CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT ALKYL GLUCOSIDES

Fischer glycosid hóa là phương pháp tổng hợp hóa học duy nhất cho phép phát triển các giải pháp hoàn thiện về mặt kinh tế và kỹ thuật ngày nay để sản xuất alkyl polyglucoside ở quy mô lớn. Các nhà máy sản xuất có công suất trên 20.000 tấn/năm đã được triển khai và mở rộng phạm vi sản phẩm của ngành công nghiệp chất hoạt động bề mặt với các chất hoạt động bề mặt dựa trên nguyên liệu thô tái tạo. D-Glucose và rượu béo C8-C16 tuyến tính đã được chứng minh là nguyên liệu được ưa thích. Những chất dẫn điện này có thể được chuyển đổi thành alkyl polyglucoside hoạt động bề mặt bằng phương pháp glycosid hóa Fischer trực tiếp hoặc chuyển hóa hai bước thông qua butyl polyglucoside với sự có mặt của chất xúc tác axit, với sản phẩm phụ là nước. Nước phải được chưng cất từ ​​hỗn hợp phản ứng để chuyển trạng thái cân bằng phản ứng sang sản phẩm mong muốn. Trong quá trình glycosid hóa, cần tránh sự không đồng nhất trong hỗn hợp phản ứng, vì chúng dẫn đến sự hình thành quá mức cái gọi là polyglucoside, rất không mong muốn. Do đó, nhiều chiến lược kỹ thuật tập trung vào việc đồng nhất hóa các sản phẩm n-glucose và rượu, những chất này khó trộn lẫn do sự khác biệt về độ phân cực của chúng. Trong quá trình phản ứng, liên kết glycosid được hình thành giữa rượu béo và n-glucose và giữa chính các đơn vị n-glucose. Do đó, alkyl polyglucoside tạo thành hỗn hợp gồm các phần có số lượng đơn vị glucose khác nhau ở dư lượng alkyl chuỗi dài. Lần lượt, mỗi phân số này được tạo thành từ một số thành phần đồng phân, vì các đơn vị n-glucose có các dạng dị thường và dạng vòng khác nhau ở trạng thái cân bằng hóa học trong quá trình glycosid hóa Fischer và các liên kết glycosid giữa các đơn vị D-glucose xảy ra ở một số vị trí liên kết có thể xảy ra . Tỷ lệ anome của các đơn vị D-glucose xấp xỉ α/β＝ 2:1 và dường như khó bị ảnh hưởng trong các điều kiện được mô tả của quá trình tổng hợp Fischer. Trong điều kiện được kiểm soát nhiệt động, các đơn vị n-glucose có trong hỗn hợp sản phẩm tồn tại chủ yếu ở dạng pyranoside. Số lượng trung bình của các đơn vị n-glucose trên dư lượng alkyl, được gọi là mức độ trùng hợp, về cơ bản là một hàm số của tỷ lệ mol của chất thải trong quá trình sản xuất. Do mối liên hệ đặc biệt với chất hoạt động bề mặt của chúng [1], nên ưu tiên đặc biệt dành cho alkyl polyglucoside có mức độ trùng hợp từ 1 đến 3, trong đó phải sử dụng khoảng 3-10 mol rượu béo cho mỗi mol n-glucose trong quy trình.

Mức độ trùng hợp giảm khi lượng rượu béo dư thừa tăng lên. Rượu béo dư thừa được tách ra và thu hồi bằng quy trình chưng cất chân không nhiều bước với thiết bị bay hơi màng rơi, do đó có thể giữ ứng suất nhiệt ở mức tối thiểu. Nhiệt độ bay hơi phải vừa đủ cao và thời gian tiếp xúc ở vùng nóng vừa đủ dài để đảm bảo chưng cất đủ lượng cồn béo dư thừa và dòng alkyl polyglucoside tan chảy mà không có bất kỳ phản ứng phân hủy đáng kể nào. Thuận lợi là sử dụng một loạt các bước bay hơi để tách phần có nhiệt độ sôi thấp, sau đó là lượng chính của rượu béo, và cuối cùng là rượu béo còn lại, cho đến khi alkyl polyglycoside tan chảy dưới dạng cặn hòa tan được trong nước.

Ngay cả trong những điều kiện nhẹ nhàng nhất để tổng hợp và bay hơi rượu béo, sự đổi màu nâu không mong muốn sẽ xảy ra và cần phải có quá trình tẩy trắng để tinh chế sản phẩm. Một phương pháp tẩy trắng đã được chứng minh là phù hợp là thêm chất oxy hóa, chẳng hạn như hydro peroxide, vào công thức nước của alkyl polyglycoside trong môi trường kiềm với sự có mặt của các ion magie.

Nhiều nghiên cứu và biến thể được sử dụng trong quá trình tổng hợp, xử lý hậu kỳ và tinh chế đảm bảo rằng ngay cả ngày nay, vẫn chưa có giải pháp “chìa khoá trao tay” nào được áp dụng rộng rãi để thu được một loại sản phẩm cụ thể. Ngược lại, tất cả các bước của quy trình cần phải được xây dựng. Dongfu đưa ra một số gợi ý về thiết kế giải pháp và giải pháp kỹ thuật, đồng thời giải thích các điều kiện vật lý và hóa học cho quá trình phản ứng, tách và tinh chế.

Tất cả ba quy trình chính – chuyển hóa đồng nhất, quy trình tạo bùn và kỹ thuật cung cấp glucose – đều có thể được sử dụng trong điều kiện công nghiệp. Trong quá trình chuyển hóa, nồng độ của butyl polyglucoside trung gian, đóng vai trò là chất hòa tan cho sản phẩm D-glucose và butanol, phải được giữ ở mức khoảng 15% trong hỗn hợp phản ứng để tránh sự không đồng nhất. Với mục đích tương tự, nồng độ nước trong hỗn hợp phản ứng được sử dụng để tổng hợp trực tiếp alkyl polyglucoside của Fischer phải được giữ ở mức nhỏ hơn khoảng 1%. Ở hàm lượng nước cao hơn có nguy cơ biến D-glucose tinh thể lơ lửng thành khối dính, sau đó sẽ dẫn đến quá trình xử lý kém và quá trình trùng hợp quá mức. Việc khuấy và đồng nhất hóa hiệu quả thúc đẩy sự phân bố mịn và khả năng phản ứng của D-glucose tinh thể trong hỗn hợp phản ứng.

Cả hai yếu tố kỹ thuật và kinh tế phải được xem xét khi lựa chọn phương pháp tổng hợp và các biến thể phức tạp hơn của nó. Các quá trình chuyển hóa đồng nhất dựa trên xi-rô D-glucose tỏ ra đặc biệt thuận lợi cho việc sản xuất liên tục trên quy mô lớn. Chúng cho phép tiết kiệm vĩnh viễn chi phí kết tinh D-glucose nguyên liệu thô trong chuỗi giá trị gia tăng, bù đắp nhiều hơn cho khoản đầu tư một lần cao hơn vào bước chuyển hóa glycosid và thu hồi butanol. Việc sử dụng n-butanol không có nhược điểm nào khác, vì nó có thể được tái chế gần như hoàn toàn nên nồng độ dư trong các sản phẩm cuối cùng được thu hồi chỉ là vài phần triệu, có thể được coi là không tới hạn. Quá trình glycosid hóa Fischer trực tiếp theo quy trình bùn hoặc kỹ thuật cung cấp glucose sẽ loại bỏ bước chuyển hóa và thu hồi butanol. Nó cũng có thể được thực hiện liên tục và đòi hỏi chi phí vốn thấp hơn một chút.

Trong tương lai, nguồn cung và giá nguyên liệu thô hóa thạch và tái tạo, cũng như tiến bộ công nghệ hơn nữa trong sản xuất alkyl polysaccharides, sẽ có tác động quyết định đến năng lực thị trường và năng lực sản xuất phát triển và ứng dụng. Polysacarit cơ bản đã có các giải pháp kỹ thuật riêng có thể mang lại lợi thế cạnh tranh quan trọng trên thị trường xử lý bề mặt cho các công ty phát triển hoặc áp dụng các quy trình đó. Điều này đặc biệt đúng khi giá cao và thấp. Chi phí sản xuất của đại lý sản xuất đã tăng lên mức thông thường, ngay cả khi giá nguyên liệu trong nước giảm nhẹ, nó có thể cố định các chất thay thế cho chất hoạt động bề mặt và có thể khuyến khích lắp đặt các nhà máy sản xuất alkyl polysacarit mới.