CN110776416A - 一种葡庚糖酸铁的制备方法 - Google Patents

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    • C07C51/41—Preparation of salts of carboxylic acids
    • C07C51/412—Preparation of salts of carboxylic acids by conversion of the acids, their salts, esters or anhydrides with the same carboxylic acid part

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Abstract

本发明提供了一种葡庚糖酸铁的制备方法，包括如下步骤：(1)制备葡萄糖酸水溶液；(2)制备氢氧化铁；(3)将一定配比的所述葡萄糖酸水溶液与所述氢氧化铁置于反应器中反应，待反应液由浑浊变清，反应结束；(4)将步骤(3)的反应液经过蒸发浓缩、结晶、过滤、干燥，得到固体葡庚糖酸铁。本发明提供的庚糖酸铁的制备方法步骤简单、产品收率高，且制取的葡庚糖酸铁纯度高、水溶性好、易被作物吸收，不会产生硫酸钠或氯化钠等副产物。

Description

一种葡庚糖酸铁的制备方法
技术领域
本发明涉及一种螯合微量元素肥料，特别是涉及一种葡庚糖酸铁的制备方法。
背景技术
铁是植物不可或缺的微量营养元素，尽管土壤中铁元素含量丰富，但其绝大多数以不水溶的氧化亚铁、氧化铁或氧化亚铁和氧化铁共生物存在，因而不能被植物吸收。目前，常用的矫正植物缺铁的有效途径是在施肥过程中添加乙二胺四乙酸铁钠(EDTA-Fe)、乙二胺二邻羟基大乙酸铁钠(EDDHA-Fe)等物质。但是，虽然EDTA-Fe的有效性很好，但不适合片碱性土壤中使用。而EDDHA-Fe可以在碱性土壤中使用，但生产的EDDHA-Fe产品中或多或少均存在有硫酸钠杂质，直接导致植物重要营养元素钙镁失效。
葡庚糖酸铁是一个螯合能力很强的多价有机螯合剂，其螯合物稳定常数高于目前许多螯合剂的稳定常数，并且无论在碱性或在酸性水中，葡庚糖酸铁具有优异的稳定性，偏酸偏碱土壤中都适合作为营养物质使用。除了有效地给作物提供铁元素之外，还因为其配位体葡庚糖酸是一种有机酸，其结构中含有羧基和多个羟基，并且还能形成内酯型糖酸，是一种高效的小分子有机碳肥，因此葡庚糖酸铁有望取代EDTA-Fe和EDDHA-Fe，用于微量元素肥料配方中。但是，现有的葡庚糖酸铁的制备方法是通过硫酸亚铁或氯化铁与葡庚糖酸进行螯合反应制得葡庚糖酸铁，采用这种方法制备的葡庚糖酸铁附带的硫酸钠或氯化钠等副产物难以与葡庚糖酸铁分离，无法直接得到高纯度的葡庚糖酸铁，因此不能直接用于微量元素肥料配方中。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种葡庚糖酸铁的制备方法，步骤简单、产品收率高，且制取的葡庚糖酸铁纯度高、水溶性好、易被作物吸收，不会产生硫酸钠或氯化钠等副产物。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种葡庚糖酸铁的制备方法，包括如下步骤：
(1)制备葡萄糖酸水溶液；
(2)制备氢氧化铁；
(3)将一定配比的所述葡萄糖酸水溶液与所述氢氧化铁置于反应器中反应，待反应液由浑浊变清，反应结束；
(4)将步骤(3)的反应液经过蒸发浓缩、结晶、过滤、干燥，得到固体葡庚糖酸铁。
优选地，所述葡萄糖酸水溶液的溶质质量分数为10％-35％。
优选地，采用如下方法制备葡萄糖酸水溶液：将固体葡庚糖酸钠配制成质量百分比为10％-30％的水溶液，再通过已被活化的强酸阳离子交换树脂进行离子交换。其反应方程式如下：
C7H13NaO8+H+→C7H14O8+Na+
优选地，所述氢氧化铁的制备方法如下：将硫酸亚铁与氨水反应，生成沉淀后，静置分层，将反应液过滤，滤饼用去离子水洗涤2-3次，鼓入空气将所属滤饼完全氧化为红棕色粉末，即为氢氧化铁粉末。
优选地，步骤(3)具体为：取预定量的质量百分比为10％-30％的葡庚糖酸水溶液加入反应容器中，边搅拌边加入步骤(2)制备的氢氧化铁，搅拌至反应液由浑浊变清。其反应方程式如下：
2C7H14O8+Fe(OH)3→C14H26FeO16+H2O
优选地，所述葡萄糖酸水溶液与氢氧化铁的质量比范围为(14～43):1。
优选地，所述氢氧化铁的质量为7.1g-21.3g。
优选地，所述葡萄糖酸水溶液与所述氢氧化铁的反应温度为25℃-100℃。
与现有技术相比，本发明技术方案的葡庚糖酸铁的制备方法具有如下有益效果：
(1)使用硫酸亚铁作为氢氧化铁的制备原料，一方面生成的氢氧化亚铁沉淀颗粒大，易过滤、除杂，避免出现使用三价铁直接生成氢氧化铁胶体难以分离除杂质的状况；另一方面生成的氢氧化亚铁可在空气中被快速氧化成氢氧化铁，制备工艺简单环保。
(2)铁源来源于氢氧化铁，相比使用硫酸铁、氯化铁等铁源，所得产品不含其它无机盐副产物，产品纯度高，降低后续分离成本。
(3)生成的氢氧化亚铁直接通过空气处理形成氢氧化铁，因此其反应活性高，缩短了后续螯合反应的时间且产品收率高，大幅度提高了生产效率。
(4)制备的葡庚糖酸铁性能稳定、水溶性好、纯度高，无硫酸钠或氯化钠等副产物的产生，在保证了营养元素钙、镁不会失效的前提下，能够满足作物对铁元素的高效吸收，有效地避免了作物因缺乏铁元素而引起的病害。
具体实施方式
下面结合实例对本发明做进一步的说明，但不应理解为是对本发明的限制。
实施例1
(1)葡萄糖酸水溶液的制备：
将固体葡庚糖酸钠(例如，武汉远城科技发展有限公司工业级)配制成质量百分比为98％的水溶液，再通过已被活化的大孔径强酸阳离子交换树脂(例如，上海劲凯树脂有限公司D301)进行离子交换，经过充分离子交换后，便得到质量百分比约为30％的葡庚糖酸水溶液。
(2)氢氧化铁的制备：
将320g 10％的硫酸亚铁水溶液与100g浓氨水反应，生成沉淀后，静置分层，将反应液过滤，滤饼用去离子水洗涤2-3次，鼓入空气将所属滤饼完全氧化为红棕色粉末，即为氢氧化铁粉末。
(3)葡庚糖酸铁的制备
取质量百分比为30％的葡庚糖酸水溶液300克加入到装有温度计、回流管和搅拌器的玻璃三颈瓶内，边搅拌边加入上述制备好的新鲜固体氢氧化铁21.3g，加热升温至40℃，搅拌40分钟后，反应液由浑浊变清，反应结束。再经过蒸发浓缩、结晶、过滤、干燥，得到固体葡庚糖酸铁。该产品收率为95％，产品纯度为99％(不计水分)。
实施例2
(1)葡萄糖酸水溶液的制备：
将固体葡庚糖酸钠(例如，武汉远城科技发展有限公司工业级)配制成质量百分比为98％的水溶液，再通过已被活化的大孔径强酸阳离子交换树脂(例如，上海劲凯树脂有限公司D301)进行离子交换，经过充分离子交换后，便得到质量百分比约为30％的葡庚糖酸水溶液。
(2)氢氧化铁的制备：
将320g 10％硫酸亚铁水溶液与100g浓氨水反应，生成沉淀后，静置分层，将反应液过滤，滤饼用去离子水洗涤2-3次，鼓入空气将所属滤饼完全氧化为红棕色粉末，即为氢氧化铁粉末。
(3)葡庚糖酸铁的制备
取质量百分比为30％的葡庚糖酸水溶液300克加入到装有温度计、回流管和搅拌器的玻璃三颈瓶内，边搅拌边加入上述制备好的新鲜固体氢氧化铁21.3g，加热升温至80℃，搅拌10分钟后，反应液由浑浊变清，反应结束。再经过蒸发浓缩、结晶、过滤、干燥，得到固体葡庚糖酸铁。该产品收率为95％，产品纯度为99％(不计水分)。
实施例3
(1)葡萄糖酸水溶液的制备：
将固体葡庚糖酸钠(例如，武汉远城科技发展有限公司工业级)配制成质量百分比为98％的水溶液，再通过已被活化的大孔径强酸阳离子交换树脂(例如，上海劲凯树脂有限公司D301)进行离子交换，经过充分离子交换后，便得到质量百分比约为30％的葡庚糖酸水溶液。
(2)氢氧化铁的制备：
将320g 10％的硫酸亚铁水溶液与100g浓氨水反应，生成沉淀后，静置分层，将反应液过滤，滤饼用去离子水洗涤2-3次，鼓入空气将所属滤饼完全氧化为红棕色粉末，即为氢氧化铁粉末。
(3)葡庚糖酸铁的制备
取质量百分比为30％的葡庚糖酸水溶液372克加入到装有温度计、回流管和搅拌器的玻璃三颈瓶内，边搅拌边加入上述制备好的新鲜固体氢氧化铁21.3g，加热升温至100℃，搅拌10分钟后，反应液由浑浊变清，反应结束。再经过蒸发浓缩、结晶、过滤、干燥，得到固体葡庚糖酸铁。该产品收率为95％，产品纯度为99％。
实施例1-3制备葡庚糖酸铁时，络合反应温度、络合反应时间及制备的螯合物葡庚糖酸铁的稳定常数如表1所示。
表1 络合反应及产物的参数
Figure BDA0002265189730000041
其中，螯合物稳定常数的计算方法如下：
Figure BDA0002265189730000042
K＝[C14H26FeO16]/[Fe3+][C7H14O8]2
由表1可知，葡庚糖酸铁的稳定常数(平衡常数)与反应温度明显相关，反应温度越高，完成反应所需时间越短，同时稳定常数(平衡常数)越大。当反应温度超过当反应温度在80℃后，反应时间和稳定常数的变化不再明显。
实施例4
实施例1-3产物的定性分析
(1)仪器：IPC光谱仪(Optima8000)、分析天平、容量瓶。
(2)分析试剂：Fe3+1000ppm标准液。
(3)分析步骤：
a.配制浓度分别为0、1.0、2.0、3.0、4.0ppm的Fe3+标准溶液；
b.分别将实施例1-3的产品配制成浓度为2.0-3.0ppm的被检样品溶液；
c.建立Fe3+标准曲线，标准曲线斜率：198423.164；截距：7093.31726；相关系数：0.999665。
d.样品检测：Fe元素的占比约为11％。
(4)结果分析：理论上，葡庚糖酸铁的分子式是：C14H26FeO16，分子量为506，铁元素占比为11％，分析结果与理论值基本相符，可以确认此方法的制备产物确实是葡庚糖酸铁。
以上详细描述了本发明的具体实施例，应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种葡庚糖酸铁的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)制备葡萄糖酸水溶液；
(2)制备氢氧化铁；
(3)将一定配比的所述葡萄糖酸水溶液与所述氢氧化铁置于反应器中反应，待反应液由浑浊变清，反应结束；
(4)将步骤(3)的反应液经过蒸发浓缩、结晶、过滤、干燥，得到固体葡庚糖酸铁。
2.如权利要求1所述的葡庚糖酸铁的制备方法，其特征在于，所述葡萄糖酸水溶液的溶质质量分数为10％-35％。
3.如权利要求1或2所述的葡庚糖酸铁的制备方法，其特征在于，采用如下方法制备葡萄糖酸水溶液：将固体葡庚糖酸钠配制成质量百分比为10％-30％的水溶液，再通过已被活化的强酸阳离子交换树脂进行离子交换。
4.如权利要求1所述的葡庚糖酸铁的制备方法，其特征在于，所述氢氧化铁的制备方法如下：将硫酸亚铁与氨水反应，生成沉淀后，静置分层，将反应液过滤，滤饼用去离子水洗涤2-3次，鼓入空气将所属滤饼完全氧化为红棕色粉末，即为氢氧化铁粉末。
5.如权利要求1所述的葡庚糖酸铁的制备方法，其特征在于，步骤(3)具体为：取预定量的质量百分比为10％-30％的葡庚糖酸水溶液加入反应容器中，边搅拌边加入步骤(2)制备的氢氧化铁，搅拌至反应液由浑浊变清。
6.如权利要求1或5所述的葡庚糖酸铁的制备方法，其特征在于，所述葡萄糖酸水溶液与氢氧化铁的质量比范围为(14～43):1。
7.如权利要求6所述的葡庚糖酸铁的制备方法，其特征在于，所述氢氧化铁的质量为7.1g-21.3g。
8.如权利要求1或5所述的葡庚糖酸铁的制备方法，其特征在于，所述葡萄糖酸水溶液与所述氢氧化铁的反应温度为25℃-100℃。
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