一种绿色螯合剂谷氨酸二乙酸四钠的制备方法与流程

  传统的工业及家用洗涤剂常用乙二胺四乙酸(edta)、氨基三乙酸(nta)、三聚磷酸钠(stpp)等螯合添加剂。谷氨酸二乙酸四钠,虽然edta具有络合能力强,耐碱性好的特点,但其分散力弱且不易被生物降解;而nta是一种可疑的致癌物,美国和欧盟早在多年之前就对其使用进行了规范;近年来,由于河流与湖泊水体富营养化问题日益严重,含磷添加剂stpp的使用也趋向严格禁止。环境变迁与地球变暖再次让“环保”和“绿色”聚焦成为大众生活的议题,绿色产品与低碳排放亦为业界所重视并形成一个趋势。

谷氨酸二乙酸四钠

  谷氨酸二乙酸四钠(glda.na4)因具有易于生物降解,符合oecd生物可生物降解性测试要求,产品对环境友好,使用无毒等特点,越来越多的引起人们的注意。谷氨酸二乙酸四钠具有与edta相当的金属螯合能力,能与金属离子形成稳定的水溶性络合物,可以在很宽的ph值范围内溶解良好,去污能力强,且能与体系中的杀菌剂产生良好的协同作用,以其绿色可生物降解的物性和可持续性应用的功能,可以替代nta、edta等传统螯合剂,广泛应用于日用化学工业、医药工业、农业、洗涤用品行业、工业除垢等领域。日本专利jp2001-003089公开了一种含有l-谷氨酸乙酸四钠(钾)盐成分的液体洗碟剂;欧洲专利ep2000192091公开了一种含有谷氨酸-n,n-二乙酸四钠盐的洗涤剂;日本专利jp2002356464和欧洲专利ep1004571分别公开了通过将四钠(钾)盐转化成全酸制备高纯度谷氨酸-n,n-二乙酸的方法。而谷氨酸二乙酸四钠(glda.na4)主要由植物基原料l-谷氨酸制备而成。专利cn101784513b中介绍了一种利用l-谷氨酸、甲醛和氰化氢及其盐为原料制备谷氨酸-n,n-二乙酸碱金属盐的方法,该方法产品杂质含量高,而且使用的原料氢氰酸剧毒,产生的废水中含有大量的氰残留,同时容易腐蚀生产设备。中国专利201210073918.x公开了一种在吡啶、三乙胺等有机碱体系中,利用锌盐催化l-谷氨酸和2-氯乙腈反应,然后经氢氧化钠中和调碱制备谷氨酸二乙酸四钠(glda.na4),由于l-谷氨酸常温下在水中的溶解性低,所以该方法需要先高温溶解谷氨酸再降至低温滴加原料2-氯乙腈和有机碱,有机碱的使用,后期调碱后需要回流排出生成的氨,而且生成的产品颜色深,此方法工艺操作复杂,工艺周期长、能耗大。中国文献有报道以l-谷氨酸和氯乙酸为原料,加入lioh调节体系ph并混合均匀,加热反应5~6小时再用盐酸酸化,经减压蒸馏加无水乙醇重结晶和洗涤制备n,n-二羧甲基-l-谷氨酸的方法,采用该方法制备的产品收率低,反应时间长,成本高。

  技术实现要素:

  为克服现有技术存在问题和适应产业发展趋势,本发明提供一种绿色简单方便的谷氨酸二乙酸四钠的制备方法。

  一种绿色螯合剂谷氨酸二乙酸四钠的制备方法,其特征在于,具体包括以下步骤:

  (1)将谷氨酸钠、去离子水和液碱加入反应釜中,室温下,搅拌混合均匀;

  (2)将氯乙酸水溶液和液碱分别装入滴加装置中备用;

  (3)将步骤(1)反应釜升温至80℃以上,同时滴加氯乙酸和液碱;

  (4)2~4小时滴加完毕,温度82~87℃保温0.5~1小时;

  (5)降温至40~50℃、过滤、滤液脱色和稀释得谷氨酸二乙酸四钠水溶液成品。

  其中,所述的步骤(1)中谷氨酸钠与液碱的摩尔比1:0.3~0。

  其中,所述的谷氨酸钠与氯乙酸的摩尔比为1:2.0~2.5。

  其中,所述的步骤(1)中液碱氢氧化钠的质量百分含量为百分之20~32;所述的步骤(2)和步骤(3)中液碱氢氧化钠的质量百分含量为百分之45~50。其中,所述的步骤(3)中反应体系ph值控制范围为9~12。

  其中,所述的步骤(3)中负压压力范围为0~-0.005mpa。

  其中,所述的步骤(5)中脱色剂为过氧化氢水溶液,其用量为滤液总量的1~3‰。

  本发明利用部分本发明用氯乙酸代替传统方法中常用的氰化物或2-氯乙腈,将易溶于水的谷氨酸钠部分中和生成谷氨酸二钠,与氯乙酸在碱性条件下发生sn2双分子亲核取代反应制备,具体反应如下:

  。

  随着反应进行,体系中水的含量随之大,采取在负压条件下,边反应边将体系中的水移出,使反应底物始终保持较高的反应活性,提高了反应物转化率,在负压条件下,边反应边匀速移出体系中的水,以保证反应体系浓度,缩短了反应周期,提高了产品收率,节能减排。

  有益效果

  1.避免了剧毒物质的使用,无毒副产物和废水产生,产品质量稳定;

  2.反应周期短,反应过程采出的水可以循环用于产品的合成;

  3.提高了反应收率,收率可达百分之96以上;

  4.水相反应条件温和,工艺过程简单、环保、节能减排、易于实现规模化工业生产。

  具体实施例

  结合实施例对本发明所涉及的制备方法做进一步的说明,应该说明的是,下述说明仅是为了解释本发明,并不对其内容进行限定。

  实施例1

  (1)分别将567g一水合谷氨酸钠、262g氢氧化钠水溶液(质量百分含量为百分之32)和253g去离子水加入到反应釜中,搅拌混合均匀,谷氨酸钠中和度约为百分之70;

  (2)将601g氯乙酸溶解于520g去离子水中,装入恒压滴液漏斗备用;

  (3)将1038g质量百分含量为百分之50的氢氧化钠水溶液装入另一恒压滴液漏斗备用;

  (4)升高反应釜体系温度至80℃,同时滴加步骤(2)中的氯乙酸水溶液和步骤(3)中的液碱,控制滴加速度,使反应体系温度在82±2℃、ph值保持10.0~10.5范围,3.5小时滴加完毕;开始滴加反应的同时,在-0.003mpa负压条件下,边反应边将反应体系中的水移出;

  (5)82±2℃下,保温1小时,体系降温至50℃并趁热过滤;

  (6)滤液中加入3.2g百分之27.5过氧化氢水溶液40℃搅拌30min,加水稀释得活性含量为百分之38.21的淡黄色透明谷氨酸二乙酸四钠水溶液2968g,产品收率百分之97.32,氯离子含量百分之1.87。

  实施例2

  (1)分别将567g谷氨酸钠、200g氢氧化钠水溶液(质量百分含量为百分之30)和188g去离子水加入到反应釜中,搅拌混合均匀,谷氨酸钠中和度约为百分之50;

  (2)将630g氯乙酸溶解于386g去离子水中,装入恒压滴液漏斗备用;

  (3)将1306g质量百分含量为百分之45的氢氧化钠水溶液装入另一恒压滴液漏斗备用;

  (4)升高反应釜体系温度至82℃,同时滴加步骤(2)中的氯乙酸水溶液和步骤(3)中的液碱,控制滴加速度,使反应体系温度在85±2℃、ph值保持10.5~11.0范围,4小时滴加完毕;开始滴加反应的同时,在-0.001mpa负压条件下,边反应边将反应体系中的水移出;

  (5)85±2℃下,保温0.5小时,浓缩体系降温至50℃并趁热过滤;

  (6)滤液中加入4.5g百分之27.5过氧化氢水溶液50℃搅拌20min,加水稀释得活性含量为百分之38.06的淡黄色透明谷氨酸二乙酸四钠水溶液2960g,产品收率百分之96.72,氯离子含量百分之2.31。

  实施例3

  (1)分别将378g谷氨酸钠、150g氢氧化钠水溶液(质量百分含量为百分之32)和151g去离子水加入到反应釜中,搅拌混合均匀,谷氨酸钠中和度约为百分之60;

  (2)将439g氯乙酸溶解于310g去离子水中,装入恒压滴液漏斗备用;

  (3)将800g质量百分含量为百分之47的氢氧化钠水溶液装入另一恒压滴液漏斗备用;

  (4)升高反应釜体系温度至82℃,同时滴加步骤(2)中的氯乙酸水溶液和步骤(3)中的液碱,控制滴加速度,使反应体系温度在84±2℃、ph值保持9.0~9.5范围,5小时滴加完毕;开始滴加反应的同时,在-0.002mpa负压条件下,边反应边将反应体系中的水移出;

  (5)84±2℃下,保温1小时,浓缩体系降温至40℃并趁热过滤;

  (6)滤液中加入4.6g百分之27.5过氧化氢水溶液40℃搅拌15min,加水稀释得活性含量为百分之38.49的无色透明谷氨酸二乙酸四钠水溶液1960g,产品收率百分之97.05,氯离子含量百分之2.03。

  实施例4

  (1)分别将378g谷氨酸钠、80g氢氧化钠水溶液(质量百分含量为百分之30)和133g去离子水加入到反应釜中,搅拌混合均匀,谷氨酸钠中和度约为百分之30;

  (2)将478g氯乙酸溶解于272g去离子水中,装入恒压滴液漏斗备用;

  (3)将912g质量百分含量为百分之50的氢氧化钠水溶液装入另一恒压滴液漏斗备用;

  (4)升高反应釜体系温度至82℃,同时滴加步骤(2)中的氯乙酸水溶液和步骤(3)中的液碱,控制滴加速度,使反应体系温度在80℃、ph值保持9.5~10.0范围,2小时滴加完毕;开始滴加反应的同时,在-0.005mpa负压条件下,边反应边将反应体系中的水移出;

  (5)80℃下,保温0.5小时,浓缩体系降温至45℃并趁热过滤;

  (6)滤液中加入1.5g百分之27.5过氧化氢水溶液50℃搅拌45min,加水稀释得活性含量为百分之38.04的淡黄色透明谷氨酸二乙酸四钠水溶液1963g,产品收率百分之96.14,氯离子含量百分之1.65。

  附:谷氨酸四乙酸四钠活性含量检测方法—氯化铁络合滴定法

  称取样品mg置于烧杯中,加水50ml稀释;分别加入ph=3.0的氯乙酸-醋酸钠缓冲溶液10ml和2滴质量百分比浓度为百分之2试钛灵钛指示剂,用浓度为cmol/l的氯化铁标准溶液滴定,滴至溶液颜色由黄色变为亮绿色为终点,记录消耗的氯化铁标准溶液体积vml。谷氨酸四乙酸四钠的活性含量百分之x计算公式如下:

  其中:c---氯化铁标准溶液摩尔浓度,mol/l;

  v---滴定至终点消耗的氯化铁标准溶液体积,ml;

  m---称取的待检测样品质量,g;

  351---谷氨酸二乙酸四钠的摩尔质量,g/mol。

文章来源:百度学术
 

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