采用复合絮凝法生产高纯度吩嗪-1-羧酸的方法

专利名称：采用复合絮凝法生产高纯度吩嗪-1-羧酸的方法
技术领域：
本发明属于生物农药提取纯化技术领域。具体地说，该发明涉及一种利用吩嗪-I-羧酸(PCA)碱溶酸沉的特性，采用加入复合絮凝剂去除有机大分子杂质，从而纯化目标物的方法。
背景技术：
吩嗪类抗生素是近年来研究的热点。吩嗪-I-羧酸(PCA)是一种具有广谱抗真菌作用的微生物源抗生素，它从作物根际土壤的自生细菌中分离而成，可以抑制很多种能引起植物根腐、茎腐等病害的真菌病原体对农作物的破坏。田间试验表明，其对小麦根腐病、水稻纹枯病和棉花枯黄萎病具有很强的防治效果。与化学农药相比，PCA具有对动物毒性低、保护生态环境、残留时间短等优点。PCA的广谱抗菌性和安全环保性使得近年来国内外科学家投入大量精力进行研究，目前在吩嗪产品领域的研究报道很多，也成功上市了一些 药剂，具有广阔的市场前景和社会前景。PCA的广谱抗菌性使其具有广阔的市场潜力，因而近年来国内外在吩嗪产品领域的研究报道很多，也成功上市了一些药剂。但多数研究主要集中在两个方面，一是通过培养条件优化和遗传改造来提高PCA发酵产量；二是继续分离更多与植物生长密切相关的产生菌。市场前景的广阔需要产品质量的提升，然而有关从发酵液中提取、分离和纯化PCA的研究还非常有限。目前报道的提取发酵液中PCA代谢物的方法有氯仿抽提法、毛细管区带电泳法等，这些方法步骤繁琐，运行成本较高，不能满足现代农业的技术要求。江南大学粮食发酵工艺与技术国家工程实验室通过絮凝的方法，率先利用水法将发酵液中的PCA纯度提升至65%以上，避免使用有机溶剂，大大降低了分离成本。然而，随着市场的进一步开发，吩嗪类衍生物的新产品开发需要高纯度PCA作为原料支持，另外，高品质的生物农药也需要高纯度的PCA进行配制。当前还没有简单快速地制备高纯度PCA的方法，国内外常用的分离技术主要限制于实验室，如TCL、HPLC等分离方法，这些方法耗时费力、成本较高且产量很小，不适用于工业生产。有些公司现用的提取技术是先将发酵液制成干粉，然后用氯仿或乙酸乙酯萃取蒸馏实现PCA的提取分离，但是由于涉及有机溶剂，工业生产时存在很大的安全隐患，另外，其产品纯度只能达到8(Γ85%，仍不能满足高品质农药的纯度需求和后续衍生品开发的需要。PCA是黄绿色针状结晶，分子式为C13H8N2O2,分子量为224，熔点241 242°C ;溶于醇、醚、氯、仿、苯，微溶于水；在偏酸性及中性条件下稳定。PCA侧链连接有一个羧基，其能在碱性环境中溶解，又能在酸性环境中沉淀，具有碱溶酸沉的特性。碱式氯化铝絮凝剂在弱碱环境中具有很强的去除有机大分子的能力，通过改变胶体表面电荷，压缩双电层，使胶团变性沉淀而过滤去除发酵液中的杂质，然后在滤液中加酸使PCA沉淀析出，经脱水干燥后，就完成了 PCA的纯化。该纯化工艺具有分离成本低、简单高效、安全环保的特点
发明内容
针对上述情况，本发明的目的是提供一种简单高效纯化吩嗪-I-羧酸的方法。通过研究不同絮凝剂与大分子有机杂质的反应机理，本发明进行了一系列实验，找到了最适絮凝温度、絮凝PH值和絮凝剂种类及配比等条件并进行了优化。利用吩嗪-I-羧酸碱溶酸沉的性质，去除杂质的同时不影响目标物的回收，絮凝剂与大分子有机物杂质结合析出后，通过加入一定量的硅藻土助滤剂，比较方便的将固相和液相分离，使吩嗪-I-羧酸得到纯化。而后进行脱水、干燥，得到纯化后的产品。本发明是通过下述技术方案实现的。采用絮凝法生产高纯度吩嗪-I-羧酸的方法，使用碱式氯化铝阳离子聚丙烯酰胺为7 10:1的复合絮凝剂。所述的采用絮凝法生产高纯度吩嗪-I-羧酸的方法，具体包括以下步骤( I)原料预处理 按照原料与水的重量比1:1. 5^2. 5添加水，用高速搅拌器将膏状的原料打碎，得到吩嗪-I-羧酸浆液，用胶体磨研磨浆液，使小颗粒粉碎，然后过160目筛。在滤液中加入自来水，将吩嗪-I-羧酸的浓度调节到I. 8^2. 5%(优选2. 0-2. 3%)；所述原料中干物质含量为18 22%，其中吩嗪-I-羧酸占干物质量的65 70% ；(2)初调 pH 值配制质量分数8 10%的NaOH溶液，缓慢加入到步骤(I)得到的浆液中，6(Tl00rpm搅拌，调节发酵液的PH值至8. (Γ8. 5 ；(3)碱溶反应加热到温度40 50°C, IOOrpm搅拌反应50 90min ；(4)絮凝加入以原料中杂质质量计5(Γ80%的复合絮凝剂，其中碱式氯化铝与阳离子聚丙烯酰胺比例为7 10:1, IOOrpm搅拌5 IOmin ；(5)微调 pH 值絮凝后的发酵液pH值下降，用质量分数2 5%的NaOH溶液微调pH值至8. 0 8. 5，然后加入与絮凝剂等量的硅藻土，搅拌均匀；(6)过滤洗涤通过板框过滤机进行固液分离，初滤液回流，进行二次过滤，待滤饼形成，滤液澄清时，收集滤液；滤饼用O. 2^0. 5%氢氧化钠溶液洗涤，用量为板框容积量的3飞倍；(7)滤液酸沉合并步骤(6)的全部滤液，缓慢加入f 3mol/L的盐酸，调节pH值至3. (Γ4. 0，使吩嗪-I-羧酸沉淀析出；(8)脱水采用过滤脱水法将步骤(7)得到的吩嗪-I-羧酸悬浊液脱水，滤液弃用，固相保留并用水清洗，洗水量为板框容积量的3飞倍；然后用压缩空气吹至水分含量6(Γ70% ；(9)干燥步骤(8)得到的物料再通过真空干燥装置烘干至水分含量3%以下，得到所述的高纯度吩嗪-I-羧酸。所述步骤(I)中高速搅拌后浆液中颗粒直径小于2000 μ m，胶体磨磨浆后颗粒度小于100 μ m。所述步骤(3)中碱溶反应后为棕红色均相溶液,无颗粒。所述步骤(4)中碱式氯化铝预先配制成8%的水溶液，阳离子聚丙烯酰胺预先配制成2%的水溶液。所述步骤(4)中碱式氯化铝为食品级，有效成分含量99% ;阳离子聚丙烯酰胺的型号为F0-4440，分子量9X106 ;所述步骤(5)中硅藻土为300目食品级。所述步骤(6)中板框过滤滤布材质为涤纶，40(Γ600目，板框进料压力 O. 3 O. 6MPa。所述步骤(8)中过滤介质为涤纶，60(Γ800目，板框进料压力为O. 3^0. 6MPa。所述步骤(9)中，真空干燥装置的干燥温度为75°C，真空度为O. 02、. 05MPa，干燥时间3h。通过上述的方法，制得的吩嗪-I-羧酸颜色为黄色，其中杂质百分含量< 5%，吩嗪-I-羧酸回收率> 90%。本发明使用的原料中干物质含量为18 22%，其中吩嗪-I-羧酸占干物质量的65 70% ;其可以使任何现有技术的方法制的的产品，或者任何市售产品。为了充分说明本发明的技术方案，本发明选用的原料由东台格莱尔生物制品有限公司提供，其生产方法是利用絮凝剂聚氯化铝将发酵液中的绝大部分大分子杂质吸附去除，进而经过滤、酸沉、脱水得到的吩嗪-I-羧酸半成品。该半成品未经干燥，脱水后直接包装并在低温(4°C)保存，以防霉变，其原料中干物质含量为18 22%，其中吩嗪-I-羧酸占干物质量的65 70% ；与现有技术相比，本发明方法具有如下优点采用复合絮凝法去除有机杂质，利用目标产物碱溶酸沉的性质进行吩嗪-I-羧酸的分离，避免了使用有机溶剂，且产品纯度可达到95%以上。原料中的杂质同吩嗪-I-羧酸类似，都具有碱溶酸沉的性质，这成为分离纯化的难点。复合絮凝剂由碱式氯化铝和阳离子聚丙烯酰胺按一定比例组成，其对不同杂质能够选择性的吸附作用，原料中的胶体物质通过无机高分子絮凝剂架桥、吸附、联接作用形成絮凝体而产生沉淀，再通过固液分离得以去除。收集滤液和洗涤液，加入盐酸使其沉淀析出；采用过滤或离心的方式，将酸沉得到的吩嗪-I-羧酸悬浊液脱水，液相弃用，固相保留并用自来水清洗，通过真空干燥装置烘干至水分含量3%以下，便得到所述的吩嗪-I-羧酸纯品。产品中吩嗪-I-羧酸含量彡95%，回收率彡90%。
具体实施例方式下面结合实施例，进一步阐述本发明(I)原料预处理按照原料与水的重量比1:1.51. 5添加自来水，用高速搅拌器将膏状的原料打碎，得到吩嗪-I-羧酸浆液。用胶体磨研磨浆液，使小颗粒充分粉碎，然后经160目筛过滤，滤液加水，将吩嗪-I-羧酸的浓度调节到I. 8^2. 5% ；本发明使用的原料由东台格莱尔生物制品有限公司提供，其生产方法是利用絮凝剂聚氯化铝将发酵液中的绝大部分大分子杂质吸附去除，进而经过滤、酸沉、脱水得到的吩嗪-I-羧酸粗品。将半成品包装并在低温(4°c)保存，以防变质。干物质在原料中所占比例为20%，吩嗪-I-羧酸含量为干物质量的65%。
高速搅拌器为通常使用、目前市场上销售的产品，转速lOOOrpm。胶体磨的基本原理是流体或半流体物料通过高速相对连动的定齿与动齿之间，受到强大的剪切力、摩擦力及高频振动等作用，物料被有效地分散、浮化、粉碎、均质。本发明使用的胶体磨是食品技术领域通常采用的、目前市场上销售的产品。(2)初调 pH 值配制质量分数8 10%的NaOH溶液，缓慢加入到步骤(I)得到的浆液中，6(Tl00rpm搅拌，调节发酵液的PH值至8. (Γ8. 5 ；实验表明吩嗪-I-羧酸具有碱溶酸沉的性质，常温、pH值7. 75时其溶解度为90mg/ml，同时考虑絮凝过滤后浆液中的杂质去除率和吩嗪-I-羧酸的回收率，最佳pH值为8. (Γ8. 5。如果所述浆液的pH值小于8. O,则会造成絮凝后pH值下降严重导致吩嗪_1_羧酸酸沉析出，影响回收率；如果所述料液的PH值大于8. 5，则会造成蛋白等大分子在碱性环 境中水解，导致不能充分絮凝去除杂质，降低产品的纯度。(3)碱溶反应将步骤(2)得到的浆液加热到温度4(T50°C，IOOrpm搅拌反应5(T90min ；加热会使吩嗪-I-羧酸在碱溶液中的溶解度提高，增加吩嗪-I-羧酸的回收率。碱溶是使吩嗪-I-羧酸溶出，生成钠盐溶液，便于分离胶体颗粒和其他不溶性杂质。(4)絮凝在步骤(3)得到的发酵液中加入以杂质质量计5(Γ80%的复合絮凝剂(碱式氯化铝阳离子聚丙烯酰胺为7 10:1)，两种絮凝剂预先分别配制成8%和2%左右的水溶液，缓慢倒入发酵液中，IOOrpm搅拌5 IOmin ；本实验所用的碱式氯化铝絮凝剂由无锡博耐丹化工科技有限公司提供，食品级，有效成分99%;阳离子聚丙烯酰胺由泰兴爱森絮凝剂公司提供，型号为F0-4440，分子量9Χ106。絮凝指使水或液体中悬浮微粒积聚变大，或形成絮团，从而加快离子的聚沉，达到固液分离的目的。一方面，有机物与吩嗪-I-羧酸性质类似，都具有碱溶酸沉的特性，这就需要选择对有机物有选择性吸附而对吩嗪-I-羧酸没有作用或作用很小的絮凝剂；另一方面，胶体物质表面带有负电荷，由于双电层的存在，微粒呈扩散型分布，稳定地分散在体系中。由于絮凝剂所带电荷的电负性与胶体物质相反，胶体表面的正电荷被中和，物理吸附力超过排斥力，从而引发胶体物质的凝聚。对于不易从水中分离的细小杂质，可通过絮凝使它们变为易于分离的较大絮体，从而从水中分离出来。(5)微调 pH 值絮凝后的发酵液pH值会下降，用配制的NaOH溶液微调pH值至8. 0 8. 5，然后加入与絮凝剂等量的硅藻土，搅拌均匀；碱式氯化铝和阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂表面带正电荷，其溶液本身呈酸性，加入到浆液中后PH值会下降至7. O左右，在此情况下，部分吩嗪-I-羧酸会沉淀析出，包裹在絮体中，若此时过滤会影响吩嗪-1 -羧酸的回收率。微调絮凝体混合液的pH值时，所配NaOH溶液的浓度不能过高，一般2 5%为宜。胶体的稳定性与胶体表面电荷有密切关系，根据DLVO理论，正的合能会造成颗粒间相互排斥，而负的合能则造成颗粒相互吸引，导致体系不稳定。原料发酵液中加入絮凝剂正是克服了能垒而使胶体颗粒与絮凝剂架桥吸引，形成絮体而去除；如果此时加入浓度过大的NaOH溶液会使絮体局部碱度过高，造成絮凝剂与胶体颗粒已形成的架桥结构不稳定而断开，降低产品的纯度。(6)过滤洗涤把步骤(5 )得到的混合液通过板框压滤机进行固液分离，初滤液进行二次过滤，待滤饼形成，滤液澄清时，收集滤液；过滤结束后，O. 2^0. 5%Na0H溶液洗涤滤饼，洗水量为板框容积量的3飞倍。板框压滤是利用输送泵的机械动力在管道和过滤机的腔室内形成高压，滤布将固体物质阻拦而液体可通过的方式达到固液分离的目的。絮体混合液在滤布表面形成滤饼层，滤液穿过滤布并沿滤板沟槽流至板框边角通道，集中排出。本发明中板框过滤滤布材质要求为涤纶，400 600目，板框进料压力O. 3 O. 6MPa。
过滤完成后，还有15%左右的吩嗪-I-羧酸残留在滤饼中，此时须用O. 2^0. 5%的NaOH溶液洗涤，洗水量为板框容积量的3飞倍。(7)滤液酸沉收集步骤(6)得到的滤液，缓慢加入f 3mol/L的盐酸，调节pH值至3· (Γ4. 0，使吩嗪-I-羧酸沉淀析出；吩嗪-I-羧酸具有碱溶酸沉的性质，pH值3. O时其溶解度只有50 μ g/ml，而pH值2. 5时其溶解度为48 μ g/ml ;当溶液过酸(H+浓度> 5mol/L)时吩嗪-I-羧酸能够重新溶解，证明这种物质能溶于强酸，这可能是因为氮原子为吸电子基，其在浓酸中与氯离子形成共价键，从而能够溶解。本发明使用f3mol/L的盐酸溶液，调酸时搅拌，避免局部过酸吩嗪-I-羧酸发生化学反应。⑶脱水采用过滤的方式将步骤(7)得到的吩嗪-I-羧酸悬浊液脱水，液相弃用，固相保留并用自来水清洗，洗水量为置换水量的3飞倍；所述的板框压滤脱水是一种采用板框压滤机脱水的方法，本发明使用的板框压滤机是目前市场上销售的各种板框压滤机，例如杭州贝特过滤机有限公司商品名XAM1500-UBK型板框式压滤机。由于悬浊液具有酸性且颗粒度较小,所用滤布为涤纶材质，600 目。(9)真空干燥步骤(8)得到的物料再通过真空干燥装置烘干至水分含量3%以下，得到所述的高纯度吩嗪-I-羧酸。真空干燥，又名解析干燥，是一种将物料置于负压条件下，并适当通过加热达到负压状态下的沸点或，者通过降温使得物料凝固后通过溶点来干燥物料的干燥方式。物料内水分在负压状态下溶点沸点都随着真空度的提高而降低，同时辅以真空泵间隙抽湿降低水汽含量，使得物料内的水获得足够的动能脱离物料表面。真空干燥由于处于低温下使得在干燥过程容易高温变质的物料更好的保持原有的特性。发明所述的真空干燥箱设定干燥温度为75°C，真空度为O. 02 005MPa。在本发明中，吩嗪-I-羧酸提取率的计算方法如下
吩嗪-I-羧酸提取率(％)=分离提取得到的吩嗪-I-羧酸/原料中纯吩嗪-I-羧酸 X 100%采用本发明的方法，吩嗪-I-羧酸提取率可以达到90%以上，纯度可以达到95%以上，现有技术可以达到的吩嗪-I-羧酸提取纯度是80%，因此本发明的大米淀粉提取率远高于现有技术可以达到的大米淀粉提取率。另外，本发明的提取成本比有机溶剂萃取法低的多(约为萃取法的1/4)，该方法直接用发酵液进行分离，不仅省去了制成干粉的繁琐步骤，而且该方法简便快捷、不涉及有机溶剂、安全性大大提高。根据本发明方法分离得到的吩嗪-I-羧酸可用于不同浓度吩嗪-I-羧酸悬浮剂农药的配制及其系列衍生物的制备，具有重要的应用价值和社会价值。实施例I本发明的采用絮凝法生产高纯度吩嗪-I-羧酸的方法 (I)原料预处理称取原料120kg (干物质在原料中所占比例为20%，吩嗪-I-羧酸含量为干物质量的65%)，先按照原料与水的重量比1:2. 5添加自来水，用高速搅拌器将膏状的原料打碎，得到的吩嗪-I-羧酸浆液经输送泵输送至胶体磨，浆液研磨后过滤并加入自来水水，将吩嗪-I-羧酸的浓度调节到2. 0%。(2)初调 pH 值先称取足够量的食品级氢氧化钠，将其配制成质量分数10%的溶液存储于碱罐中。吩嗪-I-羧酸反应罐有效容积为I. 2m3，胶磨、调浆完成后，开启进碱阀门进行碱液添加，碱液添加速度以刚好呈线型为最佳。观察发酵罐中的PH值，升至8. 5时关闭进碱阀门，第一次添加完毕，计时搅拌lOmin，分别从罐上部和下部取样阀同时取样并分别测pH值，当上下PH值之差不超过O. I时表示搅拌均匀，然后根据上下料液平均pH值实际情况适当添加碱液。(3)碱溶反应将步骤(2)得到的衆液加热到温度45O, IOOrpm搅拌反应60min ；(4)絮凝将步骤(3)得到的浆液加入以原料中杂质质量计65% (即5. 5kg)碱式氯化铝和以杂质量计7. 2% (即O. 61kg)的阳离子聚丙烯酰胺，絮凝剂预先配制成8%左右的水溶液并分别存储于絮凝液罐中。搅拌桨速度60rpm，开启进液阀门，缓慢将絮凝剂浆液加入发酵液中，衆液添加速度以刚好呈线型为最佳。添加完成后，60rpm继续搅拌IOmin ;在搅拌桨的剪切力下絮体被破碎分散。(5)微调 pH 值絮凝后的发酵液pH值会下降，用配制的NaOH溶液微调pH值至8. 2 ;开启进碱阀门进行碱液添加，碱液添加速度以刚好呈线型为最佳。氢氧化钠溶液浓度为2%，加入与絮凝剂干物质等量的娃藻土，搅拌5min ；(6)过滤洗涤把步骤(5)得到的混合液通过滤布进行固液分离，絮体浆液经过板框过滤，由于开始过滤时未形成滤饼层，滤布空隙大，一些颗粒絮体不可避免的穿过滤布随滤液流出，因此初滤液需返回调浆罐继续过滤避免损失，待滤液澄清后方能关闭回流阀，开启出水阀，将滤液收集至酸沉罐中。滤饼用O. 5%的碱水洗涤，洗涤水量约为100kg，滤饼用压缩空气吹干。(7)滤液酸沉收集步骤(6)得到的碱液，加盐酸调节pH值。将食品级浓盐酸配制成3mol/L的溶液存储于酸罐中，开启进酸阀门进行酸液添加，酸液添加速度以刚好呈线型为最佳。观察调浆罐中的PH值，降至3. 7时关闭进酸阀门，第一次添加完毕，计时搅拌5min，分别从调浆罐上部和下部取样阀同时取样分别测PH值，当上下pH值误差不超过O. I时表示搅拌均匀，若误差超过此范围则需要继续搅拌Imin左右，直到上下料液pH值误差在O. I内。最终罐中悬浊液的pH值为3. 85.(8)脱水采用过滤的方式，将步骤(7)得到的吩嗪-I-羧酸悬浊液脱水，液相弃用，固相保留并用自来水清洗，洗水量为100kg，选用600目涤纶滤布，过滤压差O. 6MPa ；
(9)真空干燥步骤(7)得到的物料再通过真空干燥装置烘干至水分含量3%以下，物料内水分在负压状态下溶点沸点都随着真空度的提高而降低，同时辅以真空泵间隙抽湿降低水汽含量，使得物料内的水获得足够的动能脱离物料表面。真空干燥由于处于低温下使得在干燥过程容易高温变质的物料更好的保持原有的特性。发明所述的真空干燥箱设定干燥温度为75°C，真空度为O. 02MPa，干燥时间3h。最终产品水分含量I. 2%，干物质量14. 7kg，吩嗪-I-羧酸纯度96. 8%，回收率91. 5%。实施例2本发明的采用絮凝法生产高纯度吩嗪-I-羧酸的方法(I)原料预处理称取原料150kg，先加入450kg自来水，用高速搅拌器将膏状的原料打碎，得到的吩嗪-I-羧酸浆液经输送泵输送至胶体磨，研磨后经160目筛过滤，加入自来水，将吩嗪-I-羧酸的浓度调节到I. 9%。⑵初调pH值先称取足够量的食品级氢氧化钠，将其配制成质量分数8%的溶液存储于碱罐中。吩嗪-I-羧酸碱溶罐有效容积为I. 2m3,胶磨、调衆完成后,开启进碱阀门进行碱液添加，碱液添加速度以刚好呈线型为最佳。观察发酵罐中的PH值，升至8. 2时关闭进碱阀门，第一次添加完毕，计时搅拌5min，分别从罐上部和下部取样阀同时取样并分别测pH值，当上下pH值之差不超过O. I时表示搅拌均匀，然后根据上下料液平均pH值实际情况适当添加碱液。(3)碱溶反应将步骤(2)得到的衆液加热到温度40 OAOrpm搅拌反应90min ；(4)絮凝将步骤(3)得到的浆液加入以原料中杂质质量计70% (即7. 2kg)碱式氯化铝和以杂质量计7. 2% (即O. 75kg)的阳离子聚丙烯酰胺，絮凝剂预先配制成8%左右的水溶液并分别存储于絮凝液罐中。搅拌桨速度60rpm，开启进液阀门，缓慢将絮凝剂浆液加入发酵液中，衆液添加速度以刚好呈线型为最佳。添加完成后，80rpm继续搅拌IOmin ;在搅拌桨的剪切力下絮体被破碎分散。(5)微调 pH 值
絮凝后的发酵液pH值会下降，用配制的NaOH溶液微调pH值至8. 5 ;开启进碱阀门进行碱液添加，碱液添加速度以刚好呈线型为最佳。氢氧化钠溶液浓度为5%，加入与絮凝剂干物质等量的娃藻土，搅拌IOmin ；(6)过滤洗涤把步骤(5)得到的混合液通过滤布进行固液分离，絮体浆液经过板框过滤，由于开始过滤时未形成滤饼层，滤布空隙大，一些颗粒絮体不可避免的穿过滤布随滤液流出，因此初滤液需返回调浆罐继续过滤避免损失，待滤液澄清后方能关闭回流阀，开启出水阀，将滤液收集至酸沉罐中。滤饼用O. 2%的碱水洗涤，洗涤水量约为120kg，滤饼用压缩空气吹干。(7)滤液酸沉收集步骤(6)得到的碱液，加盐酸调节pH值。将食品级浓盐酸配制成2mol/L的溶液存储于酸罐中，开启进酸阀门进行酸液添加，酸液添加速度以刚好呈线型为最佳。观察调浆罐中的PH值，降至3. 7时关闭进酸阀门，第一次添加完毕，计时搅拌5min，分别从调浆 罐上部和下部取样阀同时取样分别测PH值，当上下pH值误差不超过O. I时表示搅拌均匀，若误差超过此范围则需要继续搅拌Imin左右，直到上下料液pH值误差在O. I内。最终罐中悬浊液的pH值为3. 38.(8)脱水采用过滤的方式，将步骤(7)得到的吩嗪-I-羧酸悬浊液脱水，液相弃用，固相保留并用自来水清洗，洗水量为150kg，选用600目涤纶滤布，过滤压差O. 6MPa ；(9)真空干燥步骤(7)得到的物料再通过真空干燥装置烘干至水分含量3%以下，物料内水分在负压状态下溶点沸点都随着真空度的提高而降低，同时辅以真空泵间隙抽湿降低水汽含量，使得物料内的水获得足够的动能脱离物料表面。真空干燥由于处于低温下使得在干燥过程容易高温变质的物料更好的保持原有的特性。发明所述的真空干燥箱设定干燥温度为75°C，真空度为O. 02MPa，干燥时间3h。最终产品水分含量1.6%，干物质量19. 0kg，吩嗪-I-羧酸纯度95. 4%，回收率93. 1%。实施例3本发明的采用絮凝法生产高纯度吩嗪-I-羧酸的方法(I)原料预处理称取原料150kg，先加入300kg自来水，用高速搅拌器将膏状的原料打碎，得到的吩嗪-I-羧酸浆液经输送泵输送至胶体磨，研磨后过滤，加入300kg水，将吩嗪-I-羧酸的浓度调节到I. 8%。(2)初调 pH 值先称取足够量的食品级氢氧化钠，将其配制成质量分数10%的溶液存储于碱罐中。吩嗪-I-羧酸碱溶罐有效容积为I. 2m3,胶磨、调衆完成后,开启进碱阀门进行碱液添加，碱液添加速度以刚好呈线型为最佳。添加完毕后，计时搅拌lOmin，分别从罐上部和下部取样阀同时取样并分别测PH值，当上下pH值之差不超过O. I时表示搅拌均匀。(3)碱溶反应将步骤(2)得到的衆液加热到温度35°C,60rpm搅拌反应50min ；(4)絮凝
将步骤(3)得到的浆液加入以原料中杂质质量计65% (即6. 8kg)碱式氯化铝和以杂质量计7. 8% (即O. 80kg)的阳离子聚丙烯酰胺，絮凝剂预先配制成8%左右的水溶液并分别存储于絮凝液罐中。搅拌桨速度60rpm，开启进液阀门，缓慢将絮凝剂浆液加入发酵液中，衆液添加速度以刚好呈线型为最佳。添加完成后，60rpm继续搅拌IOmin ;在搅拌桨的剪切力下絮体被破碎分散。(5)微调 pH 值絮凝后的发酵液pH值会下降，用配制的NaOH溶液微调pH值至8. 5 ;开启进碱阀门进行碱液添加，碱液添加速度以刚好呈线型为最佳。氢氧化钠溶液浓度为2%，加入与絮凝剂干物质等量的娃藻土，搅拌5min ；(6)过滤洗涤把步骤(5)得到的混合液通过滤布进行固液分离，絮体浆液经过板框过滤，由于开 始过滤时未形成滤饼层，滤布空隙大，一些颗粒絮体不可避免的穿过滤布随滤液流出，因此初滤液需返回调浆罐继续过滤避免损失，待滤液澄清后方能关闭回流阀，开启出水阀，将滤液收集至酸沉罐中。滤饼用O. 4%的碱水洗涤，洗涤水量约为150kg，滤饼用压缩空气吹干。(7)滤液酸沉收集步骤(6)得到的碱液，加盐酸调节pH值。将食品级浓盐酸配制成I. 5mol/L的溶液存储于酸罐中，开启进酸阀门进行酸液添加，酸液添加速度以刚好呈线型为最佳。添加完毕，计时搅拌lOmin，分别从调浆罐上部和下部取样阀同时取样分别测pH值，当上下pH值误差不超过O. I时表示搅拌均匀，若误差超过此范围则需要继续搅拌Imin左右，直到上下料液PH值误差在O. I内。最终罐中悬浊液的pH值为3. 18.(8)脱水采用过滤的方式，将步骤(7)得到的吩嗪-I-羧酸悬浊液脱水，液相弃用，固相保留并用自来水清洗，洗水量为150kg，选用600目涤纶滤布，过滤压差O. 6MPa ；(9)真空干燥步骤(7)得到的物料再通过真空干燥装置烘干至水分含量3%以下，物料内水分在负压状态下溶点沸点都随着真空度的提高而降低，同时辅以真空泵间隙抽湿降低水汽含量，使得物料内的水获得足够的动能脱离物料表面。真空干燥由于处于低温下使得在干燥过程容易高温变质的物料更好的保持原有的特性。发明所述的真空干燥箱设定干燥温度为75°C，真空度为O. 04MPa，干燥时间2. 5h。最终产品水分含量I. 5%，干物质量18. 5kg，吩嗪-I-羧酸纯度97. 3%，回收率92. 4%。
权利要求
1.采用絮凝法生产高纯度吩嗪-I-羧酸的方法，其特征在干，使用碱式氯 化铝阳离子聚丙烯酰胺为7 10:1 (w/w)的复合絮凝剂。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，具体包括以下步骤 (1)原料预处理 按照原料与水的质量比1:1.52. 5添加自来水，用高速搅拌器将膏状的原料打碎，得到吩嗪-I-羧酸浆液，用胶体磨研磨后经160目筛分机，将大颗粒杂质截留，在料浆中加入自来水，将吩嗪-I-羧酸的浓度调节到I. 8^2. 5%(优选2. 0-2. 3%)； 所述原料中干物质含量为18 22%，其中吩嗪-I-羧酸占干物质量的65 70% ； (2)初调pH值 配制质量分数8 10%的NaOH溶液，缓慢加入到步骤(I)得到的浆液中，6(Tl00rpm搅拌，调节发酵液的PH值至8. (Γ8. 5 ； (3)碱溶反应 加热到温度4(T50°C，IOOrpm搅拌反应5(T90min ； (4)絮凝 加入以原料中杂质质量计5(Γ80%的复合絮凝剂，其中碱式氯化铝与阳离子聚丙烯酰胺比例为7 10:1，IOOrpm搅拌5 IOmin ； (5)微调pH值 絮凝后的发酵液PH值下降，用质量分数2 5%的NaOH溶液微调pH值至8. (Γ8. 5，然后加入与絮凝剂等量的硅藻土，搅拌均匀； (6)过滤洗涤 通过板框过滤机进行固液分离，初滤液回流，进行二次过滤，待滤饼形成，滤液澄清吋，收集滤液；滤饼用O. 2^0. 5%氢氧化钠溶液洗涤，用量为板框容积量的3飞倍； (7)滤液酸沉 合并步骤(6)的全部滤液，缓慢加入l 3mol/L的盐酸,调节pH值至3. (Γ4. O,使吩嗪-I-羧酸沉淀析出； (8)脱水 采用过滤脱水法将步骤(7)得到的吩嗪-I-羧酸悬浊液脱水，滤液弃用，固相保留并用水清洗，洗水量为板框容积量的3飞倍；然后用压缩空气吹至水分含量6(Γ70% ； (9)干燥 步骤(8)得到的物料再通过真空干燥装置烘干至水分含量3%以下，得到所述的高纯度吩嗪-I-羧酸。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤(I)中高速搅拌后浆液中颗粒直径小于2000 μ m,胶体磨磨楽:后颗粒度小于100 μ m。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中碱溶反应后为棕红色均相溶液，无颗粒。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)中碱式氯化铝预先配制成8%的水溶液，阳离子聚丙烯酰胺预先配制成2%的水溶液。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)中碱式氯化铝为食品级，有效成分含量99%;阳离子聚丙烯酰胺的型号为F0-4440，分子量9X IO6;所述步骤(5)中硅藻土为300目食品级硅藻土。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤(6)中板框过滤滤布材质为涤纶，400^600目，板框进料压カO. 3 0· 6MPa。
8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤(8)中过滤介质为涤纶，60(Γ800目，板框进料压カ为O. 3^0. 6MPa。
9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤(9)中，真空干燥装置的干燥温度为75°C，真空度为O. 02 O. 05MPa，干燥时间3h。
10.根据权利要求I、之任一项所述的方法，其特征在于，制得的吩嗪-I-羧酸颜色为黄色，其中杂质百分含量< 5%，吩嗪-I-羧酸回收率> 90%。
全文摘要
本发明涉及一种利用吩嗪-1-羧酸(Phenazine-1-carboxylic acid，PCA)碱溶酸沉的性质，采用复合絮凝剂去除半成品中的有机物杂质，进而纯化PCA的方法。所述方法包括原料预处理、初调pH值、碱溶反应、絮凝、微调pH值、过滤、加酸等电、脱水和干燥等步骤；最终产品为高纯度PCA，干基含量≥95%，回收率≥90%。该产品可用于不同浓度PCA悬浮剂生物农药的配制，以及系列衍生物的进一步制备，具有重要的社会意义和应用价值。
文档编号C07D241/46GK102838552SQ201210357030
公开日2012年12月26日 申请日期2012年9月21日 优先权日2012年9月21日
发明者于秋生, 陈正行, 冯伟, 张垒宾 申请人:江南大学