酒石酸綠色合成工藝研究與優(yōu)化.pdf

1、酒石酸(Tartaric Acid，化學(xué)名2，3—二羥基丁二酸， C4H6O6)，是一種常見(jiàn)的有機(jī)酸，最早是從葡萄酒的發(fā)酵副產(chǎn)物——酒石中提取獲得。酒石酸由于其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，在食品、制藥、輕工業(yè)、化工等行業(yè)均有著廣泛的應(yīng)用。特別是在食品工業(yè)中，酒石酸作為一種優(yōu)良的酸味劑，其酸味是檸檬酸的1.2-1.3倍，可作為飲料、糖果等食品的酸度調(diào)節(jié)劑和抗氧化劑。目前的生產(chǎn)工藝存在轉(zhuǎn)化率不高，資源浪費(fèi)，生產(chǎn)成本較高等問(wèn)題;同時(shí)，含重金屬催化劑的

2、母液若直接排放也造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題。因此，對(duì)酒石酸的傳統(tǒng)工藝展開(kāi)研究并進(jìn)行優(yōu)化具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。
　　本學(xué)位論文在文獻(xiàn)綜述的基礎(chǔ)上，改進(jìn)了酒石酸化學(xué)合成法的工藝，即以順丁烯二酸酐為原料，以雜多酸作為新型催化劑，以雙氧水為綠色氧化劑催化氧化獲得主要產(chǎn)物——酒石酸;然后加氫氧化鉀溶液調(diào)節(jié)pH值獲得副產(chǎn)物——酒石酸氫鉀，然后將母液進(jìn)行多次循環(huán)使用，進(jìn)一步提高該工藝的酒石酸產(chǎn)品的摩爾收率，摩爾總收率可以達(dá)到93.1％。最后增加催化

3、劑中重金屬的回收過(guò)程以減少對(duì)環(huán)境的污染。另外，小試應(yīng)用新型催化劑生產(chǎn)的酒石酸通過(guò)傅里葉紅外光譜法(FTIR)、超高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法(UPLC-MS/MS)進(jìn)行表征，證明了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性;依據(jù)國(guó)標(biāo)《食品添加劑dl-酒石酸》的規(guī)定，測(cè)得酒石酸含量為99.82％（食品添加劑酒石酸國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)為≥99.5％），證明了產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性;使用電感耦合等離子發(fā)射光譜儀對(duì)酒石酸中的Pb，F(xiàn)e，W重金屬元素含量進(jìn)行了檢測(cè)，三者均未檢出，確保了產(chǎn)品的安全

4、性。產(chǎn)業(yè)化研究階段，對(duì)酒石酸產(chǎn)品進(jìn)行了多項(xiàng)指標(biāo)的全面檢測(cè)，均符合國(guó)標(biāo)要求。
　　新工藝的具體工藝條件如下所示:
　　1)酒石酸產(chǎn)品的制備。以順丁烯二酸酐為原料，與水、30％雙氧水在一定溫度下先使順丁烯二酸酐充分水解;然后加入新型催化劑——雜多酸（含鎢），緩慢升溫4h后升至65℃，反應(yīng)16h;接著加入0.5g活性炭，快速升溫至102℃，水解2.5 h，過(guò)濾冷卻結(jié)晶得到酒石酸;最后往濾液滴加50％氫氧化鉀溶液，調(diào)節(jié)pH值至3.5

5、～4.0，冷卻過(guò)濾獲得酒石酸氫鉀。以上反應(yīng)收率即整個(gè)酒石酸生產(chǎn)工藝的一次收率，小試一次收率為78.5％，產(chǎn)業(yè)化后收率可以達(dá)到78.6％。
　　2)高效蒸發(fā)過(guò)程研究。本文應(yīng)用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（小試及中試過(guò)程中使用）以及企業(yè)自制薄膜蒸發(fā)器（產(chǎn)業(yè)化研究中使用）對(duì)酒石酸生產(chǎn)母液進(jìn)行高效蒸發(fā)濃縮。取酒石酸生產(chǎn)母液，在溫度區(qū)間為70-72℃，真空度為0.07(530 mmHg)的條件下，蒸發(fā)濃縮母液進(jìn)行二次循環(huán)氧化反應(yīng)，總收率可以達(dá)到92.7％。<

6、br>　　3)催化劑回收工藝。采用靜態(tài)吸附和動(dòng)態(tài)吸附重點(diǎn)研究了自制螯合陰離子樹(shù)脂對(duì)鎢的吸附性能。靜態(tài)實(shí)驗(yàn)研究表明在pH=4.5的條件下，可以直接使用自制螯合陰離子樹(shù)脂回收其中的重金屬催化劑，吸附能力最大可以達(dá)到221.5mg/g樹(shù)脂;動(dòng)力學(xué)研究表明吸附過(guò)程符合一階動(dòng)力學(xué)方程，并且粒子內(nèi)擴(kuò)散為吸附過(guò)程中的主要控速步驟;選用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4％的NaOH溶液作為解吸劑洗脫率可達(dá)99.1％;并且螯合陰離子樹(shù)脂可以經(jīng)過(guò)5次重復(fù)使用，96.1％的催化劑

7、得到回收。動(dòng)態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，自制螯合陰離子樹(shù)脂對(duì)鎢的動(dòng)態(tài)吸附容量可穩(wěn)定重復(fù)靜態(tài)的結(jié)果，并且動(dòng)態(tài)解吸效率較高，能進(jìn)行有效的洗脫，95％以上催化劑得到回收。
　　本論文對(duì)酒石酸合成工藝進(jìn)行了如下幾個(gè)新的優(yōu)化:
　　a)在傳統(tǒng)酒石酸生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上，改進(jìn)設(shè)計(jì)了新的生產(chǎn)工藝流程，實(shí)現(xiàn)了酒石酸氫鉀的聯(lián)產(chǎn)，增加了母液循環(huán)使用流程，對(duì)重金屬催化劑進(jìn)行回收。節(jié)約了生產(chǎn)成本的同時(shí)，減少了有害廢水的排放。
　　b)選用自制的含鎢雜多酸