一种生产葡萄糖酸钠的方法
【专利摘要】本发明涉及一种生产葡萄糖酸钠的方法，该方法采用葡萄糖溶液或生产结晶葡萄糖的母液为原料，以活性炭为催化剂，在气—液—固三相反应器中，经过臭氧氧化生产葡萄糖酸钠。本发明的催化剂对比传统贵金属催化剂成本大幅降低并且不会失活；臭氧氧化反应速度快，效率高；由于不存在催化剂污染，可以利用葡萄糖结晶母液作原料生产葡萄糖酸钠，产品质量高，节约资源提高效益。生产过程无废物排放。
【专利说明】一种生产葡萄糖酸钠的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种生产葡萄糖酸钠的方法。
【背景技术】
[0002]葡萄糖酸钠是一种多羟基有机弱酸盐，白色或淡黄色结晶粉末，易溶于水，微溶于醇，不溶于醚，无毒。葡萄糖酸钠与金属离子有极强的螯合能力，能形成稳定的络合物，且受温度影响小，被广泛应用于水质处理剂和稳定剂、电镀液、缓蚀阻垢剂，此外，葡萄糖酸钠被大量应用在建筑行业中，作为水泥的缓凝增强添加剂。
[0003]现有技术中，葡萄糖酸钠的生产方法包括:发酵法、均相氧化法、电解氧化法和多相催化氧化法。多相催化氧化法是其中最先进的方法，产品质量好纯度高，但是该技术的主要缺点是反应条件要求严格，贵金属催化剂易受污染失活，容易流失等。
[0004]中国 专利CN87100011A公开一种改进的催化剂，用铅替代部分贵金属钼或钯，减少催化剂贵金属含量，降低成本，但催化剂的污染失活以及悬浮态气液固喷射反应方式对催化剂磨损严重，加剧催化剂流失。
[0005]中国专利CN1807399A公开一种改进的方法,可以减少贵金属催化剂用量,但是工艺中增加了均相催化氧化，使生产过程复杂而催化剂的根本问题没有得到解决。
[0006]CN102701952A也公开了一种催化剂改进方案，在钯催化剂中引入铋作为助催化剂提高了催化剂性能，但仍无法摆脱失活和流失的弊端。臭氧是一种强氧化性物质，其氧化作用可以体现在臭氧分子的直接氧化和在水中分解产生羟基自由基这一强氧化性中间体，此外，臭氧在氧化有机物时，也可以产生羟基自由基，形成所谓链式反应。
[0007]乐治平等在《南昌大学学报》工科版，2011，33 (3):217~221发表的文章介绍了微波辐照下臭氧氧化葡萄糖制备葡萄糖酸的研究。利用微波加速化学反应目前在工业上应用会受到设备和安全方面的限制，工业化生产操作控制难度大。且报导产率不高。
【发明内容】
[0008]本发明所要解决的技术问题是提供一种高效、低耗、绿色无污染的生产葡萄糖酸钠的方法。本发明将活性炭用于臭氧氧化葡萄糖的反应催化剂，同时利用碱性反应条件对臭氧反应的催化促进作用生产葡萄糖酸钠。
[0009]本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种生产葡萄糖酸钠的方法，采用葡萄糖溶液或生产结晶葡萄糖的母液为原料，以活性炭为催化剂，在气一液一固三相反应器中，经过臭氧氧化生产葡萄糖酸钠，具体步骤如下:
[0010]在气一液一固三相反应器的顶部加入葡萄糖溶液或生产结晶葡萄糖的母液，在其底部通入臭氧，所述葡萄糖溶液或生产结晶葡萄糖的母液与所述臭氧在填料床层接触，在以活性炭为催化剂的作用下进行反应，反应后得到葡萄糖酸钠，所述葡萄糖酸钠从所述反应器的底部进入中间槽，然后再经循环至所述反应器的顶部。
[0011]本发明的有益效果是:本发明的催化剂对比传统贵金属催化剂成本大幅降低并且不会失活；臭氧氧化反应速度快，效率高；由于不存在催化剂污染，可以利用葡萄糖结晶母液作原料生产葡萄糖酸钠，产品质量高，节约资源提高效益。生产过程无废物排放。
[0012]在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
[0013]进一步，所述葡萄糖溶液或生产结晶葡萄糖的母液的质量浓度为1%~40%，优选为 10% ~30%O
[0014]采用上述进一步方案的有益效果是，保证合适的粘度以利于非均相反应。
[0015]进一步，所述臭氧是通过电晕放电或紫外光照射空气或氧气制得。
[0016]臭氧的质量浓度是根据反应葡萄糖溶液的质量浓度调节臭氧浓度，以保证反应过程温度稳定。
[0017]进一步，所述活性炭为颗粒状活性炭。
[0018]采用上述进一步方案的有益效果是，在反应中起到催化剂和提高气液接触效果的填料双重作用。
[0019]进一步，所述进行反应的工艺条件如下:控制PH值在8~10之间，优选为9~9.5之间，所述PH值是通过NaOH溶液进行调节；
[0020]控制反应温度在10~60摄氏度之间，优选为35~45摄氏度之间。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为本发明生产葡萄糖酸钠的方法的工艺流程图；
[0022]图2为催化剂用量对反应转化率的影响图；
[0023]图3为反应PH值对转化率的影响图；
[0024]图4为反应温度对转化率的影响图；
[0025]附图中，各标号所代表的部件列表如下:
[0026]1、反应器，2、填料床层，3、臭氧机，4、中间槽，5、循环泵。
【具体实施方式】
[0027]以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
[0028]一种生产葡萄糖酸钠的方法，包括以下步骤:
[0029]在气一液一固三相反应器I的顶部加入葡萄糖溶液或生产结晶葡萄糖的母液，在其底部通入臭氧，来自臭氧机3，所述葡萄糖溶液或生产结晶葡萄糖的母液与所述臭氧在填料床层2接触，在以活性炭为催化剂的作用下进行反应，反应后生成葡萄糖酸钠，含葡萄糖酸钠反应液从所述反应器I的底部进入中间槽4，然后再经循环泵5至所述反应器I的顶部进入反应器I循环反应，直至反应完成。
[0030]所述葡萄糖溶液或生产结晶葡萄糖的母液的质量浓度为1%~40%，优选为10%~30%。
[0031]所述臭氧是通过电晕放电或紫外光照射空气或氧气制得。
[0032]所述活性炭为颗粒状活性炭，活性炭催化剂对葡萄糖转化率的影响关系如附图2所示，在反应温度20°C，PH值为9.5的条件下，反应5小时后，葡萄糖转化率随着催化剂用量的增加而增大。当活性炭与原料葡萄糖重量比为1.5时，转化率达到89%，再增大催化剂用量，转化率提高不显著。
[0033]所述进行反应的工艺条件如下:控制PH值在8~10之间，优选为9~9.5之间，所述PH值是通过NaOH溶液进行调节，反应体系PH值的影响如附图3所示，在图示反应条件下，PH值在9.5时的转化率最高，过高的PH值会使臭氧快速分解，影响氧化反应效果。
[0034]控制反应温度在10~60摄氏度之间，优选为35~45摄氏度之间，反应温度对转化率的影响关系如附图4所示，升高温度有利于提高反应速率，但达到50°C后，葡萄糖会出现脱水碳化，溶液颜色变深。转化率增大但目的产物葡萄糖酸钠质量下降。
[0035]以下通过几个具体的实施例对本发明进行具体的说明。
[0036]实施例1
[0037]采用附图1所示流程。固定床反应器I内径40厘米，高300厘米，颗粒活性炭选用柱状2.5厘米X 4厘米，装填在反应器I内的孔板上，装填高度250厘米。在中间槽4中加入50千克葡萄糖和200千克的水，溶解并加热至40摄氏度，加入NaOH溶液调节PH值9~10，开启循环泵5和臭氧机3，调节循环泵5流量3立方米/小时，臭氧浓度15克/立方米，流量100立方米/小时，反应3小时，葡萄糖转化率97%，溶液无色透明。
[0038]实施例2
[0039]采用与实施例1相同装置流程，原`料选用300公斤葡萄糖生产的结晶母液，含糖>40%。首先进行过滤，去除机械杂质，加水100公斤稀释至含糖量〈30%，减低糖液粘度。随后进行氧化反应--温度45摄氏度，液相循环量位方米/小时，臭氧浓度10克/立方米，流量150立方米/小时。反应5小时，葡萄糖转化率95%，产物为微黄色透明溶液。
[0040]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种生产葡萄糖酸钠的方法，其特征在于，包括以下步骤: 在气一液一固三相反应器的顶部加入葡萄糖溶液或生产结晶葡萄糖的母液，在其底部通入臭氧，所述葡萄糖溶液或生产结晶葡萄糖的母液与所述臭氧在填料床层接触，在以活性炭为催化剂的作用下进行反应，反应后得到葡萄糖酸钠，所述葡萄糖酸钠从所述反应器的底部进入中间槽，然后再经循环至所述反应器的顶部。
2.根据权利要求1所述的生产葡萄糖酸钠的方法，其特征在于，所述葡萄糖溶液或生产结晶葡萄糖的母液的质量浓度为1%~40%。
3.根据权利要求2所述的生产葡萄糖酸钠的方法，其特征在于，所述葡萄糖溶液或生产结晶葡萄糖的母液的质量浓度为10%~30%。
4.根据权利要求1所述的生产葡萄糖酸钠的方法，其特征在于，所述臭氧是通过电晕放电或紫外光照射空气或氧气制得。
5.根据权利要求1所述的生产葡萄糖酸钠的方法，其特征在于，所述活性炭为颗粒状活性炭。
6.根据权利要求1至5任一项所述的生产葡萄糖酸钠的方法，其特征在于，所述进行反应的工艺条件如下:控制PH值在8~10之间，所述PH值是通过NaOH溶液进行调节；控制反应温度在10~60摄氏度之间。
7.根据权利要求6述的生产葡萄糖酸钠的方法，其特征在于:控制PH值在9~9.5之间；控制反应温度在35~45摄氏度之`间。
【文档编号】C07C51/41GK103739478SQ201310661638
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年12月9日 优先权日:2013年12月9日
【发明者】姚瑞清, 黎四霞, 周博 申请人:西北大学