CN109422779A - 毛发经络合催化水解成复合氨基酸的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于化工技术领域。将毛发在碱性(NaOH或KOH)或酸性环境中用络合剂和催化剂进行络合、催化、水解。采用本发明可以将毛发水解时间由十多个小时缩短到30分钟，甚至5分钟内，所述工艺水解时间短，设备简单，可以大大降低生产成本，既可以节约了大量的能源，又能大大减少二氧化碳的排放量，因此还有利于环保的优点。本发明生产的复合氨基酸可广泛用于肥料、饲料、饲料添加剂、医药、农药、食品加工和其它化学工业，具有广泛的实用性。
Description
技术领域
本发明属于化工技术领域，特别涉及毛发经络合催化水解成复合氨基酸的工艺。
背景技术
氨基酸在植物生长过程中具有有机氮养分的补充来源作用、络合(螯合)金属离子的作用、植物体内合成各种酶的促进作用和催化作用，氨基酸由于能被动、植物直接吸收，给动、植物提供非常好的养分而越来越受到人类的重视。毛发的主要成分是蛋白质，蛋白质可水解成多肽，多肽可以进一步水解成约20种氨基酸，而生活中人畜的毛发垃圾(如屠宰场各种禽畜羽毛、理发店剪除的头发、居室里清扫出的头发等)随处可见，如何合理利用生活垃圾，是值得人们广泛关注的问题。
氨基酸作为人、畜、植物的营养成分，使得采用水解毛发制取各种氨基酸成为热门课题。目前，氨基酸的制备方法很多，主要有以下缺点：水解时间太长，每锅(每反应釜)水解时间多达12小时，不但多耗煤、多耗电、多耗人工，而且产量低，效率低，远远不能满足工农业对氨基酸的需求；由于其生产工艺中采用高温高压下用强酸(盐酸、硫酸)水解毛发，为了防止酸对反应釜(锅炉或锅)的腐蚀，反应釜内胆多为搪瓷，造价极为昂贵。发明内容
本发明的目的是提供毛发络合催化生产复合氨基酸的工艺，所述工艺水解时间短，设备简单，可以大大降低生产成本。
本发明的技术方案如下：
采用碱水解的毛发经络合催化水解生成复合氨基酸的工艺有以下步骤：
毛发经络合催化水解成复合氨基酸的工艺，其特征在于有以下步骤：
1)毛发洗净、干燥后备用；
2)取水400～500体积份，常压下加热至温度为90～100℃，加入络合剂3～57重量份，搅拌至络合剂完全溶解，得到络合溶液；
3)步骤2)所得络合溶液中加入固态强碱12～50重量份，保持溶液的温度为90℃～100℃，搅拌，使固态强碱完全溶解；
4)步骤3)所得溶液中加入步骤1)所得毛发70～100重量份，保持溶液的温度为90℃～100℃，边搅拌边加入催化剂4～28重量份，继续搅拌5～30分钟，至毛发全部溶解，放置冷却至室温；
5)步骤4)所得溶液边搅拌用稀酸调整溶液的pH＝6～7，即得本发明所述的复合氨基酸的混合液。
采用酸水解的毛发经络合催化水解成复合氨基酸的工艺有以下步骤：
1)毛发洗净、干燥后备用；
2)取稀酸溶液400～500份，常压下，加热至温度为90～100℃，加入络合剂3～57份，搅拌至络合剂完全溶解，得到络合溶液；
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4)步骤3)所得溶液边搅拌用碱调整溶液的pH＝6～7，即得本发明所述的复合氨基酸的混合液。
所述络合剂为铜盐络合剂。
所述铜盐络合剂为CuSO4·5H2O或CuCl2。
所述催化剂为锌盐催化剂。
所述锌盐催化剂为ZnSO4或ZnCl2或ZnSO4和ZnCl2。
所述强碱为KOH或NaOH。
所述酸选择没有氧化性的强酸的稀酸溶液，因此，本发明所述的酸为稀盐酸或稀硫酸。
所述稀盐酸或稀硫酸的重量百分比浓度为1～50％。
本发明所述的重量份可以采用克、千克等计量单位；体积份对应重量份采用毫升、升等计量单位，即若重量份采用克，则体积份采用毫升；若重量份采用千克，则体积份采用升等等。
本发明在酸性或碱性条件下，用络合剂和催化剂使整个毛发水解时间只要5～30分钟，与以往的毛发水解需要12小时左右相比较，其水解时间大大缩短，反应条件温和，温度只需90～100℃，并且在常压下即可完成水解反应。与背景技术相比较，由于水解过程时间大大缩短，可以大大节约用于加热的电和煤以及生产周期。又由于水解过程不需要高温和高压，工业化生产时，只需普通的反应釜即可，因此生产设备要求较低，设备的成本可以大大降低。另外，本发明所述工艺，除清洗毛发排污水外，整个生产过程中无其它污水排出，还有利于环保的优点。本发明所述工艺毛发水解时间短，速度快，大大提高了生产速度和生产效率。
本发明毛发水解完全，5分钟左右毛发(羽毛不含羽轴)可以完全溶解，若含羽轴的毛发只需30分钟也可以完全溶解。
本发明与背景技术相比较有以下优点：
①在碱性(NaOH或KOH)或酸性(HCl或H2SO4)环境中将毛发进行络合、催化水解，络合催化使整个过程具有新颖性。
②在技术上攻克了毛发在化学工业上水解时间太长的技术难题，本发明可以迅速将毛发水解时间由十多个小时缩短到30分钟以内，甚至5分钟内。
③本发明生产的复合氨基酸可广泛用于肥料、饲料、饲料添加剂、医药、农药、食品加工和其它化学工业，具有广泛的实用性。
④由于可以在≤100℃、≤1atm的碱性或酸性环境中水解，可以用普通的反应釜(锅炉或锅)生产复合氨基酸，而不需要用价格极为昂贵的抗酸腐蚀的反应釜。
申请人以缩短毛发水解时间为根本，以节能提效降本为目的，以绿色环保为己任，经2年多的反复实验，终于探索出在碱性或酸性环境中将毛发络合-催化-水解的快速捷径。
本发明与背景技术比较如下：
将本发明的一条生产线与现有技术的一条生产线比较如下：
对比项目 原技术一条生产线 本发明的一条生 比照净差
产线
每锅毛发水解时间12小时 30分钟 节约时间11:30小时
每锅耗煤(以100公斤/1.2吨 0.05吨 节约1.15吨
小时计算)
48锅耗煤(以100公斤/57.6吨2.4吨节约煤55.2吨。
锅·小时计算)节约资金：2.76万元/
天、720.36万元/年
每天毛发水解锅数(以24 2锅(6T/锅)48锅(6T/锅)每天多产46锅。
小时，三班倒计算)每年多产1.2006万锅
48锅用工量(以每个锅2 144个人工 6个人工 节138个人工。
人，三班倒，24小时，计节约资金：13800元/天、
算)360.18万元/年。
48锅用电量(以每个锅115.2度电4.8度电节约110.4度电
24小时搅拌用电和24小节约资金：86.332元/
时照明用电的电功率天、2.2532万元/年
＝200W计算)
年产氨基酸锅数(按职522锅(6T/锅)12528锅(6T/锅)每年多产12006锅，多
月平均工作日21.75天×产氨基酸72036吨
12个月＝261日计算)
仅仅一个反应釜高温、高压、内搪瓷90-100℃、1atm、可以节约数十万元
普通锅质
本发明大大缩短了毛发的水解时间、降低了生产成本、提高了生产效益，每年可节约资金约1100多万元。
具体实施方式：
本发明所述试剂均采用市售的化学纯试剂。
一.碱水解
1.备用材料：毛发；络合剂CuSO4·5H2O或CuCl2；固态KOH或NaOH；催化剂ZnSO4或ZnCl2或ZnSO4和ZnCl2；10％的盐酸或30％的硫酸；水。
2.将毛发用洗衣粉去污，洗净，自然干燥，备用。
3.各原料的重量份和体积份为：
毛发固态碱络合剂催化剂水
100 12～50 3～57 4～28 400～500
5.将一定量的水煮沸(90℃～100℃)，加入络合剂，保持溶液温度为90℃～100℃，搅拌，使之完全溶解。
6.步骤5中加入一定量的固态碱，保持溶液温度为90℃～100℃，搅拌，使之完全溶解
7.步骤6中加入一定量的毛发，保持溶液温度为90℃～100℃，边搅拌边加入一定量的催化剂，约5～30分钟，毛发全部溶解，完成了毛发的络合、催化、水解过程。
8.步骤7所得溶液冷却后，边搅拌边加入一定量的酸，使之中和至微酸性(pH＝6～7)，得到复合氨基酸混合液。
二.酸水解
1.备用材料：毛发；络合剂CuSO4·5H2O或CuCl2；固态KOH或NaOH；催化剂ZnSO4或ZnCl2或ZnSO4和ZnCl；10％的盐酸或30％的硫酸；水。
2.将毛发用洗衣粉去污，洗净，自然干燥，备用。
3.各原料重量份和体积份为：
毛发10％盐酸或30％硫酸络合剂催化剂
100 500～1000 3～57 4～28
4.将一定量的10％盐酸溶液或30％硫酸溶液煮沸(90℃～100℃)后，加入络合剂加热搅拌，使之完全溶解。
5.步骤4中加入一定量的毛发，保持溶液温度为90℃～100℃，边搅拌边加入一定量的催化剂，约5～30分钟，毛发全部溶解，完成了毛发的络合、催化、水解过程。
6.步骤5所得溶液冷却后，边搅拌边加入一定量的碱，使之中和至微酸性(pH＝6～7)，得到复合氨基酸混合液。
实施例1——用头发生产复合氨基酸
1.备用材料：人头发、CuSO4·5H2O络合剂、固态烧碱(NaOH)、催化剂ZnCl2、10％盐酸、水。
2.将人发用洗衣粉去污，洗净，自然干燥，备用。
3.将1000克水煮沸(90℃～100℃)，常压下加入络合剂85克，搅拌，使之完全溶解。
4.步骤3中加入烧碱(NaOH)75克，保持溶液的温度为90℃～100℃，搅拌，使之完全溶解，pH＝10～11。
5.步骤4中加入人头发200克，保持溶液的温度为90℃～100℃，边搅拌边加入ZnCl2催化剂35克，约5～10分钟，毛发全部溶解，完成了头发的络合、催化、水解。
水解过程的化学反应式：
RCH(NH2)COOH+NaOH＝RCH(NH2)COONa+H2O
6.步骤5所述的溶液冷却后，边搅拌边加入10％的盐酸(或30％的硫酸)溶液约500毫升，使之中和至微酸性(pH＝6～7)，得到复合氨基酸的混合液。
RCH(NH2)COONa+HCl＝RCH(NH2)COOH↓+NaCl
实施例2——用猪毛生产复合氨基酸
1.备用材料：猪毛、络合剂CuCl2、固态碱KOH、催化剂ZnSO4、30％硫酸、水。
2.将猪毛用洗衣粉去污，洗净，自然干燥，备用。
3.将1000克水煮沸(90℃～100℃)，常压下加入络合剂CuCl221克，搅拌，使之完全溶解。
4.步骤3中加入KOH固态碱105克，保持溶液的温度为90℃～100℃，搅拌，使之完全溶解，pH＝10～11。
5.在“4”中加入猪毛200克，保持溶液的温度为90℃～100℃，搅拌下加入催化剂39克，约3～5分钟，毛发全部溶解，完成了猪毛的络合、催化、水解。
水解过程的反应式：
RCH(NH2)COOH+KOH＝RCH(NH2)COOK+H2O。
6.步骤5所得溶液冷却后，边搅拌边加入30％的硫酸溶液约200毫升，使之中和至微酸性(pH＝6～7)，得到复合氨基酸的混合液。
2RCH(NH2)COOK+H2SO4＝2RCH(NH2)COOH↓+K2SO4
实施例3——用鸡毛生产复合氨基酸
1.备用材料：鸡毛、烧碱溶液、络合剂CuSO4·5H2O、催化剂ZnCl2、30％硫酸、水。
2.将鸡毛用洗衣粉去污，洗净，自然干燥，备用。
3.将1000克水煮沸(90℃～100℃)，常压下加入络合剂CuSO4·5H2O 110克，搅拌，使之完全溶解。
4.步骤3所得溶液中加入30％硫酸257毫升(pH＝2-3)，煮沸。
5.步骤4所得溶液中加入鸡毛200克，保持溶液的温度为90℃～100℃，边搅拌边加入催化剂56克，约5～30分钟，鸡毛全部溶解，完成了鸡毛的络合、催化、水解。
水解过程：2RCH(NH2)COOH+H2SO4＝[RCH(NH3)COOH]2SO4。
6.步骤5所得溶液冷却后，边搅拌边加入烧碱溶液，使之中和至微酸性(pH＝6～7)，得到复合氨基酸的混合液。
[RCH(NH3)COOH]2SO4+2NaOH＝2RCH(NH2)COOH↓+Na2SO4
实施例4——用鸭毛生产复合氨基酸
1.备用材料：鸭毛、烧碱溶液、络合剂CuSO4·5H2O、催化剂ZnCl2、10％盐酸、水。
2.将鸭毛用洗衣粉去污，洗净，自然干燥，备用。
3.将1000克10％盐酸煮沸(90℃～100℃)，常压下加入络合剂CuSO4·5H2O114克，搅拌，使之完全溶解。
4.步骤3所得溶液中加入鸭毛100克，保持溶液的温度为90℃～100℃，边搅拌边加入催化剂56克，约5～30分钟，鸭毛全部溶解，完成了鸭毛的络合、催化、水解。
水解过程：RCH(NH2)COOH+HCl＝[RCH(NH3)COOH]Cl。
5.步骤4所得溶液冷却后，边搅拌边加入烧碱溶液，使之中和至微酸性(pH＝6～7)，得到复合氨基酸的混合液。
[RCH(NH3)COOH]Cl+NaOH＝RCH(NH2)COOH↓+NaCl
实施例5——用鹅毛生产复合氨基酸
1.备用材料：鹅毛、固态烧碱、络合剂CuCl2、催化剂ZnSO4、10％盐酸、水。
2.将鹅毛用洗衣粉去污，洗净，自然干燥，备用。
3.将1000克水煮沸(90℃～100℃)，，常压下加入络合剂CuCl262克，保持溶液的温度为90℃～100℃，搅拌，使之完全溶解。
4.步骤3所得溶液中加入固态烧碱100克，保持溶液的温度为90℃～100℃，边搅拌边加热煮沸。
5.步骤4所得溶液中加入鹅毛100克，保持溶液的温度为90℃～100℃，边搅拌边加入催化剂10克，约5-30分钟，鹅毛全部溶解，完成了鹅毛的络合、催化、水解。
水解过程：RCH(NH2)COOH+NaOH＝RCH(NH2)COONa+H2O。
6.步骤5所得溶液冷却后，边搅拌边加入10％盐酸，将溶液中和至微酸性(pH＝6～7)，得到复合氨基酸的混合液。
RCH(NH2)COONa+HCl＝RCH(NH2)COOH↓+NaCl
注：本发明实施例3、4、5中，绒羽、纤羽、羽片一般只需3～5分钟即可溶解完全，羽轴一般则需要5～30分钟方可溶解完全。
当锌盐催化剂采用ZnSO4和ZnCl2时，其ZnSO4与ZnCl2的重量比＝1∶1，使用时ZnSO4与ZnCl2的总重量等于单独使用ZnSO4或ZnCl2的重量。
本发明采用重量百分比浓度为1～50％稀盐酸或稀硫酸，都可以达到本发明所述效果。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明之精神和范围内，当可作些许之更动与改进，因此本发明之保护范围当视权利要求所界定者为准。
Claims (9)
1.一种毛发经络合催化水解成复合氨基酸的工艺，其特征在于有以下步骤：
1)毛发洗净、干燥后备用；
2)取水400～500体积份，常压下加热至温度为90～100℃，加入络合剂3～57重量份，搅拌至络合剂完全溶解，得到络合溶液；
3)步骤2)所得络合溶液中加入固态强碱12～50重量份，保持溶液的温度为90℃～100℃，搅拌，使固态强碱完全溶解；
4)步骤3)所得溶液中加入步骤1)所得毛发70～100重量份，保持溶液的温度为90℃～100℃，边搅拌边加入催化剂4～28重量份，继续搅拌5～30分钟，至毛发全部溶解，放置冷却至室温；
5)步骤4)所得溶液边搅拌用稀酸调整溶液的pH＝6～7，即得本发明所述的复合氨基酸的混合液。
2.一种毛发经络合催化水解成复合氨基酸的工艺，其特征在于有以下步骤：
1)毛发洗净、干燥后备用；
2)取稀酸溶液400～500份，常压下，加热至温度为90～100℃，加入络合剂3～57份，搅拌至络合剂完全溶解，得到络合溶液；
3)步骤2)所得溶液中加入步骤1)所得毛发70～100份，保持溶液的温度为90℃～100℃，边搅拌边加入催化剂4～28份，继续搅拌5～30分钟，至毛发全部溶解，放置冷却至室温；
4)步骤3)所得溶液边搅拌用碱调整溶液的pH＝6～7，即得本发明所述的复合氨基酸的混合液。
3.根据权利要求1或2所述的工艺，其特征在于：所述络合剂为铜盐络合剂。
4.根据权利要求3所述的工艺，其特征在于：所述铜盐络合剂为CuSO4·5H2O或CuCl2。
5.根据权利要求1或2所述的工艺，其特征在于：所述催化剂为锌盐催化剂。
6.根据权利要求5所述的工艺，其特征在于：所述锌盐催化剂为ZnSO4或ZnCl2或ZnSO4和ZnCl2。
7.根据权利要求1或2所述的工艺，其特征在于：所述强碱为KOH或NaOH。
8.根据权利要求1或2所述的工艺，其特征在于：所述酸为稀盐酸或稀硫酸。
9.根据权利要求8所述的工艺，其特征在于：所述稀盐酸或稀硫酸的重量百分比浓度为1～50％。
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