一种2,5呋喃二甲酸的结晶提纯方法技术

本申请涉及化工技术领域，具体涉及一种2,5呋喃二甲酸的结晶提纯方法，步骤包括：将乙二醇醚与水以一定比例混合，配制成第一溶液；将所述第一溶液加热至恒定温度T1，加入2,5

【技术实现步骤摘要】
一种2,5呋喃二甲酸的结晶提纯方法


[0001]本申请涉及化工
，具体涉及一种2,5呋喃二甲酸的结晶提纯方法。

技术介绍

[0002]近年来，2,5
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呋喃二甲酸(2,5
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Furandicarboxylic acid，又称FDCA)被认为是一种极具应用前景的生物基平台化合物，被美国能源部誉为十二种最具潜力的生物基平台化合物之一。由FDCA可合成超百种的衍生化学品，特别是FDCA可以替代对苯二甲酸作为合成聚酯、聚氨酯和聚酰胺等聚合材料的单体。这些聚合材料广泛应用于包装瓶材料、薄膜、尼龙、纤维、医药、涂料等领域。
[0003]目前，FDCA可由5
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羟甲基糠醛、二甘醇酸、己糖二酸、糠酸等不同原料制备，但在FDCA聚合过程中容易产生深色甚至黑色的聚酯等材料，严重影响聚合材料后续的应用。FDCA在聚合过程中产生有色物质的原因非常复杂，最主要的原因是FDCA中存在微量的可能引发生色的杂质。由于FDCA具有非常高的沸点(超过400℃)，且常温下在水等常规溶剂中非常低(1％以下)，导致很难通过结晶或精馏等常规技术手段对FDCA进行分离提纯得到聚合纯度单体产品，这已经成为限制FDCA进一步应用的主要技术瓶颈之一。
[0004]在以下文献中，还能发现更多信息：专利号为CN 109721578 A的专利文件公开了一种以结晶法纯化2,5
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呋喃二甲酸的方法，采用二甲亚砜和N,N
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二甲基乙酰胺等为溶剂，这些溶剂对FDCA溶解度很高。而结晶提纯需要溶剂对产品具有合适的溶解度，溶解度过高会导致结晶回收率偏低。专利号为CN113121480A的专利文件公开了一种分步熔融结晶工艺精制的2,5
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呋喃二甲酸的方法，熔融反应条件需达到320
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350℃，这种方案存在能耗大、工序复杂、设备要求高等问题。

技术实现思路

[0005]因此，为了解决现有的溶剂对2,5呋喃二甲酸的提纯效率低、杂质含量高的问题，本申请提供了一种2,5呋喃二甲酸的结晶提纯方法，步骤包括：
[0006]将乙二醇醚与水以一定比例混合，配制成第一溶液；
[0007]将所述第一溶液加热至恒定温度T1，加入2,5
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呋喃二甲酸粗产品并溶解，得到第二溶液；
[0008]将所述第二溶液以一定降温速率降温至温度T2，保持一定时间，析出2,5
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呋喃二甲酸晶体。
[0009]本专利技术所涉及的设备、试剂、工艺、参数等，除有特别说明外，均为常规设备、试剂、工艺、参数等，不再作实施例说明。
[0010]若溶剂的溶解度过低，能溶解的FDCA量比较小，结晶提纯效率低；若溶剂的溶解度过高，降温步骤后仍有大量FDCA溶解在溶剂中，则导致结晶回收率偏低。而乙二醇醚和水按一定比例混合得到第一溶液具有适中的溶解度。且相比单纯采用乙二醇醚作为溶剂具有更好的溶解效果。
[0011]FDCA粗产品中的杂质主要是5
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羟甲基糠酸(HMFCA)、5
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甲酰基糠酸(FFCA)及色素。由于杂质在水与乙二醇醚类混合溶剂中的溶解度远高于FDCA的溶解度，结合特定的降温速率，可同时进行除杂，能够得到纯度较高的FDCA晶体，避免大量析晶时夹带杂质的情况发生，可以实现在温和条件下FDCA的高效结晶提纯。
[0012]在一些实施例中，所述乙二醇醚包括乙二醇二甲醚、乙二醇单丁醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单叔丁醚、乙二醇单甲醚、二乙二醇二甲醚的一种。
[0013]在一些实施例中，所述乙二醇醚为乙二醇二甲醚，所述乙二醇二甲醚的质量浓度为35.21
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100.00％。
[0014]乙二醇二甲醚和水按照一定比例混合后得到的第二溶液对FDCA具有良好的溶解度。如表2所示，表2为FDCA、HMFCA和FFCA在水/乙二醇二甲醚体系(水摩尔比0.5，质量比16.67％)的溶解度。
[0015]表1FDCA、HMFCA和FFCA在水/乙二醇二甲醚体系(水摩尔比0.5，质量比16.67％)的溶解度
[0016][0017]在一些实施例中，所述乙二醇醚为二乙二醇二甲醚，所述二乙二醇二甲醚的质量浓度为45.28
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100.00％。
[0018]二乙二醇二甲醚和水按照一定比例混合后得到的第二溶液对FDCA具有良好的溶解度。如表2所示，表2为FDCA、HMFCA和FFCA在水/二乙二醇二甲醚体系(水摩尔比0.6，质量比16.77％)的溶解度。
[0019]表2FDCA、HMFCA和FFCA在水/二乙二醇二甲醚体系(水摩尔比0.6，质量比16.77％)的溶解度
[0020][0021][0022]根据热动力学理论，基于Hansen溶度参数(Hansen solubility parameters，HSPs)建立了三维溶度参数体系，将溶度参数分为色散力、极性力和氢键力三种力的向量组合，物质的总能量可分为色散能Ed、极性能EP和氢键能Eh三个部分。溶质与溶剂之间的HSP偏差Ra是衡量溶剂与2,5
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呋喃二甲酸相溶程度的指标，通常Ra2值越小说明2,5
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呋喃二甲酸在该组分溶剂中溶解性越大。表3列出了二元混合溶剂溶解度参数随溶剂组分的变化趋势，其中Ra2值的变化趋势与2,5
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呋喃二甲酸溶解度呈现出很好的对应关系(见实施例)，这解释了2,5
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呋喃二甲酸溶解度随二元混合溶剂组分变化而变化的原因。
[0023]表3水与乙二醇醚类混合溶剂Hansen溶度参数
[0024][0025][0026]在一些实施例中，所述恒定温度T1为30
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80℃。所述恒定温度是指保持一段时间恒定不变的预设温度。恒定温度控制在30
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80℃，主要是为了得到FDCA的饱和溶液。如此设置，FDCA的溶解度已经可以达到6
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10wt％，满足结晶需要的FDCA饱和浓度。在此基础上继续提高温度对提高FDCA溶解度的效果并不显著，且温度升高也会相应地增加能耗。
[0027]在一些实施例中，所述2,5
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呋喃二甲酸粗产品溶解度为0.60～10.50g/100g溶剂。与恒定温度T1对应的2,5
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呋喃二甲酸粗产品溶解度为0.60～10.50g/100g溶剂。
[0028]在一些实施例中，所述温度T2为
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15
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0℃。随着T2温度的降低，FDCA的溶解度减低，进而析出结晶提纯的FDCA。在这个温度范围内，FDCA结晶回收率最高已经能达到70％左右。而继续降低温度后对于结晶回收率的提高效果并不明显；且更低的结晶温度对设备和能耗要求也会更高。
[0029]在一些实施例中，所述降温速率为1
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5℃/min。若降温速率太快，结晶中的杂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种2,5呋喃二甲酸的结晶提纯方法，其特征在于，步骤包括：将乙二醇醚与水以一定比例混合，配制成第一溶液；将所述第一溶液加热至恒定温度T1，加入2,5
‑
呋喃二甲酸粗产品并溶解，得到第二溶液；将所述第二溶液以一定降温速率降温至温度T2，保持一定时间，析出2,5
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呋喃二甲酸晶体。2.根据权利要求1所述的2,5呋喃二甲酸的结晶提纯方法，其特征在于，所述乙二醇醚包括乙二醇二甲醚、乙二醇单丁醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单叔丁醚、乙二醇单甲醚、二乙二醇二甲醚的一种。3.根据权利要求2所述的2,5呋喃二甲酸的结晶提纯方法，其特征在于，所述乙二醇醚为乙二醇二甲醚，所述乙二醇二甲醚的质量浓度为35.21
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100.00％。4.根据权利要求2所述的2,5呋喃二甲酸的结晶提纯方法，其特征在于，所述乙二醇醚为二乙二醇二甲醚，所述二乙二醇二甲醚的质量浓度为45.28
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100.00％。5.根据权利要求1所述的2,5呋喃二甲酸的结晶提纯方法，其特征在于，所述恒定温度T1为30
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80℃。6.根据权利要求5所述的2,5呋喃二甲酸的结晶提纯方法，其特征在于，所述2,5
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【专利技术属性】
技术研发人员：李天源，柯希贤，张海峰，
申请(专利权)人：莆田达凯新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：