[发明专利]使用阴离子交换层析法提纯有机酸

说明书

发明背景

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。

发明概述

本发明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，本发明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。

根据采用本发明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，本发明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。

本发明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。

本发明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发明的其它目的、特征和优点。

附图简述

图1是用阴离子交换层析提纯羧酸所涉及步骤的示意图。

本发明的详细描述

本发明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。

本发明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：