本發(fā)明屬于制藥技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種從酶法制備6-氨基青霉烷酸(下文簡稱6-APA)的廢液中回收苯乙酸的方法。
背景技術(shù)：
苯乙酸(phenylacetic acid)，簡稱PAA，分子量為136.15，性狀為白色有光澤的葉片狀晶體。苯乙酸化學性質(zhì)活潑，具有羧基、亞甲基和苯環(huán)的典型反應(yīng)，可以進行成鹽、酯化、酰胺化、硝化、鹵化、磺化、脫羧等反應(yīng)，可以參與許多官能團的轉(zhuǎn)換，是重要的醫(yī)藥、精細化工中間體。在醫(yī)藥領(lǐng)域，苯乙酸是隨著青霉素工業(yè)的發(fā)展而成長，是發(fā)酵生產(chǎn)青霉素G(常用其鉀鹽，也稱工業(yè)鹽，簡稱PGK)的主要前體。青霉素G是生產(chǎn)6-APA的主要原料，而我國是6-APA生產(chǎn)和出口大國，因此苯乙酸在市場上十分緊缺，且價格比較昂貴。
目前，我國生產(chǎn)6-APA主要采用酶法，青霉素通過酶作用生成6-APA和苯乙酸；然后，用醋酸丁酯萃取法，將苯乙酸萃取到醋酸丁酯中，從而使苯乙酸與6-APA分離；再用堿液對醋酸丁酯相進行反萃，得到含有苯乙酸鈉的水溶液。這部分水溶液，通常被稱為酶法制備6-APA的廢液，雜質(zhì)比較多。
中國專利文獻ZL 201110214202.2披露了一種苯乙酸回收及純化的方法，對于上述得到的廢液，經(jīng)H2O2、活性炭處理，加鹽酸酸化，析出苯乙酸結(jié)晶。由于該廢液雜質(zhì)比較多，因此制備的苯乙酸純度不是很高。
此外，因為苯乙酸對環(huán)境有危害，可造成水體和大氣污染，并受公安部門管制，采購難度大。因此，如果廢水排放能做到苯乙酸零排放，即可改善周圍環(huán)境且提高經(jīng)濟效益，實現(xiàn)經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境保護的雙贏。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種苯乙酸收率高、產(chǎn)品品質(zhì)好、廢水無污染零排放的從酶法制備6-氨基青霉烷酸的廢液中回收苯乙酸的方法。
本發(fā)明利用甲苯萃取酶法制備6-APA的廢液，pH保持在1.5-3.0，得到含有苯乙酸的甲苯相和含有低濃度苯乙酸的水相；含有苯乙酸的甲苯相經(jīng)濃硫酸酸洗、堿液萃取等步驟，即可得到質(zhì)量較高的苯乙酸鈉水溶液，該水溶液可以直接用于發(fā)酵生產(chǎn)青霉素。如果上述得到的含有低濃度苯乙酸的水相直接排污，這種情況下回收苯乙酸鈉的收率也比較高，能達到70％左右，產(chǎn)品質(zhì)量較好，符合相關(guān)的標準及使用要求。含有低濃度苯乙酸的水相中苯乙酸含量大約在2.0-6.0mg/ml，雖然水中苯乙酸含量低，但體積比較大，這部分水直接排污，不僅降低了企業(yè)的收益，而且給環(huán)保帶來很大的壓力。
含有低濃度苯乙酸的水相不易被回收，但這部分苯乙酸的價值也比較高，而且直接排污，對環(huán)境有污染。本發(fā)明人經(jīng)過反復研究、探索，它山之石，可以攻玉，采用大孔吸附樹脂實現(xiàn)了這部分苯乙酸的回收，即，含有低濃度苯乙酸的水相先經(jīng)預處理回收硫酸鈉，再用大孔吸附樹脂吸附其中的苯乙酸，而吸附后的低濃度水可直接排污，幾乎可以做到苯乙酸零排放，實現(xiàn)經(jīng)濟和環(huán)保雙贏。
因此，根據(jù)本發(fā)明，本發(fā)明的從酶法制備6-氨基青霉烷酸的廢液中回收苯乙酸的方法，包括如下步驟：
步驟1：利用甲苯萃取苯乙酸
利用甲苯從酶法制備6-APA的廢液中，在pH值1.5至3.0、溫度50℃至70℃下進行萃取，得到含有苯乙酸的甲苯相和含有低濃度苯乙酸的水相；
步驟2：制備雜質(zhì)少的苯乙酸鈉水溶液
對上述步驟1得到的含有苯乙酸的甲苯相，用濃硫酸處理除雜，然后用NaOH堿液進行萃取，得到苯乙酸鈉水溶液；
步驟3：利用大孔吸附樹脂從含有低濃度苯乙酸的水相中回收苯乙酸
將上述步驟1得到的含有低濃度苯乙酸的水相，利用蒸餾除去甲苯之后，低溫結(jié)晶除去硫酸鈉晶體，所得到的預處理液利用大孔吸附樹脂吸附其中的苯乙酸，而后用堿液進行解析再回收其中的苯乙酸。
圖1為本發(fā)明的從酶法制備6-氨基青霉烷酸的廢液中回收苯乙酸的方法的工藝流程圖。下面結(jié)合圖1，更詳細地描述本發(fā)明的從酶法制備6-氨基青霉烷酸的廢液中回收苯乙酸的方法。
在本發(fā)明中，所述酶法制備6-氨基青霉烷酸的廢液是指，在酶法制備6-APA中，青霉素通過酶裂解作用生成6-APA和苯乙酸；然后，用醋酸丁酯萃取該裂解反應(yīng)液，將苯乙酸萃取到醋酸丁酯中，從而使苯乙酸與6-APA分離；再用堿液對醋酸丁酯相進行反萃，得到含有苯乙酸鈉的水相。這部分含有苯乙酸鈉的水相，通常被稱為酶法制備6-APA的廢液。這部分廢液中苯乙酸鈉含量大約在200mg/ml，其中含有大量雜質(zhì)，主要有發(fā)酵帶過來的蛋白、色素等，裂解過程青霉素降解物如青霉噻唑酸等，以及未發(fā)生裂解的少量青霉素。
在所述步驟1中，利用甲苯從酶法制備6-APA的廢液中，在pH值1.5至3.0、溫度50℃至70℃下進行萃取，得到含有苯乙酸的甲苯相和含有低濃度苯乙酸的水相。
其中，采用硫酸，優(yōu)選采用濃硫酸將廢液和甲苯混合液的pH值調(diào)節(jié)為1.5至3.0之間，優(yōu)選1.5至2.0之間；在50℃至70℃之間的溫度，優(yōu)選60℃至70℃之間的溫度，進行萃取，靜置分層后，得到含有苯乙酸的甲苯相和含有低濃度苯乙酸的水相。
利用甲苯從酶法制備6-APA的廢液中萃取苯乙酸，考慮到甲苯的毒性和刺激性，在保證苯乙酸盡可能完全萃取的情況，不宜過量使用，同時，甲苯的用量不宜太少，應(yīng)足以充分萃取廢液中的苯乙酸。優(yōu)選的是，在所述步驟1中，所述酶法制備6-APA的廢液與甲苯的體積比為1：0.7～0.3，更優(yōu)選為1：0.5。
在所述步驟2中，對上述步驟1得到的含有苯乙酸的甲苯相，用濃硫酸處理除雜，然后用NaOH堿液進行萃取，得到苯乙酸鈉水溶液。
其中，所述用濃硫酸處理除雜，就是用濃硫酸多次洗滌含有苯乙酸的甲苯相直到雜質(zhì)層無色，一般來說，洗滌3次；每次洗滌，濃硫酸用量為含有苯乙酸的甲苯相體積的0.1％～5％，優(yōu)選0.3％～2％，且多次洗滌時，濃硫酸用量按梯度遞減，例如，當用濃硫酸洗滌3次時，3次濃硫酸用量體積比為5：3：1。
在用濃硫酸處理除雜之后，用NaOH堿液進行萃取，在此過程中，對NaOH堿液的用量不作限定，在pH值為7.5至9.5之間，苯乙酸以苯乙酸鈉鹽的形式進入水相。優(yōu)選的是，用質(zhì)量濃度30％的NaOH堿液，將pH值調(diào)節(jié)為7.5至9.5(優(yōu)選8.0～9.0)之間進行萃取，靜置分層后，得到甲苯相和質(zhì)量良好的苯乙酸鈉水溶液。甲苯相經(jīng)回收可以重復使用。
在所述步驟3中，將上述步驟1得到的含有低濃度苯乙酸的水相，利用蒸餾除去甲苯之后，低溫結(jié)晶除去硫酸鈉晶體，所得到的預處理液利用大孔吸附樹脂吸附其中的苯乙酸，而后用堿液進行解析再回收其中的苯乙酸。
上述步驟1得到的含有低濃度苯乙酸的水相必須盡可能完全除去甲苯，有兩個原因，一是甲苯為有機相，會造成樹脂溶脹，導致樹脂顆?？讖阶兇?，降低苯乙酸吸附量；二是苯乙酸易溶于甲苯，減少水相中苯乙酸含量，進而降低苯乙酸的收率?？梢圆捎脺p壓蒸餾先除去甲苯，在步驟1分層得到含有低濃度苯乙酸的水相時，該水相溫度比較高，此時可直接減壓蒸餾除甲苯，可以不用再升溫，節(jié)約能源。
在蒸餾除去甲苯之后，降低溫度，會析出硫酸鈉晶體，經(jīng)過離心過濾，得到硫酸鈉和預處理液。這部分硫酸鈉質(zhì)量比較好，經(jīng)青霉素發(fā)酵驗證，與市場購買的硫酸鈉沒有較大差別?；厥盏玫竭@部分硫酸鈉，從而可以提高經(jīng)濟效益。
上述得到的預處理液利用大孔吸附樹脂吸附其中的苯乙酸，所述大孔吸附樹脂，例如山東魯抗立科藥業(yè)有限公司生產(chǎn)的大孔吸附樹脂，如LK-100、LK-103等；西安藍曉科技新材料股份有限公司生產(chǎn)的大孔吸附樹脂，如LXT-053等。
在進行吸附時，吸附速度為1～3BV/h，優(yōu)選為2BV/h，在流出液檢測出苯乙酸含量大于預處理液苯乙酸含量的10％時，停止吸附。這些流出液可用于酸化樹脂，或者由于幾乎不含苯乙酸、無機鹽含量低，可直接排污。
然后，采用NaOH堿液進行解析，具體地，解析時，用4wt％稀NaOH溶液(溫度約70℃)，以約1BV/h速度解析，解析液分三部分，第一部分，苯乙酸鈉含量和pH都低，可以與預處理液混合，用于下次吸附；第二部分，解析液中苯乙酸含量高，pH為中性，可與酶法制備6-APA的廢液混合進行苯乙酸的回收；第三部分，解析液中苯乙酸含量低，pH為堿性，可用于配制用于解析的稀液堿。
有益效果
本發(fā)明的從酶法制備6-氨基青霉烷酸的廢液中回收苯乙酸的方法，操作簡單，便于推廣應(yīng)用；利用甲苯從酶法制備6-APA的廢液中萃取，得到含有苯乙酸的甲苯相和含有低濃度苯乙酸的水相；含有苯乙酸的甲苯相，經(jīng)堿液萃取得到質(zhì)量優(yōu)異的苯乙酸鈉水溶液，可以直接用于發(fā)酵生產(chǎn)青霉素；含有低濃度苯乙酸的水相先經(jīng)預處理回收硫酸鈉，再用大孔吸附樹脂吸附其中的苯乙酸進行回收，而吸附后的低濃度水可直接排污，幾乎可以做到苯乙酸零排放，實現(xiàn)經(jīng)濟和環(huán)保雙贏；副產(chǎn)的硫酸鈉可用于發(fā)酵，也具有經(jīng)濟效益。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的從酶法制備6-氨基青霉烷酸的廢液中回收苯乙酸的方法的工藝流程圖。
具體實施方式
下面通過實施例更具體地說明本發(fā)明，但本發(fā)明的保護范圍不局限于這些實施例中。
所用試劑：濃硫酸(工業(yè)級，含量95％)
NaOH堿液(工業(yè)級質(zhì)量濃度30％)
大孔吸附樹脂(LXT-053)
甲苯(工業(yè)級，含量98.7％)
在下面實施例中苯乙酸、苯乙酸鈉含量均以苯乙酸計量。
實施例1
步驟1：利用甲苯萃取苯乙酸
取400ml酶法制備6-APA的廢液(透光率為20％，外觀紅黑色，純度67％)，其中苯乙酸含量為203mg/ml，pH值為8.9，在溫度35℃下，緩慢加200ml甲苯；再向其中加入60ml濃硫酸調(diào)節(jié)pH值為1.95，將溫度控制在68℃，界面清晰后，靜置分層，即含有苯乙酸的甲苯相和含有低濃度苯乙酸的水相；分離得到含有苯乙酸的甲苯相260ml，以及含有低濃度苯乙酸的水相360ml(苯乙酸含量為5.23mg/ml)。
步驟2：制備雜質(zhì)少的苯乙酸鈉水溶液
對上述步驟1得到的含有苯乙酸的甲苯相260ml，用濃硫酸進行洗滌，第一次加5ml濃硫酸洗滌，靜置5分鐘，分層后雜質(zhì)位于下層，呈黑色，去除該雜質(zhì)層；第二次加3ml濃硫酸洗滌，靜置5分鐘，分層后雜質(zhì)位于下層，呈黃色，去除該雜質(zhì)層；第三次加1ml濃硫酸洗滌，靜置5分鐘，分層后雜質(zhì)位于下層，呈白色，去除該雜質(zhì)層；然后，往該含有苯乙酸的甲苯相中緩慢加入30％NaOH堿液80ml，使pH值為8.3，靜置分層，得到甲苯相和苯乙酸鈉水溶液140ml，分離出該苯乙酸鈉水溶液140ml。
該苯乙酸鈉水溶液中苯乙酸的含量為440.2mg/ml，該部分收率75.9％。該苯乙酸鈉水溶液透光率為80％、外觀微黃色、純度為95％，質(zhì)量得到明顯提高，可以直接用于青霉素工業(yè)生產(chǎn)中。
步驟3：利用大孔吸附樹脂從含有低濃度苯乙酸的水相中回收苯乙酸
采用上述步驟1共制備含有低濃度苯乙酸的水相3000ml，減壓蒸餾至剩余液體2800ml，以除去甲苯；然后，降溫至8℃，有晶體緩慢析出，過濾后，得到硫酸鈉晶體(濕重1200g，干重718g)和預處理液即濾液2000ml(苯乙酸含量為3.55mg/ml)，其中硫酸鈉與含有低濃度苯乙酸的水相質(zhì)量體積比為23.93％。
重復上述步驟，共制備預處理液5000ml。
取100ml大孔吸附樹脂(型號LXT-053)，用200ml甲醇活化；取上述制備的預處理液5000ml(苯乙酸含量為3.55mg/ml)，用2BV/h速度進行吸附；
檢測吸附進行到10BV時，流出液中苯乙酸含量為0；吸附進行到20BV時，流出液中苯乙酸含量為0；吸附進行到25BV時，流出液中苯乙酸含量為0.007mg/ml；吸附進行到30BV時，流出液中苯乙酸含量為0.45mg/ml，瞬時苯乙酸含量大于原液的10％，停止吸附；合并上述流出液，其中苯乙酸含量為0.06mg/ml，即上述100ml大孔吸附樹脂吸附量為10.47g，即1升樹脂吸附100.47g。
解析時，用4wt％稀NaOH溶液(T＝70℃)，以1BV/h速度解析，5小時完成。解析液分三部分，第一部分，解析頭液中苯乙酸含量0.1mg/ml，體積100ml，這部分苯乙酸含量和pH都低，可用于下次吸附；第二部分，高濃度PAA解析液中苯乙酸含量45.01mg/ml，體積200ml，這部分pH為中性，可與酶法制備6-APA的廢液混合進行苯乙酸的回收；第三部分，低濃度PAA解析尾液中苯乙酸含量4.67mg/ml，體積200ml，含量低，pH為堿性，可用于配制用于解析的稀液堿。
解析量總共為9.95g，解析率為95.0％。
實施例2
步驟1：利用甲苯萃取苯乙酸
取400ml酶法制備6-APA的廢液(透光率為22％，外觀紅黑色，純度69％)，其中苯乙酸含量為195mg/ml，pH值為8.9，在溫度37℃下，緩慢加200ml甲苯；再向其中加入60ml濃硫酸調(diào)節(jié)pH值為1.99，將溫度控制在68℃，界面清晰后，靜置分層，即含有苯乙酸的甲苯相和含有低濃度苯乙酸的水相；分離得到含有苯乙酸的甲苯相260ml，以及含有低濃度苯乙酸的水相360ml(苯乙酸含量為5.67mg/ml)。
步驟2：制備雜質(zhì)少的苯乙酸鈉水溶液
對上述步驟1得到的含有苯乙酸的甲苯相260ml，用濃硫酸進行洗滌，第一次加5ml濃硫酸洗滌，靜置5分鐘，分層后雜質(zhì)位于下層，呈黑色，去除該雜質(zhì)層；第二次加3ml濃硫酸洗滌，靜置5分鐘，分層后雜質(zhì)位于下層，呈黃色，去除該雜質(zhì)層；第三次加1ml濃硫酸洗滌，靜置5分鐘，分層后雜質(zhì)位于下層，呈白色，去除該雜質(zhì)層；然后，往該含有苯乙酸的甲苯相中緩慢加入30％NaOH堿液78ml，使pH值為8.3，靜置分層，得到甲苯相和苯乙酸鈉水溶液135ml，分離出該苯乙酸鈉水溶液135ml。
該苯乙酸鈉水溶液中苯乙酸的含量為452.9mg/ml，該部分收率78.3％。該苯乙酸鈉水溶液透光率為83％、外觀微黃色、純度為96.5％，質(zhì)量得到明顯提高，可以直接用于青霉素工業(yè)生產(chǎn)中。
步驟3：利用大孔吸附樹脂從含有低濃度苯乙酸的水相中回收苯乙酸
采用上述步驟1共制備含有低濃度苯乙酸的水相3000ml，減壓蒸餾至剩余液體2820ml，以除去甲苯；然后，降溫至8℃，有晶體緩慢析出，過濾后，得到硫酸鈉晶體(濕重1150g，干重720g)和預處理液即濾液2000ml(苯乙酸含量為4.21mg/ml)，其中硫酸鈉與含有低濃度苯乙酸的水相質(zhì)量體積比為24％。
重復上述步驟，共制備預處理液5000ml。
取100ml大孔吸附樹脂(型號LXT-053)，用200ml甲醇活化；取上述制備的預處理液5000ml(苯乙酸含量為4.21mg/ml)，用2BV/h速度進行吸附；
檢測吸附進行到10BV時，流出液中苯乙酸含量為0；吸附進行到20BV時，流出液中苯乙酸含量為0；吸附進行到25BV時，流出液中苯乙酸含量為0.43mg/ml，瞬時苯乙酸含量大于原液的10％，停止吸附；合并上述流出液，其中苯乙酸含量為0.12mg/ml，即上述100ml大孔吸附樹脂吸附量為10.225g，即1升樹脂吸附102.25g。
解析時，用4wt％稀NaOH溶液(T＝70℃)，以1BV/h速度解析，5小時完成。解析液分三部分，第一部分，解析頭液中苯乙酸含量0.3mg/ml，體積100ml，這部分苯乙酸含量和pH都低，可用于下次吸附；第二部分，高濃度PAA解析液中苯乙酸含量41.44mg/ml，體積200ml，這部分pH為中性，可與酶法制備6-APA的廢液混合進行苯乙酸的回收；第三部分，低濃度PAA解析尾液中苯乙酸含量3.24mg/ml，體積200ml，含量低，pH為堿性，可用于配置用于解析的稀液堿。
解析量總共為8.97g，解析率為87.7％。