乙醇酸(glycolic acid)是一种兼有羟基和羧酸基的天然化合物,在甘蔗、甜菜、葡萄和水果中都有发现。作为一种重要的精细化工品,乙醇酸也广泛应用于化学清洗、医药合成、手术缝合线及可降解塑料等高端聚合物应用中。乙醇酸可以通过氯乙酸或羟基乙腈水解等化学方法合成,也可以由专用菌体或酶反应转化合成。沉淀法是乙醇酸分离提纯过程中最常用的方法,近些年,液液离心萃取在乙醇酸水溶液高效提纯中的显著作用受到越来越多的关注。通过液液离心萃取新工艺+沉淀法等传统工艺综合使用,可以获得高纯度乙醇酸固体,用于医药、聚合物等高端应用,有望重塑乙醇酸行业格局。
液液离心萃取常用于水溶液中目标溶质的提纯。液液萃取的基本操作过程是,在水溶液中加入与水不相溶的有机试剂(也就是萃取剂),通过搅拌混合均匀后,经过第一次油水分离,分为有机相(也叫油相)和水相。一般情况下两相有清晰的分界面,可以通过分相得到分离。目标物在油相中富集并与水中杂质分离而得到提纯。在一定条件下,分相得到的含有目标物的油相(也叫负载相)再与特定的试剂(也叫反萃剂,比如纯水)混合均匀,经过第二次油水分离后,得到高纯度的目标物溶液(比如目标物水溶液),同时使得萃取剂得到再生,再生的萃取剂可以返回用于目标物萃取。
液液萃取的关键是选择合适的萃取剂。理想的萃取剂对水溶液中的目标物有较高的选择性和溶解能力,使得目标物在萃取剂中的浓度,与在水中的浓度之比(分配系数)越高越好,而杂质在萃取剂中的浓度,与在水中的浓度之比越低越好,同时萃取剂在水中的溶解度越低越好。液液离心萃取机是实现液液萃取的理想设备,离心萃取机集混合与分液于一体,单位时间处理的液体量大,最短几秒钟就可以完成一次液液萃取操作,并且单台设备持液量小(也就是说,单台设备需要的萃取剂很少),尤其适用于一些受动力学影响显著或者萃取剂价格较高的液液分离过程。
将上述液液萃取原理用于乙醇酸水溶液提纯时,会发现,乙醇酸的辛醇水分配系数为-1.11,这意味着,与醇类溶剂等常用溶剂相比,乙醇酸更倾向于溶解在水中。乙醇酸的分配系数很低,常用溶剂乙醇酸分配系数远低于1/2,也就是说,理想条件下,单次萃取乙醇酸收率远小于1/3。文献资料也总结称,并没有常用溶剂,可以从乙醇酸水溶液中有效萃取出乙醇酸。
但化学萃取可供考虑。多数情况下萃取剂萃取目标物靠的是物理作用力,萃取过程不发生化学反应,这种最常用的萃取方法也可以称为物理萃取。化学萃取是指萃取剂能与目标物发生化学反应,使得目标物与原所在体系更容易分离的过程。化学萃取在乳酸、柠檬酸、丁二酸等有机酸与水分离过程中已经得到广泛的工业应用,天一萃取的CWL-M系列离心萃取机在这些行业备受好评。化学萃取可以显著提高从乙醇酸水溶液中分离乙醇酸的效率,乙醇酸分配系数大幅增加。比如,使用三辛胺(TOA)作为化学萃取剂,分别使用二氯甲烷或正癸醇作为溶剂时,乙醇酸分配系数最高可到12,也就是说,理想条件下,单次萃取乙醇酸收率高达92%。反萃也相对简单,在稍高温度下,纯水的反萃效果就较好。
总体上看,从乙醇酸水溶液中分离提纯乙醇酸,化学萃取的效果较理想,具备工业化应用条件,有望解决现阶段乙醇酸行业分离提纯难题。在这一过程中,天一萃取的CWL-M系列离心萃取机将一如既往发挥超出客户和行业期望的性能表现,助力乙醇酸行业走向高质量发展的未来。
参考文献:
《乙醇酸和聚乙醇酸的制备与分离研究进展》
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