鹽酸多西環素脫水母液中對甲苯磺酸的回收應用研究

徐 兵，王 玉，程曉兵

(鹽城蘇海制藥有限公司 研發中心，江蘇 鹽城 224145)

1 引言

鹽酸多西環素又稱鹽酸脫氧土霉素，強力霉素[1-2]，是抗生素藥。有廣譜抗菌作用，用于革蘭氏陽性球菌和陰性桿菌引起的輕癥感染，也可用于恙蟲病等立克次體的感染，對阿巴疾痢及非典型性肺炎也有效。

目前鹽酸多西環素的生產工藝主要以土霉素為主要原料，經氯代、脫水，氫化、置換、精制而得[1]，鹽酸多西環素的脫水母液[3]是生產反應的第2工序。脫水工藝分別以對甲苯磺酸(PSTA)為原料，經置換后這種原料最終殘留在母液中，該步的反應母液經堿中和回收乙醇后，殘液中含有大量的高COD深色有毒廢液，成為重要的污染源[4]，因為對甲苯磺酸除了具有磺酸基團外，還有甲基官能團，廢水酸性強，毒性大，可生化性差。

國內有文獻[2]報道根據該廢水的特殊性，選用三烷基胺為絡合劑、正辛醇和磺化煤油為稀釋劑、氫化化鈉為反萃取劑，進行萃取--反萃取實驗研究，但因為強力霉素生產過程中溶劑量非常大，1噸強力霉素產生12噸的脫水母液，而萃取劑量與母液用量達到1:1時才能有明顯的效果，這樣有機萃取劑的使用量也非常大，投資與成本都較高，不利于工業化大生產。

本技術是一種通過堿中和、轉化、過濾濃縮等分離技術聯用，實現強酸性有機芳香化合物從廢水中的有效分離并能循環套用的方法。首先在攪拌狀態下向廢水母液中加入強堿弱酸鹽中和后得到對應的對甲苯磺酸鈉鹽，然后再通過酸化，過濾、提純得對甲苯磺酸，并將對甲苯磺酸循環重復使用。因對甲苯磺酸供應緊張，回收利用后，不但減少廢水中污染物的排放量，使廢水具有可深化性，且大大降低了鹽酸多西環素的生產成本。

2 實驗材料與方法

2.1 實驗儀器及藥品

電動攪拌器、電熱器、pH計、電子天平、水分儀、溫度計、三口燒瓶、冷凝管，及其他玻璃儀器若干，安捷倫液相色譜儀。

鹽酸多西環素轉化母液、氯化鈉及其他常用藥品。

2.2 對甲苯磺酸鈉的回收方法

①取脫水母液600 mL加強堿弱酸鹽堿中和后至pH值6～7，蒸餾回收乙醇至液溫80 ℃。②將殘液加入一定量的水③加入定量的活性炭脫色，脫色后的濾液用旋轉蒸餾器蒸干得對甲苯磺酸鈉鹽。

2.3 對甲苯磺酸的制備方法

①將對甲苯磺酸鈉加入一定量的無水乙醇中。②向對甲苯磺酸鈉乙醇溶液中加入定量的酸。③降溫至0 ℃開始保溫， 5h后直接過濾， 濾液加入定量的活性炭脫色。④將脫色后的濾液在小于60 ℃減壓濃縮。⑤等出現白色結晶時即停止濃縮，冷卻后析出晶體，經抽濾、減壓低溫(30～40 ℃)干燥即得對甲苯磺酸。

2.4 對甲苯磺酸的分析方法

2.4.1 對甲苯磺酸的含量分析[5]

分析條件：

島津液相色譜儀LC-20AT,配多波長SPD-20A檢測器

甲醇(色譜純)，對甲苯磺酸、正四丁基溴化銨分析純。實驗用水為二次蒸餾水。工業脫水母液鹽城蘇海制藥有限公司提供。

色譜條件

Kromasi-C18柱(250×4.6 mm)；流動相為V(甲醇): V(0.01 mol/L正四丁基溴化銨溶液)=50:50；波長：235 nm ；流速1 mL/min；柱溫：30 ℃。

樣品制備

采用標準物質的保留時間對樣品峰定性，采用外標法用峰面積計算定量。依次配制不同濃度的對甲苯磺酸標準溶液進行分析，以質量濃度(mg/L)為橫坐標，峰面積為縱坐標繪制校準曲線。

A: 準確稱取對甲苯磺酸0.0100 g置于50 mL燒杯中，用水充分溶解并定容在100 mL容量瓶中，混勻，配成質量濃度100 mg/L的標準溶液，將用水逐級稀釋的標準工作液在上述色譜條件下進樣10 μL，記錄譜圖，以峰面積y對甲苯磺酸進樣濃度x作線性回歸，分別繪制兩條校準曲線，回歸方程為：y=22.467x+0.5397，R2=0.9916。

B：準確稱取含對甲苯磺酸的試樣0.0200 g于50 mL容量瓶中，移取2 mL ，定容至10 mL容量瓶中，取10μL進樣。根據峰面積代入標準回歸曲線方程，計算得出對甲苯磺酸含量。

2.4.2 脫水母液中對甲苯磺酸的含量分析

分別取生產中不同批次的鹽酸多西環素脫水母液，分析對甲苯磺酸含量在6.84%～8.63 %之間。平均含量在7%左右，根據公司月產鹽酸多西環素100噸計算，每天將產生脫水母液量約為36噸，每天的脫水母液中含有對甲苯磺酸5噸左右，若將對甲苯磺酸進行回收回用，不但能降低企業的生產成本、提高在同行中的競爭力，緩解環保壓力。因此研究對甲苯磺酸的回收回用意義重大。

3 結果與討論

3.1 脫水母液中對甲苯磺酸鈉鹽的回收條件

強酸弱堿鹽試驗條件優化：經強酸弱堿鹽中和后的母液蒸餾處理后的殘液，用活性炭脫色后，用旋轉蒸發儀進行濃縮得對甲苯磺酸鈉，但為了提高產品的產率，對工藝條件的參數進行了優化和篩選，如下圖所示：

圖1 保溫時間與回收對甲苯磺酸鈉量的關系

圖2 脫水母液體積與加入堿金屬鹽的量與回收對甲苯磺酸鈉的關系

取定量脫水母液進行實驗優化，圖表數據顯示后的工藝參數如下：

(1)圖1中保溫時間選定4個參數進行對比驗證顯示時，保溫時間4 h產生的磺基水楊酸比保溫時間3h產生的量多2.8～3 g，且繼續保溫后5 h后，產生的對甲苯磺酸鈉量變化不大，因此確定保溫時間為4h。

(2)圖2中對甲苯磺酸鈉的回收量與強堿弱酸鹽的加入量影響很大，鹽量加入過多，產生的對甲苯磺酸鈉的含鹽量較多，含量偏低，當加入量過少時，對甲苯磺酸鈉的量的回收量偏少。因此轉化母液體積與加入強堿弱酸鹽的量比值為15:1時，條件最佳。

3.2 對甲苯磺酸鈉鹽轉化成對甲苯磺酸的條件優化

由于第一步回收的是對甲苯磺酸鈉鹽，只有將其轉化成對甲苯磺酸，才能用脫水制備工段形成11-α氯代甲烯土霉素對甲苯磺酸鹽。因此考慮選擇溶媒及酸化條件、活性炭的脫色提高回收物質的外觀及去雜，過濾后脫去溶媒得到成品，有關工藝要點如下：

3.2.1 酸化時溶媒的選擇及溫度的確定

由于對甲苯磺酸鈉及強堿弱酸鹽溶于水而不溶于乙醇，而其對應的酸在乙醇中的溶解度很大，因此無水乙醇酸化反應的溶媒，既能將其鈉鹽在酸性條件下轉化成酸，又能去除不溶于乙醇的雜質鈉鹽。

將對甲苯磺酸鈉加入無水乙醇中，由于在無水乙醇中幾乎微溶，若溫度較高，酸化反應很難進行，經篩選后，將酸化反應溫度控制在0 ℃反應。

3.2.2 酸用量及乙醇量、脫色時間、活性炭數量的確定

酸用量與乙醇用量緊密相連，酸用量過多，會導致整個體系乙醇酸濃度偏高，得到的對甲苯磺酸蒸不干，外觀差。活性炭的用量及脫色時間對轉化后的對甲苯磺酸外觀和含量決定因素較大，由于各參數之間存在因果關系，我們對活性炭數量A脫色時間B酸用量C及乙醇用量D四因素采用正交試驗來確定，每一因素取3水平，結果如表1及表2。

、

表1 正交試驗L9(34)(50 g對甲苯磺酸鈉鹽)Table 1 orthogonal test L9(34)(50 g sulfo-sodium salicylate)

表2 數據分析Table 2 data analysis

從表2數據可知：按對甲苯磺酸得量作為評論標準應選A3(A1)B2C2D2，4因素從主至次水平為DCBA,產品含量作為評判標準應選A1B2C3D2，4因素從主至次水平為DBAC，其中C的影響因素最大，其余可認為次要因素，綜合兩項分析，可選定最優方案為A3B2C2D2，也即50 g對甲苯磺酸鈉鹽應選用活性炭2.5 g、脫色時間30 min，酸用量30 mL，乙醇用量300 mL的酸化方案，最終總回收率達90%～95%。

3.2.3 回收對甲苯磺酸回用于合成11-α氯代甲烯土霉素對甲苯磺酸鹽

表3 回收對甲苯磺酸回用于脫水物成鹽實驗數據Table 3 recovery of sulphide salicylic acid for hydrogenated salt test data

從表3數據可知：取等量同批11-α氯代甲烯土霉素合成[3]料液，用新對甲苯磺酸與回收對甲苯磺酸進行成鹽，成鹽得到的11-α氯代甲烯土霉素對甲苯磺酸鹽的重量收率與質量[6]兩者相當。

本實驗技術是一種通過堿中和、轉化、過濾濃縮等分離技術聯用，實現強酸性有機芳香化合物從廢水中的有效分離并能循環套用的方法。首先在攪拌狀態下向廢水母液中加入強堿弱酸鹽中和，然后再通過蒸餾、酸化，過濾、提純得對甲苯磺酸，并將對甲苯磺酸循環重復使用。通過小試、中試和試生產驗證表明，該項技術工業化設備投資少、占地面積小、操作簡便、能消耗小、技術成熟，回收回用率高等優點，有效解決了強力霉素的清潔化生產和資源再生等問題。通過小試、中試和產業化大產生，運行情況良好，形成了處理12000噸強力霉素脫水母液，并資源化利用對甲苯磺酸830噸，降低成本500多萬元，降低固廢轉移費用400萬元左右。

4 結論

(1)鹽酸多西環素脫水母液，經調節pH值將乙醇回收后，可將被轉化對甲苯磺酸鈉鹽酸化成對甲苯磺酸。回收對甲苯磺酸鈉的較佳方案為：將溫度升到45～50 ℃時保溫4 h后，且加入堿金屬鹽的量與脫水母液的體積比為15:1時，析出的對甲苯磺酸鈉達最大值，且通過回收鈉鹽后的母液套用，對甲苯磺酸鈉的回收率達95%～98%。

(2)將對甲苯磺酸鈉轉化成對應的較佳方案為：50 g對甲苯磺酸鈉鹽應選用活性炭2.5 g、脫色時間30 min，酸用量30 mL，乙醇用量300 mL的酸化方案，最終總回收率達90%～95%

[1] 中華人民共和國衛生部藥典委員會. 中華人民共和國藥典[M].北京：化學工業出版社，1995:525-527.

[2] 張 凌.強力霉素生產廢水處理與資源化研究[D].鄭州：河南大學，2006.

[3] 江蘇科易達環保科技有限公司.鹽城蘇海制藥有限公司年產1000噸強力霉素和年產800噸果糖、300噸尿囊素、50噸右旋糖酐搬遷項目[OB/OL].[2015-01-09]. http://www.suhai.cc/mtzx1.asp?id=847.

[4] 王菊思，趙麗輝.芳香化合物生物降解性研究[J].環境學學報，1995，15(4):407-415.

[5] 趙學梅，邵 燕，陸朝陽，等.高效液相色譜法測定工業廢水中5-磺基水楊酸[J].光譜實驗室，2012 , 29 (3) :1375-1378.

[6] 國家藥典委員會.中華人民共和國藥典2010版二部.鹽酸多西環素[M].北京：化學工業出版社，2010.