本发明涉及木糖酸生产领域，具体而言，涉及一种木糖酸的合成方法。
背景技术：
木糖酸是近年出现的一种新化工产品，能够有效调节维生素c在体内的有效循环与代谢，可以作为植物生长的调节剂和水产养殖的添加剂使用，还可作为水泥粘结剂等。
目前，木糖酸的合成由木糖氧化得到，主要方法有碘氧化法、钯氧化法、生物催化氧化法。
thedevelopmentofcementandconcreteadditive文献重点介绍了钯氧化法和微生物氧化法，由于重金属价格昂贵、环境污染大、反应条件苛刻，天然菌株培养周期长、培养条件苛刻，限制了其大规模的商业化应用。
申请号为201210191920.7公开了一种全细胞高效催化木糖转化制取木糖酸(盐)的方法，以及申请号为201210539717.4公开了一种生物法合成木糖酸的方法，这两篇专利文献重点讲述了基因工程手段构建工程菌进行生物合成木糖酸，由于分子实验具有一些不确定性，且费用较高，使其无法大规模生产。
有鉴于此，特提出本发明。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种木糖酸的合成方法，催化剂使用活性炭，比传统重金属成本低且不会失活，可重复使用；氧气氧化反应速度快，效 率高，得到的木糖酸晶体的纯度为99％以上；有效地降低生产成本，提高产品质量，节约资源提高效益。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种木糖酸的合成方法，以d-木糖溶液作为反应液，活性炭作为催化剂，通入氧气，并调节反应液ph至8-10，进行反应，反应结束后，经分离纯化得到木糖酸。
本发明提供的一种木糖酸的合成方法，是以木糖为原料，活性炭作为催化剂，在ph为8-10时，经过氧气氧化后分离纯化得到木糖酸。本发明的催化剂使用活性炭，比传统重金属成本低且不会失活，可重复使用；氧气氧化反应速度快，效率高；从而有效地降低生产成本，提高产品质量，节约资源提高效益。
经验证，在一定温度条件下更利于氧气对木糖的氧化，优选地，所述反应的温度为35-60℃，优选为45-55℃，更优选为48-50℃。
为了防止其他难处理的成分生成，且达到很好的调节ph效果，优选地，采用氢氧化钠溶液调节反应液的ph。
为了便于调节反应液的ph值，为木糖的氧化反应提供良好的反应环境，优选地，所述氢氧化钠溶液的质量浓度为10％-40％。
更优选地，所述氢氧化钠溶液的质量浓度为20％-30％。
反应液ph在8-10能够达到氧气氧化木糖的效果，经试验发现，反应液ph为9.2-9.8能够进一步提高木糖的氧化效率，优选地，调节所述反应液ph至9.2-9.8。
一定浓度的木糖溶液为木糖的氧化反应提供良好的环境。优选地，所述d-木糖溶液的质量浓度为5％-40％。
为了使木糖更充分的反应，更优选地，所述d-木糖溶液的质量浓度为 15％-25％。
为了更充分地发挥活性炭的催化性能，优选地，所述活性炭的粒径不小于100目。一般地，试验在四口烧瓶中进行时，通入的氧气见到咕噜咕噜冒泡即可；在反应釜中进行反应的时候，通入氧气时，使反应釜的压力为0.1mpa左右，不超过0.2mpa。
为了更利于氧气的氧化反应，优选地，所述氧气为高纯液氧。
为了增加氧气在反应液中的溶解度，并且使氧气较为均一的分布，优选地，通入氧气时搅拌。搅拌可以采用人工搅拌或者是机械搅拌。
优选地，所述活性炭的添加量为d-木糖重量的0.5倍以上。活性炭作为催化剂，一般活性炭的添加量为d-木糖重量的0.5倍以上即可达到较好的催化效果。
为了充分的将木糖催化，更优选地，所述活性炭的添加量为d-木糖重量的1-1.5倍。其中，活性炭的添加量为d-木糖重量的1倍最为经济。
优选地，反应时间为4h以上，优选为5-8h，更优选为5-6h。经试验验证，反应4h以上，木糖已被大部分氧化，随着时间的延长，木糖被更充分的氧化，一般条件合适的话，反应时间6h，木糖的转化率为80％以上。
上述反应生成的是含有木糖酸的溶液，若得到纯的木糖酸，还需要进一步地分离纯化，分离纯化采用一般的方法进行即可得到木糖酸。
优选地，所述分离纯化为：先采用732阳离子交换树脂进行处理，得到木糖酸溶液；
然后将所述木糖酸溶液进行结晶，得到木糖酸。
进一步地，所述结晶为：将所述木糖酸溶液用真空旋转蒸发仪浓缩到质量分数为65％-75％，加入晶种，温度控制在45-50℃进行结晶20-28h。
本发明提供的木糖酸的合成方法，生成的木糖酸溶液经结晶，得到的 木糖酸晶体的纯度为99％以上。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明提供的木糖酸的合成方法，以木糖溶液为原料，以活性炭作为催化剂，经过氧气氧化后分离纯化而得；催化剂使用活性炭，比传统重金属成本低且不会失活，可重复使用；氧气氧化反应速度快，效率高；从而有效地降低生产成本，提高产品质量，节约资源提高效益。
(2)本发明还限定了反应的温度和d-木糖溶液的浓度，以使木糖更好的被氧化，生成木糖酸。
(3)本发明还限定了活性炭的添加量和反应的时间，以使木糖充分氧化，生成木糖酸。
(4)本发明还限定了后续分离纯化的步骤，以高效得到木糖酸晶体；本发明提供的木糖酸的合成方法，生成的木糖酸溶液经结晶，得到的木糖酸晶体的纯度99％以上。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
一种木糖酸的合成方法，包括以下步骤：
250ml四口烧瓶中加入d-木糖30.51g，用水定容至150g；
混匀后加入活性炭45.76g，搅拌下通入氧气，油浴控温48-50℃，用质量浓度为25％的氢氧化钠溶液调节溶液ph在9.5-9.8；
反应6h后，过滤活性炭，得到的液体采用高效液相色谱法测定其中的木糖含量，测得溶液中木糖含量为3.8％，计算木糖转化率为81.32％；
过滤得到的木糖酸钠溶液通过732阳离子交换树脂，得到木糖酸溶液；
用色谱柱ailtechc18检测木糖酸溶液，大约在10min处出峰，与标准品对比得到木糖酸含量为15.32％。
实施例2
一种木糖酸的合成方法，包括以下步骤：
250ml四口烧瓶中加入d-木糖30.30g，用水定容至150g；
混匀后加入颗粒状活性炭30.30g，搅拌下通入氧气，油浴控温45-48℃，用质量浓度为25％的氢氧化钠溶液调节溶液ph在9.5-9.8；
反应6h后，过滤活性炭，得到的液体采用高效液相色谱法测定其中的木糖含量，测得溶液中木糖含量为5.8％，计算木糖转化率为71.29％；
过滤得到的木糖酸钠溶液通过732阳离子交换树脂，得到木糖酸溶液；
用色谱柱ailtechc18检测，大约在10min处出峰，与标准品对比得到木糖酸含量为12.18％。
实施例3
一种木糖酸的合成方法，包括以下步骤：
250ml四口烧瓶中加入d-木糖46.05g，用水定容至150g；
混匀后加入颗粒状活性炭69.08g，搅拌下通入氧气，油浴控温48-50℃，用质量浓度为25％的氢氧化钠溶液调节ph在9.2-9.5；
反应6h后，过滤活性炭，得到的液体采用高效液相色谱法测定其中的木糖含量，测得溶液中木糖含量为4.3％，计算木糖转化率为85.99％；
过滤得到的木糖酸钠溶液通过732阳离子交换树脂，得到木糖酸溶液；
用色谱柱ailtechc18检测，大约在10min处出峰，与标准品对比得 到木糖酸含量为25.3％。
实施例4
一种木糖酸的合成方法，包括以下步骤：
250ml四口烧瓶中加入d-木糖5g，用水定容至100g；
混匀后加入活性炭10g，搅拌下通入高纯液氧，油浴控温35-40℃，用质量浓度为10％的氢氧化钠溶液调节ph在8.0-8.5；
反应10h后，过滤活性炭，得到的液体采用高效液相色谱法测定其中的木糖含量，测得溶液中木糖含量为1.6％，计算木糖转化率为68％；
过滤得到的木糖酸钠溶液通过732阳离子交换树脂，得到木糖酸溶液；
用色谱柱ailtechc18检测，大约在10min处出峰，与标准品对比得到木糖酸含量为3.2％。
实施例5
一种木糖酸的合成方法，包括以下步骤：
250ml四口烧瓶中加入d-木糖15g，用水定容至100g；
混匀后加入活性炭22.5g，搅拌下通入高纯液氧，油浴控温40-45℃，用质量浓度为15％的氢氧化钠溶液调节ph在8.5-9.0；
反应8h后，过滤活性炭，得到的液体采用高效液相色谱法测定其中的木糖含量，测得溶液中木糖含量为3.3％，计算木糖转化率为78％；
过滤得到的木糖酸钠溶液通过732阳离子交换树脂，得到木糖酸溶液；
用色谱柱ailtechc18检测，大约在10min处出峰，与标准品对比得到木糖酸含量为10.8％。
实施例6
一种木糖酸的合成方法，包括以下步骤：
400ml四口烧瓶中加入d-木糖50g，用水定容至200g；
混匀后加入活性炭50g，搅拌下通入氧气，油浴控温48-50℃，用质量浓度为20％的氢氧化钠溶液调节ph在9.0-9.2；
反应6h后，过滤活性炭，得到的液体采用高效液相色谱法测定其中的木糖含量，测得溶液中木糖含量为4.5％，计算木糖转化率为82％；
过滤得到的木糖酸钠溶液通过732阳离子交换树脂，得到木糖酸溶液；
用色谱柱ailtechc18检测，大约在10min处出峰，与标准品对比得到木糖酸含量为19.8％。
实施例7
一种木糖酸的合成方法，包括以下步骤：
250ml四口烧瓶中加入d-木糖40g，用水定容至100g；
混匀后加入颗粒状活性炭60g，搅拌下通入高纯液氧，油浴控温50-52℃，用质量浓度为40％的氢氧化钠溶液调节ph在9.2-9.5；
反应8h后，过滤活性炭，得到的液体采用高效液相色谱法测定其中的木糖含量，测得溶液中木糖含量为7.58％，计算木糖转化率为81.05％；
过滤得到的木糖酸钠溶液通过732阳离子交换树脂，得到木糖酸溶液；
用色谱柱ailtechc18检测，大约在10min处出峰，与标准品对比得到木糖酸含量为29.84％。
实施例8
一种木糖酸的合成方法，包括以下步骤：
250ml四口烧瓶中加入d-木糖20g，用水定容至100g；
混匀后加入颗粒状活性炭40g，搅拌下通入氧气，油浴控温45-48℃，用质量浓度为30％的氢氧化钠溶液调节ph在9.2-9.5；
反应5h后，过滤活性炭，得到的液体采用高效液相色谱法测定其中的木糖含量，测得溶液中木糖含量为3.5％，计算木糖转化率为82.5％；
过滤得到的木糖酸钠溶液通过732阳离子交换树脂，得到木糖酸溶液；
用色谱柱ailtechc18检测，大约在10min处出峰，与标准品对比得到木糖酸含量为15.35％。
实施例9
一种木糖酸的合成方法，包括以下步骤：
250ml四口烧瓶中加入d-木糖25g，用水定容至100g；
混匀后加入颗粒状活性炭25g，搅拌下通入高纯液氧，油浴控温45-48℃，用质量浓度为30％的氢氧化钠溶液调节ph在8.5-9.0；
反应7h后，过滤活性炭，得到的液体采用高效液相色谱法测定其中的木糖含量，测得溶液中木糖含量为5.0％，计算木糖转化率为80％；
过滤得到的木糖酸钠溶液通过732阳离子交换树脂，得到木糖酸溶液；
用色谱柱ailtechc18检测，大约在10min处出峰，与标准品对比得到木糖酸含量为18.75％。
实施例10
一种木糖酸的合成方法，包括以下步骤：
250ml四口烧瓶中加入d-木糖22g，用水定容至100g；
混匀后加入颗粒状活性炭44g，搅拌下通入高纯液氧，油浴控温40-45℃，用质量浓度为25％的氢氧化钠溶液调节ph在9.5-10；
反应5h后，过滤活性炭，得到的液体采用高效液相色谱法测定其中的木糖含量，测得溶液中木糖含量为5.5％，计算木糖转化率为75％；
过滤得到的木糖酸钠溶液通过732阳离子交换树脂，得到木糖酸溶液；
用色谱柱ailtechc18检测，大约在10min处出峰，与标准品对比得到木糖酸含量为15.23％。
实施例1-10中，测定木糖含量的高效液相色谱条件为：色谱柱sp0810 (8.0mm×300mm，7μm)，流动相为超纯水，流速0.7ml/min，进样量10μl，柱温80℃；测定木糖酸溶液的高效液相色谱条件均为：色谱柱ailtechc18(4.6mm×250mm，5μm)，流动相为30％的甲醇和0.04mol/l磷酸二氢钾溶液，ph3.6(磷酸调节)，流速0.7ml/min，检测波长为215nm，进样量20μl，柱温为室温。
实施例1-10制得的木糖酸溶液根据溶液的情况进行结晶，一般将木糖酸溶液先用真空旋转蒸发仪浓缩到质量分数为65％-75％，加入晶种，温度控制在45-50℃进行结晶20-28h，即可得到木糖酸。
本发明采用传统的化学法催化氧化木糖生产木糖酸，是以木糖溶液为原料，以活性炭作为催化剂，经过氧气氧化后分离纯化得到木糖酸晶体，木糖酸晶体的纯度为99％以上。本发明的催化剂使用活性炭，比传统重金属成本低且不会失活，可重复使用；氧气氧化反应速度快，效率高；从而有效地降低生产成本，提高产品质量，节约资源提高效益。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。