乙醇酸(glycolic acid)是一種兼有羥基和羧酸基的天然化合物,在甘蔗、甜菜、葡萄和水果中都有發現。作為一種重要的精細化工品,乙醇酸也廣泛應用于化學清洗、醫藥合成、手術縫合線及可降解塑料等高端聚合物應用中。乙醇酸可以通過氯乙酸或羥基乙腈水解等化學方法合成,也可以由專用菌體或酶反應轉化合成。沉淀法是乙醇酸分離提純過程中最常用的方法,近些年,液液離心萃取在乙醇酸水溶液高效提純中的顯著作用受到越來越多的關注。通過液液離心萃取新工藝+沉淀法等傳統工藝綜合使用,可以獲得高純度乙醇酸固體,用于醫藥、聚合物等高端應用,有望重塑乙醇酸行業格局。
液液離心萃取常用于水溶液中目標溶質的提純。液液萃取的基本操作過程是,在水溶液中加入與水不相溶的有機試劑(也就是萃取劑),通過攪拌混合均勻后,經過第一次油水分離,分為有機相(也叫油相)和水相。一般情況下兩相有清晰的分界面,可以通過分相得到分離。目標物在油相中富集并與水中雜質分離而得到提純。在一定條件下,分相得到的含有目標物的油相(也叫負載相)再與特定的試劑(也叫反萃劑,比如純水)混合均勻,經過第二次油水分離后,得到高純度的目標物溶液(比如目標物水溶液),同時使得萃取劑得到再生,再生的萃取劑可以返回用于目標物萃取。
液液萃取的關鍵是選擇合適的萃取劑。理想的萃取劑對水溶液中的目標物有較高的選擇性和溶解能力,使得目標物在萃取劑中的濃度,與在水中的濃度之比(分配系數)越高越好,而雜質在萃取劑中的濃度,與在水中的濃度之比越低越好,同時萃取劑在水中的溶解度越低越好。液液離心萃取機是實現液液萃取的理想設備,離心萃取機集混合與分液于一體,單位時間處理的液體量大,最短幾秒鐘就可以完成一次液液萃取操作,并且單臺設備持液量小(也就是說,單臺設備需要的萃取劑很少),尤其適用于一些受動力學影響顯著或者萃取劑價格較高的液液分離過程。
將上述液液萃取原理用于乙醇酸水溶液提純時,會發現,乙醇酸的辛醇水分配系數為-1.11,這意味著,與醇類溶劑等常用溶劑相比,乙醇酸更傾向于溶解在水中。乙醇酸的分配系數很低,常用溶劑乙醇酸分配系數遠低于1/2,也就是說,理想條件下,單次萃取乙醇酸收率遠小于1/3。文獻資料也總結稱,并沒有常用溶劑,可以從乙醇酸水溶液中有效萃取出乙醇酸。
但化學萃取可供考慮。多數情況下萃取劑萃取目標物靠的是物理作用力,萃取過程不發生化學反應,這種最常用的萃取方法也可以稱為物理萃取。化學萃取是指萃取劑能與目標物發生化學反應,使得目標物與原所在體系更容易分離的過程。化學萃取在乳酸、檸檬酸、丁二酸等有機酸與水分離過程中已經得到廣泛的工業應用,天一萃取的CWL-M系列離心萃取機在這些行業備受好評。化學萃取可以顯著提高從乙醇酸水溶液中分離乙醇酸的效率,乙醇酸分配系數大幅增加。比如,使用三辛胺(TOA)作為化學萃取劑,分別使用二氯甲烷或正癸醇作為溶劑時,乙醇酸分配系數最高可到12,也就是說,理想條件下,單次萃取乙醇酸收率高達92%。反萃也相對簡單,在稍高溫度下,純水的反萃效果就較好。
總體上看,從乙醇酸水溶液中分離提純乙醇酸,化學萃取的效果較理想,具備工業化應用條件,有望解決現階段乙醇酸行業分離提純難題。在這一過程中,天一萃取的CWL-M系列離心萃取機將一如既往發揮超出客戶和行業期望的性能表現,助力乙醇酸行業走向高質量發展的未來。
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參考文獻:
《乙醇酸和聚乙醇酸的制備與分離研究進展》
Separation of glycolic acid from glycolonitrile hydrolysate by reactive extraction with tri-n-octylamine
Reactive Extraction of Glycolic Acid Using Tri-n-Butyl Phosphate and Tri-n-Octylamine in Six Different Diluents: Experimental Data and Theoretical Predictions