CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT ALKYL GLUCOSIDE

Glycosid hóa Fischer là phương pháp tổng hợp hóa học duy nhất cho phép phát triển các giải pháp kinh tế và kỹ thuật hoàn thiện hiện nay cho việc sản xuất alkyl polyglucoside quy mô lớn. Các nhà máy sản xuất với công suất trên 20.000 tấn/năm đã được xây dựng và mở rộng danh mục sản phẩm của ngành công nghiệp chất hoạt động bề mặt với các tác nhân hoạt động bề mặt dựa trên nguyên liệu thô tái tạo. D-Glucose và rượu béo mạch thẳng C8-C16 đã được chứng minh là nguyên liệu đầu vào được ưa chuộng. Các sản phẩm này có thể được chuyển đổi thành alkyl polyglucoside hoạt động bề mặt bằng phương pháp glycosid hóa Fischer trực tiếp hoặc chuyển hóa glycosid hóa hai bước thông qua butyl polyglucoside với sự có mặt của chất xúc tác axit, với nước là sản phẩm phụ. Nước phải được chưng cất từ hỗn hợp phản ứng để chuyển dịch cân bằng phản ứng theo hướng tạo ra 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 các polyglucoside, vốn 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, vốn khó trộn lẫn do sự khác biệt về độ phân cực. Trong quá trình phản ứng, các liên kết glycosidic được hình thành giữa rượu béo và n-glucose, cũng như giữa các đơn vị n-glucose với nhau. Do đó, các polyglucoside alkyl tạo thành hỗn hợp các phân đoạn với số lượng đơn vị glucose khác nhau tại gốc alkyl mạch dài. Mỗi phân đoạn này, đến lượt nó, lại được tạo thành từ một số thành phần đồng phân, vì các đơn vị n-glucose có các dạng anomeric và dạng vòng khác nhau trong cân bằng hóa học trong quá trình glycosid hóa Fischer, và các liên kết glycosidic giữa các đơn vị D-glucose xuất hiện ở một số vị trí liên kết có thể có. 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 tổng hợp Fischer đã mô tả. Trong điều kiện được kiểm soát nhiệt động lực học, các đơn vị n-glucose có trong hỗn hợp sản phẩm chủ yếu tồn tại dưới dạng pyranoside. Số lượng trung bình các đơn vị n-glucose trên mỗi gốc alkyl, hay còn gọi là độ trùng hợp, về cơ bản phụ thuộc vào tỷ lệ mol của các sản phẩm được tạo ra trong quá trình sản xuất. Do đặc tính hoạt động bề mặt rõ rệt[1], các alkyl polyglucoside có độ trùng hợp từ 1 đến 3 được ưu tiên đặc biệt, trong đó cần sử dụng khoảng 3-10 mol rượu béo trên mỗi mol n-glucose trong quá trình này.

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

Ngay cả trong điều kiện dễ chịu nhất để tổng hợp và bay hơi rượu béo, hiện tượng đổi màu nâu không mong muốn vẫn xảy ra, và cần phải có quy 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 chế phẩm alkyl polyglycoside dạng nước trong môi trường kiềm với sự có mặt của ion magie.

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

Cả ba quy trình chính – chuyển hóa glycosid đồng nhất, quy trình bùn và kỹ thuật cấp glucose – đều có thể được sử dụng trong điều kiện công nghiệp. Trong quá trình chuyển hóa glycosid, nồng độ của butyl polyglucoside trung gian, đóng vai trò là chất hòa tan cho các sản phẩm khử D-glucose và butanol, phải được giữ ở mức trên 15% trong hỗn hợp phản ứng để tránh hiện tượng không đồng nhất. Vì mục đích tương tự, nồng độ nước trong hỗn hợp phản ứng được sử dụng để tổng hợp trực tiếp alkyl polyglucoside theo phương pháp Fischer phải được giữ ở mức dưới 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 trùng hợp quá mức. Khuấy và đồng nhất 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 đều phải được xem xét khi lựa chọn phương pháp tổng hợp và các biến thể phức tạp hơn của nó. Các quy trình chuyển hóa glycosid đồng nhất dựa trên xi-rô D-glucose có vẻ đặc biệt thuận lợi cho sản xuất liên tục trên quy mô lớn. Chúng cho phép tiết kiệm vĩnh viễn quá trình kết tinh nguyên liệu D-glucose trong chuỗi giá trị gia tăng, bù đắp hơn cho các khoản đầu tư một lần cao hơn vào bước chuyển hóa glycosid và thu hồi butanol. Việc sử dụng n-butanol không có bất lợi nào khác, vì nó có thể được tái chế gần như hoàn toàn để nồng độ còn lại trong các sản phẩm cuối thu hồi chỉ là vài phần triệu, có thể được coi là không quan trọng. Glycosid hóa Fischer trực tiếp theo quy trình bùn hoặc kỹ thuật cấp glucose không cần bước chuyển hóa glycosid và thu hồi butanol. Nó cũng có thể được thực hiện liên tục và yêu cầu chi phí vốn thấp hơn một chút.

Trong tương lai, nguồn cung và giá cả nguyên liệu thô hóa thạch và tái tạo, cũng như những tiến bộ công nghệ hơn nữa trong sản xuất polysaccharide alkyl, sẽ có tác động quyết định đến năng lực thị trường và năng lực sản xuất của việc phát triển và ứng dụng. Polysaccharide nền đã có những 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 đã áp dụng các quy trình này. Điều này đặc biệt đúng khi giá cả lúc cao lúc thấp. Chi phí sản xuất của tác nhân sản xuất đã tăng lên mức thông thường, ngay cả khi giá nguyên liệu thô trong nước giảm nhẹ, điều này có thể giúp ổn định nguồn cung thay thế cho chất hoạt động bề mặt và có thể khuyến khích việc lắp đặt các nhà máy sản xuất polysaccharide alkyl mới.