搅拌作用下向吸附余液流加聚合硫酸铁溶液和聚丙烯酰胺溶液的组合方式来进行混凝除杂。
2.如权利要求1所述的克拉维酸萃残液中有效成分的综合回收方法,其特征是,在所述步骤(1)萃残液中克拉维酸的回收中,所述非离子型的大孔吸附树脂通过湿法装柱以圆形树脂柱床的形式应用,圆形树脂柱床的高度与直径比即高径比为4或更大。
3.如权利要求1所述的克拉维酸萃残液中有效成分的综合回收方法,其特征是,在所述步骤(1)萃残液中克拉维酸的回收中,解吸剂为醋酸钠、碳酸钠或碳酸氢钠水溶液。
4.如权利要求1所述的克拉维酸萃残液中有效成分的综合回收方法,其特征是,在所述步骤(1)萃残液中克拉维酸的回收中,所得到的含克拉维酸的解吸液中克拉维酸的浓度为2.0~3.0mg/mL,该解吸液套用至克拉维酸碱金属盐制备工艺的萃取工序中,或者采用纳滤膜或反渗透膜先将该解吸液浓缩,然后套用至克拉维酸碱金属盐制备工艺的萃取工序中,以直接用于克拉维酸碱金属盐的制备中。
5.如权利要求1所述的克拉维酸萃残液中有效成分的综合回收方法,其特征是,在所述步骤(2)吸附余液中硫酸钠的回收中,采用氢氧化钠溶液调节吸附余液的pH至5.0~7.0。
6.如权利要求1所述的克拉维酸萃残液中有效成分的综合回收方法,其特征是,所述混凝除杂过程为:首先将吸附余液升温至20℃~60℃,然后流加聚合硫酸铁溶液,搅拌5~15min;然后,流加聚丙烯酰胺溶液,搅拌5~15min;混凝完毕后会产生大量的矾花,停止搅拌,矾花迅速沉降于容器底部,最后离心分离得到上清液。
7.如权利要求6所述的克拉维酸萃残液中有效成分的综合回收方法,其特征是,所述混凝除杂过程为:首先将吸附余液升温至20℃~60℃,然后流加12.5wt%的聚合硫酸铁溶液,其用量为吸附余液体积的1.5‰~3.5‰,搅拌5~15min;然后,流加浓度为1wt‰的聚丙烯酰胺溶液,其用量为吸附余液体积的4‰~6‰,搅拌5~15min;混凝完毕后会产生大量的矾花,停止搅拌,矾花迅速沉降于容器底部,最后离心分离得到上清液。
8.如权利要求6所述的克拉维酸萃残液中有效成分的综合回收方法,其特征是,在所述步骤(2)吸附余液中硫酸钠的回收中,将得到的上清液进行减压浓缩,在减压浓缩过程中的温度控制在55℃~65℃范围内,浓缩倍数为7~15倍,所得浓缩液中硫酸根离子浓度为70~225mg/mL,比重为1.10~1.30g/mL;然后,在搅拌状态下,将浓缩液降温至15℃~20℃,加入硫酸钠晶种,并搅拌养晶20min~30min后有晶体产生,继续降温至0℃~5℃后搅拌养晶1h,有大量白色的晶体产生,得到硫酸钠晶体。
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