专利名称：从油厂废水回收对羟苯基乙醇和羟基对羟苯基乙醇的方法以及用于将前者转化为后者的方法
技术领域：
本发明涉及一种从油厂废水中回收对羟苯基乙醇和羟基对羟苯基乙醇的方法以及一种将对羟苯基乙醇转化成羟基对羟苯基乙醇的催化氧化方法。
背景技术：
油厂废水的问题是众所周知的。产油国中的橄榄压榨会以被压榨橄榄重量的40/50％产生作为副制品的富含高度污染的有机化合物(多酚)的油厂废水，这些有机化合物会引起与除去和处理它们有关的大量环境和生态问题。
为了解决这类问题，已经提出了许多方法，例如通过光催化、臭氧处理等技术，但是至今仍未获得令人满意的解决方案，特别是不会涉及明显缩减产量并显著提高价格的解决方案。
另一方面，人们都知道油厂废水含有化妆品业、医药业、食疗和食品业有用的代谢物。由于这些代谢物、特别是对羟苯基乙醇和羟基对羟苯基乙醇的抗氧化性，因此从油厂废水中分离这些物质是具有特殊应用价值的目的。
例如，WO2004/005228描述了一种提取羟基对羟苯基乙醇的方法，该方法提供了在将油厂废水酸化后通过有机溶剂和超临界流体进行提取。
发明内容
现在已经发现了一种处理油厂废水(OMW)的方法。一方面，该方法可以对OMW进行解毒并且获得最高可达85％的水回收率用于法律所规定的良好灌溉和民用用途，另一方面，该方法可以回收高度纯净的对羟苯基乙醇和羟基对羟苯基乙醇。
另外，本发明提供了一种随后将对羟苯基乙醇催化氧化成羟基对羟苯基乙醇的方法。
该方法允许回收每一起始液体组分以及允许再使用和利用每一分离的组分。
本发明方法容易在工业上应用，而不具有影响橄榄油销售价格的附加费用，该方法提供了处理基于羟基对羟苯基乙醇的制品的可能，羟基对羟苯基乙醇可用于人类健康(药物)、康乐(综合体、营养科学、化妆品)和食品。
本发明的方法包括-对OMW进行粗滤(RF)、微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)和反渗透(RO)；-对来自浓缩RO的对羟苯基乙醇、羟基对羟苯基乙醇和其它酚类化合物进行色谱分离；-在甲基三氧化铼和过氧化氢的存在下于质子溶剂中将获得的对羟苯基乙醇氧化成羟基对羟苯基乙醇；-将高分子量部分浓缩和粉碎并回收水和具有高附加值的化合物。
图1所示的根据分子尺寸特定区间的相继步骤粗滤、微滤、超滤、纳滤和反渗透使得经过浓缩后可回收至少1g/l的羟基对羟苯基乙醇和0.6g/l的对羟苯基乙醇。
这些组分然后可以通过在预备柱上的反相色谱法而以大于98％的纯度分离。
所述预备柱优选用二乙烯基苯和N-乙烯基吡咯烷酮的大孔共聚物填充。由于所述极性官能团，因而这种共聚物可以截留极性分子。使用填充这种共聚物的柱子可以分离包含于所述混合物中的组分(对羟苯基乙醇、羟基对羟苯基乙醇、三羟基苯甲酸、儿茶酚等)，尤其可以制备不含儿茶酚(包含于油厂废水中的并且对人体有毒的邻苯二酚)的高纯度羟基对羟苯基乙醇。
微滤、超滤、纳滤和反渗透步骤中的浓缩关系(进料/提取物)优选大于8。
本发明方法可以从油厂废水中回收相对于所述OMW的起始总体积而言至少70体积％的水，其质量可以保持在有效法律关于可能的农用/民用用途而规定的限度内(低于100mg O2/l的COD)。优选地，在中性或碱性pH的条件下实现超滤、纳滤和反渗透步骤。
对不同过滤步骤的浓缩物的进一步蒸发/浓缩处理可以回收大约15％至最高可达总共85％回收率的水。
从反渗透之前的在先膜步骤回收的有机物料级分由不同分子量等级的多酚化合物组成。
这些多酚即使在单个单元组成中也是明显可变的，其具有羟基对羟苯基乙醇(空间受阻的酚官能、儿茶酚官能等)特有的抗氧化活性和自由基清除剂活性。此外，这些多酚具有特征流变性质(抗变性、稳定性、存在极性官能团)，这些使得它们被关注用作新型材料，将在下文提及所述部分应用。关于抗氧化性质，广泛记载了使用多酚作为抗氧化剂以防止塑料(高密度和低密度聚乙烯、聚苯乙烯等)氧化光降解的可能性，所述氧化光降解会导致其脆性迅速增大[Composite Films based on WasteGelatineThermal-Mechanical Properties and Biodegradation Testing；Chiellini E.，等；Polym Degrad.Stabil，2001，73，549～555]。另外，由于多酚的高度螯合性，其可被用作饲料业的添加剂、用作用于饮食中的金属离子的载体、和用作抗氧化剂。多酚在食品保藏中的用途也是一种潜在的应用方式。这些多酚也可被用于处理天然纤维从而赋予其新的机械和物理特性，其中包括改进的抗光氧化性、纵向阻力的增加和气体吸收性能的显著变化，例如二氧化碳(特别可用于由纤维制备的过滤器用以净化空气)[Esterification of celluose-Enriched Agricultural By-Products andCharacterisation of Mechanical Properties of Cellulosic Films；Chavelon G.等；Carbohyd.Polym.2000，42，385～392]。这些多酚的其它应用在于利用其表面活性作为化妆品领域中的天然组分(例如在具有专门天然组分的洒粉、软皂、浴盐的配方中，例如婴儿护理用)。
通过所述方法获得的多酚可用于化妆品制剂和药物制剂用以防止对皮肤膜产生氧化应激(像抗老化那样)，然而甚至用以防止皮肤衰老(像黑素生成过程的对抗剂)。
尽管含有抗氧化清除剂混合物的部分可以消除包含在黑素结构中产生皮肤衰老作用的自由基，但是对羟苯基乙醇的作用机理起到在由称作酪氨酸酶的酶控制过程中与酪氨酸竞争的作用，这仅构成整个黑素生成过程的一部分。事实上，甚至对羟苯基乙醇也会受到酪氨酸酶的酶活性的影响，按照方案1转化为羟基对羟苯基乙醇。随后，其在所述酶反应中与酪氨酸竞争。
方案1 对羟苯基乙醇 羟基对羟苯基乙醇因此，传输至较深皮肤层的对羟苯基乙醇可以与酪氨酸竞争酪氨酸酶，从而减少可获得的用以继续黑素生成过程的多巴胺的量，以减轻皮肤出现色变。
这里描述的通过本发明方法获得的不同级分和化合物对羟苯基乙醇、羟基对羟苯基乙醇等已经被用于配制局部施用的配方以对抗黑素生成过程以及使得皮肤去色和去色素。
多酚的用途不限于上述实例，而是另外包括制备清漆、粘合剂和复合材料。
对羟苯基乙醇转化为羟基对羟苯基乙醇的氧化反应可以在均相、非均相或过渡相中进行，同时使用水和烃类溶剂例如戊烷、庚烷等。
催化剂甲基三氧化铼(MTO)也可以以结合至惰性聚合物基质例如聚(4-乙烯基吡啶)和聚苯乙烯上的形式使用。在这种情况下，用于所述氧化反应的非均相催化剂可通过简单的过滤从反应体系中回收，并在至少10个顺序转化循环中在不明显损失其活性和选择性的情况下再次使用。
无论如何，对于氧化而言，优选均相催化条件，使用质子溶剂例如水、C1～C3的醇、乙酸或它们的混合物。
本发明的氧化方法显然可以用于不是源自处理油厂废水的方法而是源自其它来源的对羟苯基乙醇，例如市售的工业级对羟苯基乙醇。
现在，将以下述实施例中更详尽地说明本发明。
实施例1经过微滤、纳滤、超滤、反渗透工艺和分离与回收技术对OMW的综合处理实验设备由该计划的倡导者Hydro Air研究公司提供，该实验设备由三个单元组成。
第一单元由下述7个依次装配的粗滤组件组成
第二单元由两个微滤组件组成(MF；120000D；0.24sqm×2)。
第三单元由4个不同组件组成，其可依次使用。
通过主要改变渗透物和提取物之间的浓缩关系进行了若干实验。在反渗透步骤中必须设定提取物和渗透物之间的浓缩关系。就膜功能而言，操作温度不应超过80℃，但是操作温度优选小于60℃以保护代谢物的完整性。
不同部分所得的提取物以其主要组分(见图1)表征。以下方案表明了最重要组分对羟苯基乙醇和羟基对羟苯基乙醇的浓度值。
表1以从所述渗透提取物中回收的对羟苯基乙醇和羟基对羟苯基乙醇表示的工艺实验结果
根据上述由倡导者准备好的方法，我们可以看出所述渗透提取物含有大于1g/l的羟基对羟苯基乙醇和大于0.6g/l的对羟苯基乙醇。
图2报导的反渗透级分的HPLC-MS色谱图的峰面积高于1％。
提纯通过对共聚物二乙烯基苯/N-乙烯基吡咯烷酮的快速色谱法或色谱法获得的原料允许分离-产率高于84％的对羟苯基乙醇(纯度＞80％)；-产率高于80％的羟基对羟苯基乙醇(纯度＞80％)。
通过半预备HPLC柱以反相方式(例如AgilentTM的C18Zorbax_型)使得如此得到的羟基对羟苯基乙醇和对羟苯基乙醇的纯度大于98％。
通过提纯所得的制品已经过光谱(1H、13C NMR和FT-IR)和光谱测量技术(GC-MS，LC-MS)进行全面表征，并证实其纯度大于98％(图3)。
如上所述，由不同过滤步骤获得的浓缩级分已通过使用光谱和光谱测量方法测定大量的分析参数进行表征(图2)。
即使油厂废水的组成会受到各种参数(环境、品种、气候以及加工方法)影响，在此我们将报导从Salento地区运行的公司获得的多种样品的某些总体描述参数确定的平均值。
表2以上述方式由上述不同分子量级分的表征实验获得的总体描述参数的结果
ND＝不确定*显著区别ANOVA(p＜0.05)和DUNCAN(p＜0.05)(1)表示为乳清蛋白当量的蛋白质(2)表示为氯原酸当量的邻苯二酚实施例2在均相和非均相条件下将对羟苯基乙醇催化氧化成羟基对羟苯基乙醇已进行了不同的反应(方案2)，其结果列于表3。
方案2
作为一般步骤，所有反应均在指定温度下(见表)对在所述溶剂(5ml)中的1g对羟苯基乙醇进行，其中存在10重量％MTO和过量H2O2(大约2.5当量)。用EtOAc抽提处理反应物。在无水硫酸钠上干燥有机提取物，并在Rotavapor_中于降低的压力下蒸发。通过快速色谱法提纯所述反应原料。
表3对羟苯基乙醇均相氧化成羟基对羟苯基乙醇的结果
(a)产率用转化百分比表示。
在20℃下于乙醇中和在45℃下于水中进行实验对MTO(相对于基质10重量％)而言获得了最好的实验结果。
在水中氧化的结果特别令人感兴趣，因为该反应是高度生态相容的并且对环境影响小。
甚至在使用戊烷、己烷和其它类似溶剂进行步骤转化的条件下重复所述反应。
根据文献(R.Saladino 等，“Preparation and StructuralCharacterization of Polymer-supported Methylrhenium Trioxide Systemas Efficient and Selective Catalysts for the Epoxidation of Olefins”J.Org.Chem.，2002，67，1323～1332)中的已有描述，另外制备了其它两种铼非均相催化剂，其基于对聚(4-乙烯基吡啶)和聚苯乙烯的甲基三氧化铼非均相化(MTO)。
i)极性催化剂(4-乙烯基吡啶)/MTO的制备向600mg[其中2％或25％与二乙烯基苯成网络的聚(4-乙烯基吡啶)]在4ml乙醇中的树脂悬浮体中，加入77mg(0.3mmoL)MTO，用磁力搅拌器搅拌该混合物约1h。
通过过滤除去溶剂，接着用乙酸乙酯洗涤固体残留物，并在高真空下干燥。无论如何，加入的MTO完全吸附于载体上，这一点可以从蒸发洗涤催化剂用的有机相之后获得的残留物的光谱分析得到证实。由此获得的催化剂随后用PV2M[催化剂聚(4-乙烯基吡啶)2％/MTO]表示，以低能量技术通过X-射线衍射和通过扫描电子显微镜(SEM)对其进行表征。载体网络化的程度决定了催化剂颗粒的形状。低网络化程度(2％)产生形状不规则的颗粒，但是在高网络化程度(25％)下得到完美的球状颗粒，其平均直径约为500μm。铼原子具有扭曲的八面体配位和两个顺式构象的吡啶配体。金属至所述载体的双重固着点的存在表明其是一个稳定体系，随后通过氧化分析证实了这一点。使用聚(4-乙烯基吡啶)2％-N-氧化物作为载体，进行相似的过程。其中MTO通过氧原子而不是氮原子配位于树脂上的相应催化剂用PV2NM表示。
聚乙烯基吡啶 聚乙烯基吡啶2％/MTO 5％/MTOS-2％MTO 4对羟苯基乙醇氧化反应所有非均相催化剂被用于所述新型的对羟苯基乙醇向羟基对羟苯基乙醇的转化中。下面描述了一些实施例。
使用从油厂废水中提纯所得的对羟苯基乙醇进行氧化反应。在40℃下于乙醇中的对羟苯基乙醇的浓度为100mg/ml下以上述所有非均相催化剂进行反应，使用稍微过量的30％过氧化氢(H2O2，2当量)水溶液作为主氧化剂。最初，对于催化剂而言选用等于0.5的负载系数(相应于以每g树脂计活性MTO的mmol数的负载参数)(方案3)。
方案3 该值是特别低的，因为在工业应用中，通常使用处于1.0～10之间的负载系数值。进行反应24h。最终，用两种可选择的方法处理它们。
方法A用乙酸乙酯稀释反应混合物，加入催化量的MnO2以破坏可能的氧化剂过量。滤除MnO2，蒸发溶剂，获得主要含有对羟苯基乙醇(未反应)的反应原料和羟基对羟苯基乙醇。
方法B(抗坏血酸法)在反应结束时用3倍体积的冷甲醇稀释，并加入同样重量(与最初的对羟苯基乙醇相同)的抗坏血酸(维他命C)。15min后加入4体积的水，其含有高百分比的抗坏血酸，与前面的相同。必须对其搅拌30min，然后必须用乙酸乙酯重复抽提。当在冰箱中存放一夜之后，重新聚集的有机相的羟基对羟苯基乙醇的浓度是稳定的，即使不必通过硫酸钠将其与残留的水分离。方法B更加有效，并且已被用于继续实验。反应原料已经通过在硅上的快速色谱法进行提纯，使用乙酸乙酯/正己烷的混合物，或者在硅酸镁Florisil_吸附剂上。在后一种情况中，在具有如下特征的柱子上使用吸附剂Florisil_，其负载量为5％(例如对于1g待分离的混合物，需要20g Florisil_，就像大约40ml所谓的床体积-BV)
Di＝BV/10cmH＝BV/p cm流通速率＝BV/2ml/min或更多将羟基对羟苯基乙醇/对羟苯基乙醇的混合物分散在4BV的1∶1的乙醚/己烷混合物中。该柱最多流经20BV相同的混合物；它们从该柱的混合物中提取所有纯净的对羟苯基乙醇。该柱最多流经15BV的乙醚，其提取包含于该柱中的纯净的羟基对羟苯基乙醇。该实验结果示于图4。
从图4的直方图可以看出，几种铼催化剂可以成功地将对羟苯基乙醇氧化成羟基对羟苯基乙醇。在乙醇中进行的反应中，微胶囊化催化剂PS2M获得较高的羟基对羟苯基乙醇产率，达到40％。在与催化剂PV2M的反应中，水是最佳溶剂。事实上，在这些最后的实验条件下，可以看出基质的转化率达40％，羟基对羟苯基乙醇的产率达43％。铼非均相催化剂是稳定体系，可以容易地从反应系统中回收，以用于更多后续的转化反应。表4描述了在以PV2M和PV25M体系进行多次转化循环之后对羟苯基乙醇的转化数据。催化剂对于至少10个氧化循环仍然保持稳定体系。
表4以对羟苯基乙醇向羟基对羟苯基乙醇的转化表示的催化剂回收和使用数据
实施例3一种通过上述过程获得的纯化和/或半合成的(羟基对羟苯基乙醇)化合物的应用通过本发明所述新型方法所得的羟基对羟苯基乙醇化合物已经被用于从人类脐静脉内皮(HUVEC)获得的内皮细胞培养物，所述培养物按照Carluccio和其同事所述的方式进行制样和保存[Carluccio M.A.，等；“Oliveoil and red wine antioxidant polyphenols inhibit endothelialactivationantiatherogenic properties of Mediterranean dietphytochemicals”；Arteroscler.Thromb.Vasc.Biol.23，622-9(2003)]，和用于从美国典型培养物保藏中心获得的在含有10％FCS的PRMI1640中生长的单核细胞线细胞系U937上。
为了评价细胞生长的抑制效果，HUVC和U937单核细胞繁殖之后用锥虫蓝排阻法并用如Fabiani和同事[Fabiani R.等，“Cancerchemoprevention by Hydroxytyrosol isolated from virgin olive oil throughG1 cell cycle arrest and apoptosis”；Eur.J.CancerPrev.Aug；11(4)351-8(2002)]描述的MTT(溴化3-[4，5-二甲基(噻唑-2-基)]-3，3-二苯基四唑鎓)分析方法对活细胞计数。
按照说明已经用Annexin V-FITC Kit(SigmaTM)对程序性细胞死亡进行了评价，并通过FACS分析。在程序性细胞死亡分析之前已经用上述工业方法制备的羟基对羟苯基乙醇处理细胞培养物(105/ml)48h。
已经研究了羟基对羟苯基乙醇(0～100μmoli/L)对细胞增长和在单核细胞(U973)、HUVEC和转化的人内皮细胞(EVC304)中对程序性细胞死亡诱导的影响。
在浓度100μmoli/L的条件下持续48h，用上述工业方法制备的羟基对羟苯基乙醇完全抑制了U973中的细胞增殖，但在浓度30μmoli/L的浓度下，我们可以注意到细胞生长的抑制为约50％。在这些浓度条件下，HUVEC和EVC304的增殖没有显著变化。
从上述情况可见，在体内浓度下，用上述工业方法制备的羟基对羟苯基乙醇可抑制繁殖，并诱导单核细胞的程序性细胞死亡，但在内皮细胞中不能诱导程序性细胞死亡。
实施例4上述方法所得的纯化(羟基对羟苯基乙醇)化合物在用于皮肤脱除色素和增亮的皮肤美容和医药制剂中的应用将通过上述方法获得的不同级分和化合物对羟苯基乙醇、羟基对羟苯基乙醇等用在局部应用的制品配方中以抑制黑素生成，并促使使用者的皮肤增亮和脱除色素。
下面是一些配方的实施例乳状皮肤化妆品制剂
(*)所述配方是典型的配方，但是该成分百分比可以从0.0001％变化至50.00％。
凝胶状皮肤化妆品制剂
(*)所述配方是典型的配方，但是该成分百分比可以从0.0001％变化至50.00％。
膏状皮肤化妆品制剂
(*)所述配方是典型的配方，但是该成分百分比可以从0.0001％变化至50.00％。
使用这些制剂获得的第一数据可以从下面图表中看出，并且表明经过20天的处理，50％的受试者中有2～3％的皮肤变光亮，约2.5％的颜色减轻。60天之后，25％的受试者中证实有6％的皮肤变光亮，约8％的颜色减轻。图5显示了与无效对照剂比较的“露状”制剂的数据。
对于每60天的处理而言使用无效对照剂之后，没有发现研究皮肤用的参数发生变化。这一结果表明无效对照剂配方成分对减轻皮肤色素没有积极的作用。
实施例5根据所述方法所得的级分和其中一种纯化物质(对羟苯基乙醇、羟基对羟苯基乙醇等)在营养和饮食配方中的应用已经将通过上述方法所得的不同级分和对羟苯基乙醇、羟基对羟苯基乙醇等应用在营养和饮食制品的配方中。
下面是一些配方的实施例
“以水为基础的饮料(1)”制剂
(*)所述配方是典型的配方，但是该成分百分比可以从0.00001％变化至20.00％。
“以水为基础的饮料(2)”制剂
(*)所述配方是典型的配方，但是该成分百分比可以从0.00001％变化至20.00％。
“以水为基础的饮料(3)”制剂
(*)所述配方是典型的配方，但是该成分百分比可以从0.00001％变化至20.00％。
“以水为基础的饮料(4)”制剂
(*)所述配方是典型的配方，但是该成分百分比可以从0.00001％变化至20.00％。
“以水为基础的饮料(5)”制剂
(*)所述配方是典型的配方，但是该成分百分比可以从0.00001％变化至20.00％。
“以水为基础的饮料(6)”制剂
(*)所述配方是典型的配方，但是该成分百分比可以从0.00001％变化至20.00％。
权利要求
1.一种处理油厂废水(OMW)以及特别地用于制备对羟苯基乙醇和/或羟基对羟苯基乙醇的方法，该方法由以下步骤组成a)对所述OMW进行粗滤(RF)、微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)和反渗透(RO)；b)对来自浓缩RO的对羟苯基乙醇、羟基对羟苯基乙醇和其它酚类化合物进行色谱分离；c)在甲基三氧化铼和过氧化氢的存在下于质子溶剂中将如此获得的对羟苯基乙醇氧化成羟基对羟苯基乙醇；d)将高分子量部分浓缩和粉碎并回收水和具有高附加值的化合物。
2.根据权利要求1所述的方法，其中按照有效法律所规定的关于可能的农业和民用再应用的控制参数，允许回收至少85％的解毒水。
3.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤a)中(进料/提取物)的浓缩关系大于8。
4.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤a)中，超滤、纳滤和反渗透步骤在中性或碱性的pH下进行。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中在步骤a)中所述温度低于60℃。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中在步骤a)到步骤d)中，所述方法也可以在受控的惰性环境下进行。
7.根据权利要求1所述的方法，其中使用结合在聚合物基质上的催化剂甲基三氧化铼于质子溶剂中在均相下进行步骤c)。
8.根据权利要求1所述的方法，其中使用结合在聚合物基质上的催化剂甲基三氧化铼于质子溶剂中在非均相下进行步骤c)。
9.根据权利要求7和8所述的方法，其中所述聚合物基质由聚乙烯基吡啶或聚苯乙烯组成。
10.根据权利要求7、8和1所述的方法，其中步骤c)中的溶剂选自水、乙醇或乙酸。
11.根据上述每一权利要求所述的方法，其中OMW组分的色谱分离是在由基于二乙烯基苯/N-乙烯基-2-吡咯烷酮的共聚物组成的固定相中进行的。
12.一种通过三氧化铼将对羟苯基乙醇氧化为羟基对羟苯基乙醇的方法。
13.可由权利要求1-12所述方法获得的多酚级分或其纯化组分。
14.含有与适当载体混合的权利要求13所述的级分或其纯化组分的医药、化妆品、营养、饮食、食疗或饲料配方。
15.用作抗氧化剂、自由基清除剂、清漆添加剂、粘合剂、复合材料、天然纤维、塑性材料的权利要求13中所述的多酚级分或其纯化组分。
全文摘要
本发明描述了一种从油厂废水制备对羟苯基乙醇和/或羟基对羟苯基乙醇的方法，该方法包括a)对所述OMW进行微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)和反渗透(RO)；b)对来自浓缩RO的对羟苯基乙醇、羟基对羟苯基乙醇和其它酚类化合物进行分离；c)在甲基三氧化铼和过氧化氢的存在下于质子溶剂中将如此获得的对羟苯基乙醇氧化成羟基对羟苯基乙醇。
文档编号C02F1/58GK1781891SQ200510106759
公开日2006年6月7日 申请日期2005年8月5日 优先权日2004年8月6日
发明者L·维拉诺瓦, G·法谢洛, A·梅伦迪诺 申请人:拉基法尔马有限公司萨伦蒂诺化学制药实验室