利用顺酐废渣制备天冬氨酸的研究

陈绘如

(常州工程职业技术学院，江苏 常州 213164)

顺酐化学名称为顺丁烯二酸酐，又名马来酸酐，是消费量仅次于醋酐和苯酐的一种重要的有机化工原料。目前顺酐的生产方法主要有正丁烷氧化法、苯氧化法和苯酐副产法等[1，2]。顺酐在生产、提纯、设备清洗等过程中会产生大量含酸性副产物的废水，废水浓缩结晶析出的固体统称为顺酐废渣。顺酐废渣中往往含有丰富的马来酸、富马酸、丁二酸、邻苯二甲酸等，另外还含有一些因高温氧化、交链、碳化所产生的副产物。

目前顺酐废渣综合利用的主要途径之一是用于生产富马酸[3，4]。顺酐废渣生产富马酸需经过催化异构化、脱色、活性炭再生等工艺过程，过程繁琐，工艺较复杂，处理成本相对较高，并且因含有的氧化偶联物质难以通过脱色过程除去使得到的富马酸颜色较深，使用范围受到直接限制。顺酐废渣还可用于酯类物质，如富马酸二甲酯、丁二酸二酯的生产，酯类的生产需要经过酯化、蒸馏分离等工序，设备投资较大，且酯的市场需求量有限。经过多次回收处理后顺酐废渣呈黑色粘稠状，有异味，采用常规化学化工分离技术已无法对有效成份进行分离提取而当作固体废弃物采用焚烧、填埋的方法进行处理。这种呈酸性的固体废渣直接填埋会给环境带来极大的危害，而焚烧处理既浪费能源，又会产生有毒废气造成二次污染。本文充分利用顺酐废渣中所含有效酸，变废为宝，设计了一种成本低、工艺操作简单的再生方法制备具有更高市场价值的天冬氨酸。

1实验部分

1.1 实验材料

顺酐废渣(含顺酐15.6%，马来酸4.8%，其余为高聚物，张家港华昌药业有限公司提供)；硫脲、乙醇、盐酸、硫酸、氨水，分析纯，国药集团化学试剂公司。

1.2 分析方法

富马酸含量测定：紫外可见分光光度法，240nm处测定其吸收值[5]。

天冬氨酸含量测定[6]： Waters Atlantis dC185 μmφ4.6 mm*250 mm分析柱，天冬氨酸(Sigma公司)。流动相：0.03 mol/L，KH2PO4-H3PO4缓冲液(pH2.5)；检测波长：210 nm；流速：0.8 mL/min，进样量：20 μ。

1.3 实验原理

本文先将顺酐废渣中的马来酸在一定条件下异构化成富马酸，利用富马酸水溶性差易析出的特点分离出富马酸粗品；再利用大肠杆菌体内的天冬氨酸酶将富马酸转氨生成天冬氨酸，最后利用天冬氨酸与顺酐废渣中其它杂质酸在低级醇中溶解性的差异分离出天冬氨酸。

1.4 实验内容

将25 g顺酐废渣加入到约50 mL自来水中，加热至85 ℃使废渣溶解，过滤除去不溶物，加入0.5 g硫脲，用盐酸调节体系pH至3，加热回流60 min，冷却析晶，过滤得棕红色粗富马酸。

向一定量粗富马酸中加入约30 mL自来水，加热至90℃使其溶解，用氨水将滤液pH调至8.5，加入0.1 g七水合硫酸镁得含富马酸的底物溶液，备用。向上述底物溶液中加入大肠杆菌培养液，在37 ℃下进行酶反应，监测富马酸的浓度变化，当底物溶液中的富马酸质量浓度下降到0.2%以下,即可结束反应。将反应混合液升温至70 ℃ ,加入质量分数为0.2%～0.3%的活性炭，回流脱色约30 min，过滤。将滤液升温至90 ℃ ,用硫酸溶液调pH至2.8，冷却析晶，过滤得天冬氨酸粗品。

将上述所得天冬氨酸粗品用乙醇在20 ℃下浸泡5 h，过滤得晶体，将所得晶体在80 ℃下烘8 h，得3.2 g天冬氨酸，回收率62.7%，HPLC含量为97.4%。

2结果与讨论

2.1 硫脲的加入量对富马酸产量的影响

本文以硫脲为催化剂，在酸性条件下加热回流催化马来酸发生异构化，反应时间为60 min，反应结束后通过检测反应混合液中富马酸的含量以考察硫脲催化剂的用量对富马酸产量的影响，结果见表1。

表1 硫脲的用量对富马酸产量的影响Table 1 Relation between quantity of thiocarbamideand yield of fumaric acid

注:催化剂用量以顺酐废渣配制的水溶液质量计。

从表1可看出，酸性条件下硫脲能很好地催化马来酸发生异构化反应，随着硫脲用量的增加，反应混合液中富马酸含量增大，当催化剂用量达到0.7%时，再增加催化剂用量，收率增加不明显，且硫脲加入过多会造成产品色泽较深，增加后处理难度，因此认为催化剂硫脲较佳用量为0.7%。

2.2 pH值对富马酸产量的影响

酸性条件既可使顺酐废渣中所含顺酐快速水解为马来酸，又可加速硫脲催化剂的催化作用，提高富马酸的产量。因此反应体系应保持pH为3左右的酸性环境。

2.3 反应时间对富马酸产量的影响

本文在硫脲催化剂用量为0.7%，酸性条件下加热回流反应体系，通过检测反应混合液中富马酸的含量以考察反应时间对富马酸产量的影响，结果见表2。

表2 反应时间对富马酸产量的影响Table2 Relation between reaction timeand yield of fumaric acid

从表2可以看出，延长反应时间可以提高反应体系中富马酸的含量，但当反应时间大于60 min后，收率变化不大，因此反应时间60 min即能满足要求。

2.4 酶反应温度对天冬氨酸产量的影响

若温度太低，酶反应速度缓慢；若温度过高，大肠杆菌酶容易失活，影响使用效果。考虑生产成本，酶反应温度在37℃下进行较为适宜。

2.5 底物浓度对天冬氨酸产量的影响

本文在酶活相对稳定的反应时间内，通过检测反应液中富马酸的含量来计算富马酸的转化率，考察了在相同酶浓度下不同底物浓度对富马酸转化率的影响，结果见表3。

表3 底物浓度对富马酸转化率的影响Table3 Relation between substrate concentrationand conversion rate of fumaric acid

由表3可以看出，当底物浓度小于0.06 g/mL时，提高底物浓度可以增加富马酸的转化率；但当底物浓度大于0.06 g/mL时，底物对酶反应产生抑制作用，富马酸的转化率有所下降。因此，为了使酶反应能以较快的反应速率进行，底物浓度不宜过高，以0.06 g/mL为宜。

3结 论

本文充分利用顺酐废渣中所含的有效酸，设计了一种成本低、工艺操作简单的再生方法制备具有更高市场价值的天冬氨酸。天冬氨酸回收率达62.7%，产品纯度97.4%。该方法合理利用了废弃资源，减少了对环境的污染，且经济效益明显。

[1] 王俐.顺酐生产技术进展及经济性分析.[J]化学工业,2015,33(5):27～34.

[2] 卢暄，米多.顺酐市场现状及技术发展趋势.[J]化学工业, 2010,28(4):36～39.

[3] 李树安,李润莱,张珍明 等.顺酐废渣回收富马酸的工艺研究.[J]精细石油化工,2011 ,28(5):17～20.

[4] 祝友霆，李庆华,吕冉 等.利用苯酐废水制备高纯度富马酸试验探.[J]广东化工，2014, 41(282)：24～26.

[5] Xu Hong,Wei Ping,Zhou Hua., et al. Efficient production of Lphenylalanine catalyzed by acouple denzymatic system of transaminase and aspartase [J]. Enzyme and Microbial Technology,2003, 33: 537～543.

[6] 章燕，徐虹，李莎 等.天冬氨酸的清洁提取工艺.[J]生物加工过程，2007，5(4)：65～70.