一种新型凝油剂的酶催化合成方法
【专利摘要】本发明为一种新型凝油剂的酶催化合成方法，包括：（1）凝油剂的合成：将糖醇与溶剂混合，再加入烷基供体，然后加入酶催化剂并于搅拌下恒温加热后，离心得到凝油剂的溶解液；经过滤膜过滤后，旋转蒸发去除溶剂，得到白色的凝油剂粗产品；（2）凝油剂的分离：上面得到的凝油剂粗产品进行层析柱分离；流出液旋转蒸发去除其中的洗脱剂，得到白色粉末即为目标凝油剂。本发明利用生物酶来高效催化，操作简单、绿色无污染。得到的凝油剂能凝固多种油类和有机溶剂，而且用量少，凝胶速度快。同时利用该凝油剂能够克服使用传统凝油剂时存在的浪费现象，新型凝油剂凝胶的油相能通过简单的加热熔胶从而回收再利用。
【专利说明】一种新型凝油剂的酶催化合成方法
【技术领域】
[0001]本发明属于一种凝油剂的酶催化合成工艺【技术领域】，特别是利用糖醇在酶催化下合成凝油剂的方法。
【背景技术】
[0002]近些年来，海洋溢油污染事故频繁发生.2011年中海油渤海湾漏油事故，造成蓬莱19-3油田周边及其西北部面积约6200平方公里的海域海水污染其中870平方公里海水受到严重污染。海水中石油类浓度最高时超过背景值53倍。为此康菲公司和中海油需支付16.83亿元，用于渤海生态建设与环境保护、渤海入海石油类污染物减排、受损海洋生境修复等。此外还有一 桩发生在墨西哥海湾的由油井喷发引发的漏油事件，在沉没的海上钻井平台“深水地平线”底部油井每天漏油最高达3.5万桶至6万桶之间。该污染可能导致墨西哥湾沿岸1000英里长的湿地和海滩被毁，渔业受损，脆弱的物种灭绝，在长达10年的时间里墨西哥湾将成为一片废海，造成的经济损失将以数千亿美元计，被称为“和平时期(全球)最严重的漏油灾难”。为此英国石油公司BP除支付创纪录的40亿美元罚款外，还设立200亿美元基金，用于赔偿因墨西哥湾漏油事件而生计受损的民众。
[0003]这样的漏油事件近年来屡禁不绝，不仅造成了巨大的经济损失而且严重威胁了海洋生态安全，而且其致癌物通过在海洋生物体内浓缩蓄积，亦给严重威胁了人类的健康。因此，如何快速、有效地清除油污已成为亟待解决的重要问题。很显然，我们有必要找到一种能够控制石油泄漏和能够回收利用石油的物质。凝油剂是一种能够迅速地胶凝海上溢油而使之形成固态或半固态块状，漂浮于水面的物质，阻止溢油的进一步扩散，易于回收利用，很少造成二次污染，因此是很有潜力的溢油处理剂。在 申请人:专利号为00110988.X的中国专利中，介绍了一种制造脂肪酸多羟基金属配合物做凝油剂，虽然凝油性能优异，但能耗很高，其最佳反应温度为50-110°C。在 申请人:专利号为200710018131.2的中国专利中，公开了一种利用皮革下脚料制备凝油剂，原料低廉来源广泛，但合成操作复杂，需要对材料预处理。而在 申请人:专利号为92115113.6的中国专利中以植物油厂的废渣为原料合成凝油剂，用于凝胶原油，胶凝后油块粘度达10 SRmpas.但是其凝胶时间长，且对轻质油效果不明显。因而，以上三种凝油剂的实际使用都受到了限制。
[0004]一种高效并且理想的胶凝剂必须满足以下要求:1)能够在室温条件下从水环境中有选择的并且高效的使油层发生胶化；2)易于合成并且成本较低；3)对环境友好；4)易于从凝胶中还原出油脂；同时5)能够再循环和再利用。在这里，我们在天然糖醇的派生物的基础上提出了一种新的两性胶 凝剂。这些两性物质能够在油水混合物中对油层起选择性的固化的作用。它们能够满足以上任何一种要求，因此对于油泄漏的补救来说是一种十分有前景的候选模型。利用本凝油剂凝胶的油相具有热可逆性，通过简单的加热即可将其熔胶还原，不仅解决溢油的污染破坏问题，而且方便回收再利用，节约了能源，降低了成本。具有很高的使用价值。
[0005]为了响应国家环保的要求，我们将该凝油剂的合成与酶催化相结合，开创了一种绿色，高效，安全的合成及分离工艺。在该凝油剂的制备过程中，酶的高活性与稳定性是实现工业化的前提与保证，而基于新型固定化载体和技术固定化脂肪酶是实现凝油剂高效制备的基础与关键。就目前所知，该方面研究尚处于起步阶段，具有独特的创新型。
【发明内容】
[0006]本发明提供一种新型凝油剂的酶催化合成方法，即利用自然界中广泛存在的糖醇类作为底物，与种类繁多的烷基供体直接反应，合成出一种新型凝油剂。此合成反应可以利用生物酶来高效催化，操作简单、绿色无污染。得到的凝油剂能凝固多种油类和有机溶剂，而且用量少，凝胶速度快。同时利用该凝油剂能够克服使用传统凝油剂时存在的浪费现象，新型凝油剂凝胶的油相能通过简单的加热熔胶从而回收再利用，在减小污染的同时节约能源，降低成本。
[0007]本发明解决该技术问题所采用的技术方案是:
[0008]一种新型凝油剂的酶催化合成方法，包括如下步骤:
[0009]1)凝油剂的合成:将糖醇与溶剂混合，再加入烷基供体，然后加入酶催化剂并于30~50°C搅拌下恒温加热24~48h后,6000~10000r/min离心5min,得到凝油剂的溶解液；经过滤膜过滤后，旋转蒸发去除溶剂，得到白色的凝油剂粗产品；物料配比为摩尔比糖醇:烷基供体=1:1~4 ;每0.35g脂肪酶加20~60ml溶剂；每0.55g糖醇加30~50ml的溶剂；
[0010]2)凝油剂的分离:利用200-300目硅胶做固定相，2.4 X 40cm的玻璃层析柱分离纯化凝油剂，以甲醇和氯仿混合液作为洗脱剂对上面得到的凝油剂粗产品进行层析柱分离；将在柱子下方接取到的流出液，旋转蒸发去除其中的洗脱剂，得到白色粉末即为目标凝油剂。
[0011]所述的溶剂为丙酮或二甲基甲酰胺；
[0012]所述的烷基供体为1，1- 二甲氧基环己烷、2，2- 二甲氧基丙烷或乙烯酯；
[0013]所述的糖醇具体为甘露醇、山梨糖醇、木糖醇或赤藓糖醇。
[0014]所述的乙烯酯为C4以上的乙烯酯及其衍生物。
[0015]所述的乙烯酯优选为丁酸乙烯酯、戊酸乙烯酯、辛酸乙烯酯或癸酸乙烯酯。
[0016]所述的酶催化剂具体为诺维信N435 (Novozymes435)，诺维信TLIM (Novozymes TLIM),
[0017]南极假丝酵母脂肪酶A (Candida antarctica Lipase A, CALA),南极假丝酵母脂肪酶
[0018]B (Candida antarctica Lipase B, CALB),假丝酵母亚种脂肪酶 99-125 (Candidasp.99-125)或
[0019]米曲霉脂肪酶(ThermomycesLanuginosus Lipase, TLL)。
[0020]所述的洗脱剂为甲醇和氯仿混合液，体积比为甲醇:氯仿=1:18~27。
[0021]所述的滤膜为0.45 y m孔径的混合纤维素酯微孔滤膜。
[0022]本发明的有益效果是:1.本发明是一种新型凝油剂的酶催化合成方法，底物原料不仅来源广泛，在自然界中大量存在，而且种类繁多，价格低廉。2.利用生物酶做催化剂，反应条件温和，操作简单，绿色无污染。3.本方法制备的凝油剂产量高，凝油性能优越，如凝胶速度快(l_3min内可使油相达到能被打捞的硬度)；凝胶用量少(凝胶IL油相，仅需约10-39g的凝油剂);适用范围广(油相可以是轻质油，也可以是重油和各种有机溶剂)4.凝胶的固体油相在打捞后，通过简单的直接加热(70-150°C)即可熔胶恢复,达到溢油回收再利用的目的，节约能源的同时也能回收资金，降低成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为实施例1中93#汽油，柴油，橄榄油，食用豆油，甲苯与水混合液的照片，其中，图1a)油相为93#汽油；图1b)油相为柴油；图1c)油相为橄榄油；图1d)油相为食用豆油；图1e)油相为甲苯。
[0024]图2为实施例1中向不同油水两相中加入凝油剂5min后的照片，图2a)油相为93#汽油；图2b)油相为柴油；图2c)油相为橄榄油；图2d)油相为食用豆油；图2e)油相为甲苯。
[0025]图3为实施例1中将装有凝胶后的油相试管倒转后的照片，图3a)油相为93#汽油；图3b)油相为柴油；图3c)油相为橄榄油；图3d)油相为食用豆油；图3e)油相为甲苯。
【具体实施方式】
[0026]实例1:
[0027]将甘露醇(0.55g)和丙酮(40mL)混合，振荡混匀后，加入辛酸乙烯酯(1.54g,甘露醇与辛酸乙烯酯摩尔比为1:3)振荡混匀。加入脂肪酶催化剂(Novozymes435, 0.35g)。将反应物置于40°C恒温水浴锅中加热，200r/min搅拌，同时冷凝回流48h。将反应混合物在台式高速离心机上8000r/min离心分离5min,得到凝油剂的溶解液,将其用0.45 u m孔径的双层混合纤维素酯微孔滤膜过滤，将过滤后的溶液70°C恒温旋转蒸发，直至丙酮挥发干净，此时容器中残留的白色物质即为凝油剂粗产品。
[0028]选择一支规格为2.4cmX 40cm的玻璃层析柱，以45g200_300目硅胶作为固定相，甲醇与氯仿混合液作为洗脱剂(体积比为甲醇:氯仿=1:18)，湿法填柱，为确保硅胶间没有气泡，装柱期间要一次性倒入硅胶的同时用橡胶棒多方向轻轻敲击层析柱，用Icm厚石英砂盖住硅胶上层，防止加样时破坏硅胶柱结构。将上面得到的凝油剂粗产品溶解于洗脱剂，用吸管吸取后沿管壁注入柱中，常压层析分离。在柱子下方每20ml接取一次流出液，然后旋转蒸发去除其中的洗脱剂，得到的白色粉末即为提纯后的凝油剂。经计算，凝油剂产率为理论产量的62%。
[0029]凝油剂的性能研究:
[0030]I)取五支玻璃试管，分别加入2ml硫酸铜的水溶液以及质量为0.7g的转子，依次在每支试管中加Iml橄榄油，甲苯，93#汽油，柴油以及食用豆油。用胶头滴管分别向其中两相界面处注入凝油剂醇溶液(50mg/0.5ml乙醇)，于室温(25°C )静置5min后翻转试管，观察凝油剂对不同有机液体和油脂的凝油效果，如图1~3。图1试管中为各种油相与水的混合液，油相位于上层。由左到右(试管a~e)油相分别是93#汽油、柴油、橄榄油、食用豆油和甲苯。图2为加入凝油剂5min后的效果图。93#汽油、柴油、橄榄油、食用豆油和甲苯均已发生明显的凝胶现象，变为固体位于水相上面，期间不同油相出现不同程度的体积膨胀。图3为将试管翻转180°后，转子和水相在重力作用下挤压固体油相，而凝胶后的93#汽油、柴油、橄榄油、食用豆油和甲苯都具有足够的硬度能承受2.7g的重量而不变形，此外油相因凝胶时体积膨胀与管壁紧贴而不致水相泄露，以上结果证明5种油相在5min内均已完全满足被物理打捞的要求。
[0031]2)将凝胶的固体油相浸没在油浴当中缓慢加热(3°C /15s)，观察凝胶油相的状态变化。直至凝胶油相熔化，则当前温度即为该凝胶油相的凝胶-溶胶转变温度。
[0032]3)将凝胶后的固体油相重新熔化，再分别依次加入0.05ml相同的液态油相，室温静置，观察。若有机液体和油脂仍旧凝固，则重复上述步骤进行试验。直到油相不再凝固。记录此时该油相的总用量，从而计算得到凝油剂对该油相的的最小凝胶浓度(%wt/v, mg/100uI)。
【权利要求】
1.一种新型凝油剂的酶催化合成方法，其特征为包括如下步骤: 1)凝油剂的合成:将糖醇与溶剂混合，再加入烷基供体，然后加入生物酶催化剂并于30~50°C 200r/min揽拌下恒温加热24~48h后，6000~10000r/min离心5min,得到凝油剂的溶解液；经过滤膜过滤后，旋转蒸发去除溶剂，得到白色的凝油剂粗产品；物料配比为摩尔比糖醇:烷基供体=1:1~4 ;每0.35g脂肪酶加20~60ml溶剂；每0.55g糖醇加30~50ml的溶剂； 2)凝油剂的分离:利用200-300目硅胶做固定相，2.4X40cm的玻璃层析柱分离纯化凝油剂，以甲醇和氯仿混合液作为洗脱剂对上面得到的凝油剂粗产品进行层析柱分离；将在柱子下方接取到的流出液，旋转蒸发去除其中的洗脱剂，得到白色粉末即为目标凝油剂； 所述的溶剂为丙酮或二甲基甲酰胺； 所述的烷基供体为1，1-二甲氧基环己烷、2，2-二甲氧基丙烷或乙烯酯； 所述的糖醇具体为甘露醇、山梨糖醇、木糖醇或赤藓糖醇。
2.如权利要求1所述的新型凝油剂的酶催化合成方法，其特征为所述的乙烯酯为C4以上的乙烯酯及其衍生物。
3.如权利要求1所述的新型凝油剂的酶催化合成方法，其特征为所述的乙烯酯优选为丁酸乙烯酯、戊酸乙烯酯、辛酸乙烯酯或癸酸乙烯酯。
4.如权利要求1所述的新型凝油剂的酶催化合成方法，其特征为所述的酶催化剂具体为诺维信N435 (Novozymes435)，诺维信TLIM(Novozymes TL IM),南极假丝酵母脂肪酶 A(Candida antarctica Lipase A, CALA),南极假丝酵母脂肪酶 B (Candida antarcticaLipase B，CALB)，假丝酵母亚种脂肪酶99-12`5 (Candida sp.99-125)或米曲霉脂肪酶(Thermomyces Lanuginosus Lipase, T`LL)。
5.如权利要求1所述的新型凝油剂的酶催化合成方法，其特征为所述的洗脱剂为甲醇和氯仿混合液，体积比为甲醇:氯仿=1:18~27。
6.如权利要求1所述的新型凝油剂的酶催化合成方法，其特征为所述的滤膜为`0.45um孔径的混合纤维素酯微孔滤膜。
【文档编号】C09K3/32GK103642842SQ201310644089
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年12月3日 优先权日:2013年12月3日
【发明者】高静, 姜艳军, 刘鑫龙 申请人:河北工业大学