使用阴离子交换层析法提纯有机酸制造技术

本发明专利技术公开了一种具有成本－效益的方法，用于提纯和酸化羧酸，包括有机酸和氨基酸。所述方法涉及使羧酸的阴离子形式结合于阴离子交换柱并洗涤该柱来除去杂质。通过用强的无机阴离子溶液洗涤树脂，使羧酸阴离子被置换为羧酸。这种方法能有效地从各种工业来源包括发酵肉汤、水解液和废液中取得有机羧酸和氨基酸。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
工业发酵肉汤、水解产物和废弃液是羧酸包括有机酸如琥珀酸和氨基酸的大量来源。这些羧酸可用于许多重要的商业应用。例如，琥珀酸是一种四碳二羧酸，很可能成为重要的化学日用品。琥珀酸在合成许多重要的中间体时可作为中间体，并可用作消费品工业的特殊化学品。作为日用化学品，琥珀酸可代替许多苯类日用品和石油化学中间制品，可导致大幅度减少生产和消耗250多种苯衍生化学品时造成的污染。琥珀酸可用作食品添加剂、植物生长刺激剂、作为药品生产的中间体、以及生产清漆、染料和香料的聚合物和树脂。目前，石油化学中通过处理丁烷经马来酸酐制备琥珀酸。几乎美国消耗的所有琥珀酸都从海外进口。目前，世界琥珀酸市场为100百万磅／年。湿磨法乙醇生产中，在玉米发酵期间联产少量的琥珀酸。也可以从各种农业和林业原材料如淀粉作物和纤维素糖制得。对提纯这一重要化合物的成本-效益方法的发展，仅对玉米而言可提供100百万蒲式耳以上增加了附加值的日用品销路。有许多方法可用于从发酵肉汤获得高纯度羧酸。然而，这些方法涉及很多操作，加工成本高，妨碍了其商品化。从其它化合物如糖中分离羧酸的一种方法是通过阴离子交换层析。未质子化时，羧基具有负电荷，从而使其离子与离子交换树脂上的正电荷部分结合，并用水洗涤树脂除去其它物质。通常，用碱溶液如氢氧化钠液洗涤柱，可从阴离子交换树脂上释放出需要的阴离子。然而，这种方法会使需要的分子以其盐的形式释放，而不是酸的形式释放。所以，如果要求酸形式的分子，所用方法必须包括酸化步骤和另外的提纯步骤，这些步骤会明显增加提纯酸的成本。使用工业发酵物、水解物和废弃液作为羧酸来源的商业生存力取决于从这些来源回收提纯的羧酸的成本-效益方法。本领域需要提纯羧酸的有效的成本-效益的方法。专利技术概述本专利技术是一种从含羧酸的溶液中提纯羧酸的方法，所述方法包括下列步骤(a)将此溶液加到阴离子交换树脂上；(b)在可除去中性分子、阳离子、大分子量化合物和细胞碎片的条件下洗涤树脂，使羧酸根阴离子保留在树脂上；(c)用一定量能有效置换几乎所有羧酸的更强的阴离子(溶液)洗涤，从树脂上置换出羧酸；和(d)收集洗脱液中的羧酸。在一个较好的实施方案中，本专利技术的方法包括在羧酸置换步骤之后，用强碱处理树脂来再生树脂的步骤，强碱用量应足以使结合在树脂上的无机阴离子与氢氧离子进行大量交换。根据采用本专利技术方法回收的羧酸的特定性质，可以采用任何合适的方法，包括但不限于结晶或蒸发蒸馏，进一步提纯或浓缩这些化合物。在另一个实施方案中，本专利技术的方法是用于从相应羧酸生产纯化酯的方法，系采用包含有合适强酸的醇从阴离子交换树脂上洗脱羧酸根阴离子来制得酯。本专利技术的一个目的是提供从溶液中回收和提纯羧酸的具有成本-效益的方法。本专利技术方法的一个优点是通用性，可用于诸多不同的羧酸，包括氨基酸。由下面的说明书部分能更好地理解本专利技术的其它目的、特征和优点。附图简述附图说明图1是用阴离子交换层析提纯羧酸所涉及步骤的示意图。本专利技术的详细描述本专利技术是一种从含羧酸的溶液中提纯羧酸的方法，所述方法包括下列步骤(a)将此溶液加到阴离子交换树脂上；(b)在可除去溶液中除羧酸根阴离子以外的其它物质的条件下洗涤树脂，(c)用一定量能有效置换羧酸的更强的阴离子(溶液)洗涤树脂，从树脂上置换出羧酸；和(d)收集洗脱液中的羧酸。本专利技术的方法基于膨胀床离子交换技术，代表了对标准方法的改进，所述方法由于采用的主要单元操作较少，能在显著节约成本下，从发酵肉汤回收纯的琥珀酸结晶。在一个较好的实施方案中，建议的操作法使阴离子交换树脂可以再循环使用。首先，通过在羧酸分子与树脂上的交换位点之间形成离子键，将羧酸根阴离子吸附到强阴离子交换树脂上。此阶段，大多数中性或阳离子物质、或大分子或细胞碎片通过树脂。随后，用液体如水洗涤树脂，除去被离子交换树脂捕获的未结合污染物。洗涤步骤后，以更强的无机离子交换吸附的羧酸离子，从树脂上置换下羧酸，从而释放羧酸。通过再生树脂的阴离子交换位点，准备好阴离子交换树脂，用于羧酸阴离子吸附的下一次(使用)。这可通过用强碱如氢氧化钠处理树脂来完成，使无机阴离子交换成氢氧离子。最终结果是酸化的、纯化羧酸产品。阴离子交换树脂以盐或碱形式存在。为了从有机盐混合物中吸附有机阴离子，在用氢氧化钠再生时，该树脂必须由盐形式转换为碱形式。纯化过程的步骤如下1)树脂交换位点的再生(RZ=树脂)2)羧酸根阴离子吸附至树脂(RC=羧酸离子；X-=无机)3)置换和释放为羧酸的羧酸离子(HRI=无机酸；HRC=羧酸)4)释放无机阴离子和再生树脂下面的实施例中，发现Rohm and Haas Amberlite IRA 900，400，458或440阴离子交换树脂或Dow Chemical阴离子交换树脂对采用本专利技术方法提纯羧酸有效。本领域技术人员将能理解，任何强碱性阴离子交换树脂都可用于本专利技术的方法。选择强碱性阴离子交换树脂是因为这种类型的树脂能优先吸附阴离子(如琥珀酸根或乙酸根)，同时使大部分糖通过。选择时考虑的树脂性能包括树脂对目标有机酸离子或氨基酸离子与其它杂质的相对亲和力，吸附羧酸离子的能力，置换时的释放能力。下面的实施例中，在洗涤步骤中使用水从树脂上除去未结合的物质。然而证明适合于洗涤件的任何液体都可用于该洗涤步骤合适的洗涤条件为能除去中性或阳离子分子、大分子、细胞碎片和细胞，同时使大部分结合的羧酸根阴离子保留在树脂上。其它合适的洗涤液例子包括一些缓冲溶液和溶剂。用作本专利技术洗涤液的溶液应具备类似于水的特性，应能除去几乎所有不需要的物质，同时使大部分阴离子保持与树脂结合。任选地，当稀释的发酵肉汤用作羧酸来源时，流穿通过树脂的任何细胞或培养液可以返回发酵罐或废物处理罐中。使用强无机酸进行释放步骤，酸的浓度应使其加到树脂上的当量数等于或更好是大于结合于树脂上的羧酸根阴离子的当量数。为了说明，在实施例中，用2M的H2SO4(4当量／升)可洗脱2．55当量结合于阴离子交换树脂上的琥珀酸根。其它实施例中，用HCl释放作为羧酸的羧酸阴离子。预期其它强酸也可用于释放作为羧酸的羧酸阴离子，包括但不限于硝酸、磷酸和某些极性胺。从树脂除去羧酸后。产品物流可进一步提纯。下面的实施例中，采用蒸发结晶，制得纯的琥珀酸结晶。然而，用于纯化羧酸的任何合适的提纯法均可用于本专利技术。例如，可采用蒸馏、萃取、电解和其它纯化方法，以获得纯化的有机酸或氨基酸。除了纯化羧酸外，本专利技术的方法可用于生产纯的相应的酯。通过适当选择离子交换树脂，可以先吸附有机阴离子，然后用醇类洗脱，可制得纯的相应酯。选择树脂时考虑的因素包括其在所用溶剂中的稳定性，升高温度时的稳定性、以及用所选溶剂处理时释放阴离子的能力。选出的离子交换树脂和无机酸也可用作酯化催化剂。下面的实施例证明采用本专利技术的方法可以提纯琥珀酸和乙酸。本领域的技术人员可以理解，采用这种方法可以提纯任何羧酸，包括有机酸和氨基酸。下面的实施例中，证明这种方法能有效地从发酵肉汤、生物量(biomass)水解液和稀释的废液中提纯羧酸。下面的非限制性实施例目的是仅用于说明。实施例从发酵肉汤中取得琥珀酸盐离子交换前发酵肉汤中琥珀酸总量=4千克离子交换前琥珀酸肉汤的体积=4升由HPLC测定的琥珀酸根浓度 =58．14克／升由HPLC测定的乳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从含羧酸的溶液中回收羧酸的方法，该方法包括下列步骤：（ａ）使含羧酸溶液与阴离子交换树脂接触；（ｂ）在合适的条件下洗涤树脂，除去羧酸根阴离子以外的物质；（ｃ）用无机阴离子、或比羧酸根阴离子更强的阴离子的酸形式，以能有效置换羧酸 根阴离子为相应羧酸的量，洗涤树脂，从树脂上置换下羧酸根阴离子成为羧酸；和（ｄ）收集含羧酸的组分。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：E庞南帕拉马，
申请(专利权)人：密执安生物技术所，
类型：发明
国别省市：US[美国]