本发明属于制药技术领域，涉及一种从酶法制备6-氨基青霉烷酸(下文简称6-APA)的废液中回收苯乙酸的方法。
背景技术：
苯乙酸(phenylacetic acid)，简称PAA，分子量为136.15，性状为白色有光泽的叶片状晶体。苯乙酸化学性质活泼，具有羧基、亚甲基和苯环的典型反应，可以进行成盐、酯化、酰胺化、硝化、卤化、磺化、脱羧等反应，可以参与许多官能团的转换，是重要的医药、精细化工中间体。在医药领域，苯乙酸是随着青霉素工业的发展而成长，是发酵生产青霉素G(常用其钾盐，也称工业盐，简称PGK)的主要前体。青霉素G是生产6-APA的主要原料，而我国是6-APA生产和出口大国，因此苯乙酸在市场上十分紧缺，且价格比较昂贵。
目前，我国生产6-APA主要采用酶法，青霉素通过酶作用生成6-APA和苯乙酸；然后，用醋酸丁酯萃取法，将苯乙酸萃取到醋酸丁酯中，从而使苯乙酸与6-APA分离；再用碱液对醋酸丁酯相进行反萃，得到含有苯乙酸钠的水溶液。这部分水溶液，通常被称为酶法制备6-APA的废液，杂质比较多。
中国专利文献ZL 201110214202.2披露了一种苯乙酸回收及纯化的方法，对于上述得到的废液，经H2O2、活性炭处理，加盐酸酸化，析出苯乙酸结晶。由于该废液杂质比较多，因此制备的苯乙酸纯度不是很高。
此外，因为苯乙酸对环境有危害，可造成水体和大气污染，并受公安部门管制，采购难度大。因此，如果废水排放能做到苯乙酸零排放，即可改善周围环境且提高经济效益，实现经济发展与环境保护的双赢。
技术实现要素：
因此，本发明的目的在于提供一种苯乙酸收率高、产品品质好、废水无污染零排放的从酶法制备6-氨基青霉烷酸的废液中回收苯乙酸的方法。
本发明利用甲苯萃取酶法制备6-APA的废液，pH保持在1.5-3.0，得到含有苯乙酸的甲苯相和含有低浓度苯乙酸的水相；含有苯乙酸的甲苯相经浓硫酸酸洗、碱液萃取等步骤，即可得到质量较高的苯乙酸钠水溶液，该水溶液可以直接用于发酵生产青霉素。如果上述得到的含有低浓度苯乙酸的水相直接排污，这种情况下回收苯乙酸钠的收率也比较高，能达到70％左右，产品质量较好，符合相关的标准及使用要求。含有低浓度苯乙酸的水相中苯乙酸含量大约在2.0-6.0mg/ml，虽然水中苯乙酸含量低，但体积比较大，这部分水直接排污，不仅降低了企业的收益，而且给环保带来很大的压力。
含有低浓度苯乙酸的水相不易被回收，但这部分苯乙酸的价值也比较高，而且直接排污，对环境有污染。本发明人经过反复研究、探索，它山之石，可以攻玉，采用大孔吸附树脂实现了这部分苯乙酸的回收，即，含有低浓度苯乙酸的水相先经预处理回收硫酸钠，再用大孔吸附树脂吸附其中的苯乙酸，而吸附后的低浓度水可直接排污，几乎可以做到苯乙酸零排放，实现经济和环保双赢。
因此，根据本发明，本发明的从酶法制备6-氨基青霉烷酸的废液中回收苯乙酸的方法，包括如下步骤：
步骤1：利用甲苯萃取苯乙酸
利用甲苯从酶法制备6-APA的废液中，在pH值1.5至3.0、温度50℃至70℃下进行萃取，得到含有苯乙酸的甲苯相和含有低浓度苯乙酸的水相；
步骤2：制备杂质少的苯乙酸钠水溶液
对上述步骤1得到的含有苯乙酸的甲苯相，用浓硫酸处理除杂，然后用NaOH碱液进行萃取，得到苯乙酸钠水溶液；
步骤3：利用大孔吸附树脂从含有低浓度苯乙酸的水相中回收苯乙酸
将上述步骤1得到的含有低浓度苯乙酸的水相，利用蒸馏除去甲苯之后，低温结晶除去硫酸钠晶体，所得到的预处理液利用大孔吸附树脂吸附其中的苯乙酸，而后用碱液进行解析再回收其中的苯乙酸。
图1为本发明的从酶法制备6-氨基青霉烷酸的废液中回收苯乙酸的方法的工艺流程图。下面结合图1，更详细地描述本发明的从酶法制备6-氨基青霉烷酸的废液中回收苯乙酸的方法。
在本发明中，所述酶法制备6-氨基青霉烷酸的废液是指，在酶法制备6-APA中，青霉素通过酶裂解作用生成6-APA和苯乙酸；然后，用醋酸丁酯萃取该裂解反应液，将苯乙酸萃取到醋酸丁酯中，从而使苯乙酸与6-APA分离；再用碱液对醋酸丁酯相进行反萃，得到含有苯乙酸钠的水相。这部分含有苯乙酸钠的水相，通常被称为酶法制备6-APA的废液。这部分废液中苯乙酸钠含量大约在200mg/ml，其中含有大量杂质，主要有发酵带过来的蛋白、色素等，裂解过程青霉素降解物如青霉噻唑酸等，以及未发生裂解的少量青霉素。
在所述步骤1中，利用甲苯从酶法制备6-APA的废液中，在pH值1.5至3.0、温度50℃至70℃下进行萃取，得到含有苯乙酸的甲苯相和含有低浓度苯乙酸的水相。
其中，采用硫酸，优选采用浓硫酸将废液和甲苯混合液的pH值调节为1.5至3.0之间，优选1.5至2.0之间；在50℃至70℃之间的温度，优选60℃至70℃之间的温度，进行萃取，静置分层后，得到含有苯乙酸的甲苯相和含有低浓度苯乙酸的水相。
利用甲苯从酶法制备6-APA的废液中萃取苯乙酸，考虑到甲苯的毒性和刺激性，在保证苯乙酸尽可能完全萃取的情况，不宜过量使用，同时，甲苯的用量不宜太少，应足以充分萃取废液中的苯乙酸。优选的是，在所述步骤1中，所述酶法制备6-APA的废液与甲苯的体积比为1：0.7～0.3，更优选为1：0.5。
在所述步骤2中，对上述步骤1得到的含有苯乙酸的甲苯相，用浓硫酸处理除杂，然后用NaOH碱液进行萃取，得到苯乙酸钠水溶液。
其中，所述用浓硫酸处理除杂，就是用浓硫酸多次洗涤含有苯乙酸的甲苯相直到杂质层无色，一般来说，洗涤3次；每次洗涤，浓硫酸用量为含有苯乙酸的甲苯相体积的0.1％～5％，优选0.3％～2％，且多次洗涤时，浓硫酸用量按梯度递减，例如，当用浓硫酸洗涤3次时，3次浓硫酸用量体积比为5：3：1。
在用浓硫酸处理除杂之后，用NaOH碱液进行萃取，在此过程中，对NaOH碱液的用量不作限定，在pH值为7.5至9.5之间，苯乙酸以苯乙酸钠盐的形式进入水相。优选的是，用质量浓度30％的NaOH碱液，将pH值调节为7.5至9.5(优选8.0～9.0)之间进行萃取，静置分层后，得到甲苯相和质量良好的苯乙酸钠水溶液。甲苯相经回收可以重复使用。
在所述步骤3中，将上述步骤1得到的含有低浓度苯乙酸的水相，利用蒸馏除去甲苯之后，低温结晶除去硫酸钠晶体，所得到的预处理液利用大孔吸附树脂吸附其中的苯乙酸，而后用碱液进行解析再回收其中的苯乙酸。
上述步骤1得到的含有低浓度苯乙酸的水相必须尽可能完全除去甲苯，有两个原因，一是甲苯为有机相，会造成树脂溶胀，导致树脂颗粒孔径变大，降低苯乙酸吸附量；二是苯乙酸易溶于甲苯，减少水相中苯乙酸含量，进而降低苯乙酸的收率。可以采用减压蒸馏先除去甲苯，在步骤1分层得到含有低浓度苯乙酸的水相时，该水相温度比较高，此时可直接减压蒸馏除甲苯，可以不用再升温，节约能源。
在蒸馏除去甲苯之后，降低温度，会析出硫酸钠晶体，经过离心过滤，得到硫酸钠和预处理液。这部分硫酸钠质量比较好，经青霉素发酵验证，与市场购买的硫酸钠没有较大差别。回收得到这部分硫酸钠，从而可以提高经济效益。
上述得到的预处理液利用大孔吸附树脂吸附其中的苯乙酸，所述大孔吸附树脂，例如山东鲁抗立科药业有限公司生产的大孔吸附树脂，如LK-100、LK-103等；西安蓝晓科技新材料股份有限公司生产的大孔吸附树脂，如LXT-053等。
在进行吸附时，吸附速度为1～3BV/h，优选为2BV/h，在流出液检测出苯乙酸含量大于预处理液苯乙酸含量的10％时，停止吸附。这些流出液可用于酸化树脂，或者由于几乎不含苯乙酸、无机盐含量低，可直接排污。
然后，采用NaOH碱液进行解析，具体地，解析时，用4wt％稀NaOH溶液(温度约70℃)，以约1BV/h速度解析，解析液分三部分，第一部分，苯乙酸钠含量和pH都低，可以与预处理液混合，用于下次吸附；第二部分，解析液中苯乙酸含量高，pH为中性，可与酶法制备6-APA的废液混合进行苯乙酸的回收；第三部分，解析液中苯乙酸含量低，pH为碱性，可用于配制用于解析的稀液碱。
有益效果
本发明的从酶法制备6-氨基青霉烷酸的废液中回收苯乙酸的方法，操作简单，便于推广应用；利用甲苯从酶法制备6-APA的废液中萃取，得到含有苯乙酸的甲苯相和含有低浓度苯乙酸的水相；含有苯乙酸的甲苯相，经碱液萃取得到质量优异的苯乙酸钠水溶液，可以直接用于发酵生产青霉素；含有低浓度苯乙酸的水相先经预处理回收硫酸钠，再用大孔吸附树脂吸附其中的苯乙酸进行回收，而吸附后的低浓度水可直接排污，几乎可以做到苯乙酸零排放，实现经济和环保双赢；副产的硫酸钠可用于发酵，也具有经济效益。
附图说明
图1为本发明的从酶法制备6-氨基青霉烷酸的废液中回收苯乙酸的方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面通过实施例更具体地说明本发明，但本发明的保护范围不局限于这些实施例中。
所用试剂：浓硫酸(工业级，含量95％)
NaOH碱液(工业级质量浓度30％)
大孔吸附树脂(LXT-053)
甲苯(工业级，含量98.7％)
在下面实施例中苯乙酸、苯乙酸钠含量均以苯乙酸计量。
实施例1
步骤1：利用甲苯萃取苯乙酸
取400ml酶法制备6-APA的废液(透光率为20％，外观红黑色，纯度67％)，其中苯乙酸含量为203mg/ml，pH值为8.9，在温度35℃下，缓慢加200ml甲苯；再向其中加入60ml浓硫酸调节pH值为1.95，将温度控制在68℃，界面清晰后，静置分层，即含有苯乙酸的甲苯相和含有低浓度苯乙酸的水相；分离得到含有苯乙酸的甲苯相260ml，以及含有低浓度苯乙酸的水相360ml(苯乙酸含量为5.23mg/ml)。
步骤2：制备杂质少的苯乙酸钠水溶液
对上述步骤1得到的含有苯乙酸的甲苯相260ml，用浓硫酸进行洗涤，第一次加5ml浓硫酸洗涤，静置5分钟，分层后杂质位于下层，呈黑色，去除该杂质层；第二次加3ml浓硫酸洗涤，静置5分钟，分层后杂质位于下层，呈黄色，去除该杂质层；第三次加1ml浓硫酸洗涤，静置5分钟，分层后杂质位于下层，呈白色，去除该杂质层；然后，往该含有苯乙酸的甲苯相中缓慢加入30％NaOH碱液80ml，使pH值为8.3，静置分层，得到甲苯相和苯乙酸钠水溶液140ml，分离出该苯乙酸钠水溶液140ml。
该苯乙酸钠水溶液中苯乙酸的含量为440.2mg/ml，该部分收率75.9％。该苯乙酸钠水溶液透光率为80％、外观微黄色、纯度为95％，质量得到明显提高，可以直接用于青霉素工业生产中。
步骤3：利用大孔吸附树脂从含有低浓度苯乙酸的水相中回收苯乙酸
采用上述步骤1共制备含有低浓度苯乙酸的水相3000ml，减压蒸馏至剩余液体2800ml，以除去甲苯；然后，降温至8℃，有晶体缓慢析出，过滤后，得到硫酸钠晶体(湿重1200g，干重718g)和预处理液即滤液2000ml(苯乙酸含量为3.55mg/ml)，其中硫酸钠与含有低浓度苯乙酸的水相质量体积比为23.93％。
重复上述步骤，共制备预处理液5000ml。
取100ml大孔吸附树脂(型号LXT-053)，用200ml甲醇活化；取上述制备的预处理液5000ml(苯乙酸含量为3.55mg/ml)，用2BV/h速度进行吸附；
检测吸附进行到10BV时，流出液中苯乙酸含量为0；吸附进行到20BV时，流出液中苯乙酸含量为0；吸附进行到25BV时，流出液中苯乙酸含量为0.007mg/ml；吸附进行到30BV时，流出液中苯乙酸含量为0.45mg/ml，瞬时苯乙酸含量大于原液的10％，停止吸附；合并上述流出液，其中苯乙酸含量为0.06mg/ml，即上述100ml大孔吸附树脂吸附量为10.47g，即1升树脂吸附100.47g。
解析时，用4wt％稀NaOH溶液(T＝70℃)，以1BV/h速度解析，5小时完成。解析液分三部分，第一部分，解析头液中苯乙酸含量0.1mg/ml，体积100ml，这部分苯乙酸含量和pH都低，可用于下次吸附；第二部分，高浓度PAA解析液中苯乙酸含量45.01mg/ml，体积200ml，这部分pH为中性，可与酶法制备6-APA的废液混合进行苯乙酸的回收；第三部分，低浓度PAA解析尾液中苯乙酸含量4.67mg/ml，体积200ml，含量低，pH为碱性，可用于配制用于解析的稀液碱。
解析量总共为9.95g，解析率为95.0％。
实施例2
步骤1：利用甲苯萃取苯乙酸
取400ml酶法制备6-APA的废液(透光率为22％，外观红黑色，纯度69％)，其中苯乙酸含量为195mg/ml，pH值为8.9，在温度37℃下，缓慢加200ml甲苯；再向其中加入60ml浓硫酸调节pH值为1.99，将温度控制在68℃，界面清晰后，静置分层，即含有苯乙酸的甲苯相和含有低浓度苯乙酸的水相；分离得到含有苯乙酸的甲苯相260ml，以及含有低浓度苯乙酸的水相360ml(苯乙酸含量为5.67mg/ml)。
步骤2：制备杂质少的苯乙酸钠水溶液
对上述步骤1得到的含有苯乙酸的甲苯相260ml，用浓硫酸进行洗涤，第一次加5ml浓硫酸洗涤，静置5分钟，分层后杂质位于下层，呈黑色，去除该杂质层；第二次加3ml浓硫酸洗涤，静置5分钟，分层后杂质位于下层，呈黄色，去除该杂质层；第三次加1ml浓硫酸洗涤，静置5分钟，分层后杂质位于下层，呈白色，去除该杂质层；然后，往该含有苯乙酸的甲苯相中缓慢加入30％NaOH碱液78ml，使pH值为8.3，静置分层，得到甲苯相和苯乙酸钠水溶液135ml，分离出该苯乙酸钠水溶液135ml。
该苯乙酸钠水溶液中苯乙酸的含量为452.9mg/ml，该部分收率78.3％。该苯乙酸钠水溶液透光率为83％、外观微黄色、纯度为96.5％，质量得到明显提高，可以直接用于青霉素工业生产中。
步骤3：利用大孔吸附树脂从含有低浓度苯乙酸的水相中回收苯乙酸
采用上述步骤1共制备含有低浓度苯乙酸的水相3000ml，减压蒸馏至剩余液体2820ml，以除去甲苯；然后，降温至8℃，有晶体缓慢析出，过滤后，得到硫酸钠晶体(湿重1150g，干重720g)和预处理液即滤液2000ml(苯乙酸含量为4.21mg/ml)，其中硫酸钠与含有低浓度苯乙酸的水相质量体积比为24％。
重复上述步骤，共制备预处理液5000ml。
取100ml大孔吸附树脂(型号LXT-053)，用200ml甲醇活化；取上述制备的预处理液5000ml(苯乙酸含量为4.21mg/ml)，用2BV/h速度进行吸附；
检测吸附进行到10BV时，流出液中苯乙酸含量为0；吸附进行到20BV时，流出液中苯乙酸含量为0；吸附进行到25BV时，流出液中苯乙酸含量为0.43mg/ml，瞬时苯乙酸含量大于原液的10％，停止吸附；合并上述流出液，其中苯乙酸含量为0.12mg/ml，即上述100ml大孔吸附树脂吸附量为10.225g，即1升树脂吸附102.25g。
解析时，用4wt％稀NaOH溶液(T＝70℃)，以1BV/h速度解析，5小时完成。解析液分三部分，第一部分，解析头液中苯乙酸含量0.3mg/ml，体积100ml，这部分苯乙酸含量和pH都低，可用于下次吸附；第二部分，高浓度PAA解析液中苯乙酸含量41.44mg/ml，体积200ml，这部分pH为中性，可与酶法制备6-APA的废液混合进行苯乙酸的回收；第三部分，低浓度PAA解析尾液中苯乙酸含量3.24mg/ml，体积200ml，含量低，pH为碱性，可用于配置用于解析的稀液碱。
解析量总共为8.97g，解析率为87.7％。