CN110041193B - 一种惰性气体保护下的正长链二元酸的精制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种惰性气体保护下正长链二元酸的精制方法。本发明是以生物法制备的长链二元酸粗品为原料，利用低浓度的乙酸为溶剂精制长链二元酸。具体是：先将长链二元酸粗品与低浓度的乙酸混合，搅拌升温脱色，不保温进行过滤，滤液缓慢降温，结晶，分离得到二元酸中间体，在惰性气体的保护下将中间体用高于相应一元酸的熔点温度的水重悬，保温、降温、分离、干燥得到长链二元酸精制品。本发明解决了现有溶剂精制方法的收率低，产品中溶剂残留高的缺陷。精制后得到的长链二元酸完全满足高分子材料合成的原料质量要求。

Description

一种惰性气体保护下的正长链二元酸的精制方法

技术领域

本发明涉及一种惰性气体保护下正长链二元酸的精制方法和产品，具体来说是指将长链二元酸粗品在低浓度的乙酸溶剂中重结晶，再用高于长链二元酸对应链长一元酸的熔点温度的去离子水重悬，获得高纯度、晶体状的长链二元酸产品的方法，属于生物化工技术领域。

背景技术

长链二元酸是指含有10个以上碳原子的直链二元羧酸，是一种具有重要用途的精细化工中间体，广泛应用于合成高级香料、高性能尼龙工程塑料、高级润滑油、高温电介质、高级油漆和涂料、高档热熔胶、耐寒性增塑剂、名贵中成药等产品。

目前生产长链二元酸的方法主要有化学合成法和微生物发酵法两种。国外主要以化学合成法为主，而国内几乎全部采用微生物发酵法。化学合成法的缺点是工艺复杂、合成条件苛刻、收率低、成本高、品种单一，只能合成十二个碳以下长链二元酸，限制了长链二元酸的商业应用。优点是纯度高，能达到聚合级产品质量要求。

十个碳以上的长链二元酸，在自然界中不存在。20世纪70年代，中国科学院微生物所开始了微生物氧化石油正烷烃生产长链二元酸的理论研究和开发应用研究。经过两代科学家方心芳院士和陈远童研究员的不懈努力，80 年代初期完成了十二碳二元酸和十三碳二元酸的中试和鉴定，1991年至今，先后承担了国家“八五”和“九五”科技攻关，并成功实现长链二元酸的工业化生产。多年来，中科院微生物所在长链二元酸的生物合成研究和产业化一直处于国际领先地位。

以生物发酵法生产长链二元酸，原料来源丰富，生产条件温和，生产成本低，质量好等优点，不但开辟了长链二元酸的新来源，而且解决了一些长链二元酸化学法难以合成的难题。

从发酵液中提取长链二元酸的工艺是将发酵液先加碱调PH至8.0以上，将二元酸转变成易溶于水的盐，经微滤膜过滤，然后吸附剂脱色，再用无机酸回调pH值至酸性使长链二元酸析出，过滤，干燥得到长链二元酸粗品。酸析时长链二元酸以絮状无定形沉淀析出，包埋了发酵液中色素、蛋白质及无机盐等杂质，导致生产的产品质量差，虽然用大量水洗涤能提高产品质量，但和聚合级质量标准比较仍有差距。其次，产品形态为粉末状，堆积密度小，在下游的应用中，易产生扬尘，装料系数低，不但影响作业环境，而且降低了设备的利用率。

现有技术中，长链二元酸的精制方法主要是以微生物发酵法生产的长链二元酸粗品为原料，采用有机溶剂法通过重结晶来进行提纯精制。采用的有机溶剂主要有低碳醇类、低碳酸类、酯类、醚类、酮类等，如甲醇、乙醇、乙酸、乙醚、乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙酮及其混合物等有机溶剂。

专利申请201010160266.4是以90％以上的乙酸为溶剂，按照一定比例将长链二元酸粗品溶解于热乙酸溶液中，经过活性炭脱色、冷却结晶、分离得到长链二元酸结晶中间体，干燥后得到长链二元酸精品。该方法的优点是精制后产品纯度达到98％以上，缺点一方面是产品中乙酸残留高，限制了该产品的应用范围；另一方面，由于室温时长链二元酸在高浓度的乙酸中仍有较高的溶解度，产品收率低。

专利申请01142806.6采用酸析的方法从发酵液中提取获得长链二元酸粗品，然后将粗品溶解于热有机溶剂乙醇中，再经过脱色、过滤、冷却结晶、分离、干燥等工序获得高纯度产品。该方法的优点是精制获得的产品纯度高，纯度可达到99.0％以上，缺点是收率低。

CN 102503800 A专利申请以甲醇或乙醇为溶剂，虽然采用稀释溶剂的方法可以提高精制的收率，但是，以醇类为溶剂精制长链二元酸工艺，在高温时存在二元酸与乙醇酯化的缺陷，在精制的过程中会产生新的产物，影响产品的纯度。

现有溶剂法精制长链二元酸主要存在如下不足：

1)、以低碳醇为溶剂精制长链二元酸，在高温下，醇会与长链二元酸发生酯化，影响产品的质量。

2)、以乙酸为溶剂精制长链二元酸，所采用的都是高浓度的乙酸，存在产品中乙酸残留高，长链二元酸精制收率低，回收高浓度的乙酸能耗高等诸多问题。

综上所述，以有机溶剂乙酸对长链二元酸进行重结晶，可以有效提高产品质量，但现有乙酸精制的方法，收率低，产品中溶剂残留高等缺点也很显著。改造现有乙酸重结晶的方法，降低产品中的溶剂残留，提高产品收率，对提高生产企业经济效益，提升国产长链二元酸产品在国际市场上的竞争力具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种碳长链二元酸的精制方法，解决现有技术中存在的不足，在提高长链二元酸产品质量的同时提高了产品的收率。

本发明所述的一种正长链二元酸的精制方法，以生物法制备的长链二元酸粗品为原料，以低浓度的乙酸为溶媒精制长链二元酸。具体是：先将长链二元酸粗品与低浓度的乙酸混合后进行升温脱色，脱色升温结束后不保温立即过滤，滤液经缓慢降温结晶、过滤得到长链二元酸，在惰性气体保护下，用高于相应一元酸熔点温度的水进行重悬，保温、降温至室温，分离、干燥得到长链二元酸精制产品。

本发明的研究发现，长链二元酸在乙酸中的溶解度除了和温度有关外，与乙酸浓度也相关，乙酸浓度越低，长链二元酸的溶解度越小。为提高精制长链二元酸的收率，本发明采取低浓度的乙酸精制的方法降低长链二元酸的溶解度。

本发明的研究发现，二元酸中间体用高于长链二元酸对应链长的一元酸熔点温度的去离子水重悬，可以有效降低了产品中的乙酸残留。

本发明的研究发现，脱色升温结束后立即过滤，与保温脱色一段时间后再过滤，得到的产品透光无变化。通过本发明，进一步提高了设备的生产效率。

根据本发明的实施方案，提供一种(在惰性气体保护下)正长链二元酸的精制方法，该方法包括以下步骤：

1)将长链二元酸粗品溶解于低浓度的乙酸溶液中，其中低浓度的乙酸溶液的浓度为65-90wt％，优选70-88wt％，长链二元酸粗品：100％乙酸溶液的质量比＝1：3.5～10。

2)加入吸附剂硅藻土或活性碳于混合溶液中，边搅拌边升温脱色，终点温度80-95℃。脱色过程无须保温，升温结束立即进行过滤得过滤清液；

3)滤液进入结晶釜，搅拌缓慢降温至室温；

4)用离心或过滤的方法得到二元酸中间体，将得到的中间体重悬于其 4～15倍体积的去离子水中，加热升温至二元酸对应链长一元酸的熔点温度以上，在系统内通入惰性气体保护，搅拌保温(例如20min～120min，优选 40min～100min，更优选60min～80min)；和

5)缓慢降温至室温，离心或过滤并用去离水淋洗，干燥得到长链二元酸产品。

优选，低浓度的乙酸溶液是质量浓度不大于90％的乙酸溶液，优选 65-90wt％，更优选70-88wt％，进一步优选低浓度的乙酸宜为75-85wt％浓度的乙酸溶液。

优选，吸附剂为活性炭或者硅藻土。吸附剂的添加量为长链二元酸粗品质量的0.5-2％。

优选，脱色吸附过程，温度升至终点后，立即进行过滤，无须进行保温。一般控制脱色升温的时间为20-150min，优选50-120min，更优选80-100min。

优选，乙酸结晶过程缓慢降温，温度降低的速度为每小时降1～15℃(优选每小时降低5～12℃，更优选7～10℃)，结晶终点温度为室温。

优选，长链二元酸和水的混合液加热的温度为长链二元酸对应链长一元酸的熔点温度以上，系统通入惰性气体，保温搅拌(20min～120min，优选 40min～100min，更优选60min～80min)。

优选，惰性气体为二氧化碳、氮气、氩气或氦气中的一种或多种。

优选，精制得到长链二元酸产品的干燥失重不大于1.0％。

更具体地说，按照本发明所提供的技术方案，一种(在惰性气体保护下) 正长链二元酸的精制方法，采用如下工艺步骤：

1)、将一定量的长链二元酸粗品、吸附剂和乙酸混合，然后在密闭溶解罐中边搅拌边加热到70-95℃，使长链二元酸完全溶解。

2)、乙酸的质量百分比浓度70-85％，长链二元酸粗品：乙酸质量比＝1： 4～10。

3)、脱色过程中升温到80-95℃，边升温边搅拌，控制脱色升温时间 20-150min，不保温，立即过滤。

4)、吸附剂硅燥土或活性炭的添加量为长链二元酸质量的0.5-2％。

5)、滤液进入结晶釜，搅拌缓慢降温结晶至室温，控制降温速度宜为3～ 15℃/小时。

6)、离心或过滤的方法得到长链二元酸中间体，将中间体重悬于其4～15 倍的去离子水中，加热升温至相应一元酸的熔点以上，系统通入惰性气体，保温搅拌20min～120min。降温至室温，分离、干燥得到长链二元酸产品。

本发明的优点

采用本发明的上述步骤的方法，与已有技术相比具有以下优点：

1)产品中乙酸残留更低，乙酸残留不大于50ppm。

2)精制收率高，相比已有技术精制收率提高3％以上。

3)脱色过程无须保温，大大提高了设备的利用效率。

4)降温速度的控制和惰性气体的保护都有利于提高产品质量。方法中的各种条件的优化，使得产品质量好，产品形态为结晶状颗粒，产品纯度99.0％以上。

具体实施方式：

根据以下实施例，可以更好地理解本发明。实例所描述的具体的物料配比、工艺条件以及结果仅用于说明本发明，但本发明不局限于本文中列出的实施例。

在本文的实例中，采用如下检测方法：

1，二元酸的含量气相色谱检测：

按2005版《中华人民共和国药典》V E气相色谱法，以癸二酸为内标，已知含量的长链二元酸为对照，采用内标法测定产品中的长链二元酸含量。

2，透光率检测

取10g长链二元酸样品，加入二甲基亚砜中配成10％的溶液，以二甲基亚砜为空白，于分光光度计上读取440nm和550nm处的透光率。

3，乙酸残留量检测

取被测样品，待检测长链二元酸样品配制成溶液，用气相色谱-质谱联用仪分别对被测样品，待测长链二元酸样品分别进行分析，经计算得到相应的含量。

4，干燥失重检测

按2005版《中华人民共和国药典》附录VIII L规定，称取一定量的待测长链二元酸样品，平铺在扁形称量瓶中，放入90℃的并往底层放置少量的五氧化二磷的减压烘箱中，恒温减压干燥2小时，称量计算得到。

对照例：一种精制十二碳二元酸的方法

按照申请专利201010160266.4，以98％的乙酸为溶剂，按照一定比例将十二碳二元酸粗品(干燥失重<0.5％)溶解于热醋酸溶液中，经过活性炭脱色、冷却结晶、分离得到长链二元酸结晶中间体，再将中间体投入热水中保温一段时间后冷却、分离、干燥后得到长链二元酸产品。

实例1本发明的一种十二碳二酸的精制方法

取500kg十二碳二元酸粗品(干燥失重<0.5％)、0.8％活性炭加入2000kg浓度82％的乙酸溶液中，搅拌升温至84℃，脱色升温时间60min。过滤得到的十二碳二元酸溶液进入结晶釜，搅拌控制降温速度每小时降3-15℃，缓慢降温至 22℃。过滤得到的十二碳二元酸，加水3000kg重悬，系统在氮气惰性气体保护下，加热升温至120℃，保温50min，缓慢降温(每小时降8℃)至室温，分离、干燥得到十二碳二元酸产品(干燥失重不大于1％)。

实例2本发明的一种十二碳二酸的精制方法

取500kg十二碳二元酸粗品(干燥失重<0.5％)、0.6％活性炭加入2000kg浓度为83％的乙酸溶液中，搅拌升温至85℃，升温脱色时间70min。过滤得到的二元酸溶液进入结晶釜，搅拌控制降温速度每小时降3-15℃，在结晶釜内缓慢降温结晶至21℃。过滤得到的十二碳二元酸，加去离子水3000kg重悬，系统在氮气惰性气体保护下，加热升温至135℃，保温60min，缓慢降温(每小时降8℃)至室温，分离、干燥得到十二碳二元酸产品(干燥失重不大于1％)。

实例3本发明的一种十三碳二酸的精制方法

取500kg十三碳二元酸粗品(干燥失重<0.5％)、0.7％活性炭加入2500kg浓度80％的乙酸溶液中，搅拌升温至82℃，升温脱色时间70min。过滤得到的二元酸溶液进入结晶釜，搅拌控制降温速度每小时降3-15℃，在结晶釜内缓慢降温结晶至22℃。过滤得到的十三碳二元酸，加去离子水3000kg重悬，系统在氮气惰性气体保护下，加热升温至120℃，保温70min，降温(每小时降8℃) 至室温，分离、干燥得到十三碳二元酸产品(干燥失重不大于1％)。

实例4本发明的一种十四碳二酸的精制方法

取500kg十四碳二元酸粗品(干燥失重<0.5％)、0.6％活性炭加入2500kg浓度78％的乙酸溶液中，搅拌升温至85℃，脱色升温时间80min。过滤得到的二元酸溶液进入结晶釜，搅拌控制降温速度每小时降3-15℃，在结晶釜内缓慢降温结晶至22℃。过滤得到的十四碳二元酸，加去离子水3000kg重悬，系统在氮气惰性气体保护下，加热升温至130℃，保温55min，降温(每小时降8℃) 至室温，分离、干燥得到十四碳二元酸产品(干燥失重不大于1％)。

表1长链二元酸的精制收率及质量检测结果

通过上表可知，通过本发明的实例与对照例的比较发现，本发明得到的长链二元酸乙酸溶剂残留仅为对比例的6.0％，精制收率较对照例提高3.0％以上。因此，本发明方法可以有效地降低长链二元酸产品中的溶剂残留含量，大大提高长链二元酸精制的收率，得到高品质长链二元酸产品。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种惰性气体保护下正长链二元酸的精制方法，其特征在于：

1)将长链二元酸粗品溶解于低浓度的乙酸溶液中，其中低浓度的乙酸溶液的浓度为70-88wt％，并且长链二元酸粗品：乙酸溶液的质量比＝l:4～10；

2)加入吸附剂硅藻土或活性碳于混合溶液中，边搅拌边升温脱色，终点温度80-95℃，控制脱色升温的时间为20-150min；脱色过程无须保温，升温结束立即进行过滤得过滤清液；

3)滤液进入结晶釜，搅拌缓慢降温至室温，温度降低的速度为每小时降1～15℃；4)用离心或过滤的方法得到二元酸中间体，将得到的中间体重悬于其4～15倍体积的去离子水中，加热升温至二元酸所对应链长一元酸的熔点温度以上，系统通入惰性气体保护，搅拌保温20min～120min；和

5)缓慢降温至室温，离心或过滤并用去离水淋洗，干燥得到长链二元酸产品。

2.根据权利要求1所述的方法，其中低浓度的乙酸溶液是质量浓度75-85wt％的乙酸溶收。

3.根据权利要求1所述的方法，其中吸附剂为活性炭或者硅藻土，吸附剂的添加量为长链二元酸粗品质量的0.5-2％。

4.根据权利要求1所述的方法，其中惰性气体为二氧化碳、氮气、氩气或氦气中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的方法，其中精制得到长链二元酸产品的干燥失重不大于0.5％。