一种l-草铵膦的生产方法
阅读说明：本技术 一种l-草铵膦的生产方法 (Production method of L-glufosinate-ammonium ) 是由 李君占 于 2021-03-16 设计创作，主要内容包括：一种L-草铵膦的生产方法,特别是提供一种L-草铵膦酶转化反应液的纯化精制方法,采用双级超滤工艺,首先对L-草铵膦酶转化反应液进行合理的预处理,用第一超滤膜将反应液中的大分子蛋白等物质进行拦截。第一超滤滤液再经过蒸发浓缩,除去反应液中的丙酮等可挥发副产物。蒸发母液再进入第二超滤膜进行浓缩过滤,得到精制L-草铵膦料液。该精制L-草铵膦料液可直接用于配制制剂或通过甲醇结晶及干燥得到L-草铵膦固体产品。该方法工艺流程短,投资省,运行费用低,节能节水,操作简单,便于实现自动化控制,同时,还具有产品回收率高,产品质量稳定可靠等优点。(A method for producing L-glufosinate-ammonium, especially providing a method for purifying and refining L-glufosinate-ammonium conversion reaction liquid, adopting double-stage ultrafiltration process, firstly reasonably preprocessing the L-glufosinate-ammonium conversion reaction liquid, intercepting macromolecular protein and other substances in the reaction liquid by a first ultrafiltration membrane. Evaporating and concentrating the first ultrafiltration filtrate to remove volatile byproducts such as acetone and the like in the reaction solution. And (4) the evaporated mother liquor enters a second ultrafiltration membrane for concentration and filtration to obtain the refined L-glufosinate-ammonium feed liquid. The refined L-glufosinate-ammonium feed liquid can be directly used for preparing a preparation or used for obtaining an L-glufosinate-ammonium solid product through methanol crystallization and drying. The method has the advantages of short process flow, low investment, low operating cost, energy and water conservation, simple operation, convenient realization of automatic control, high product recovery rate, stable and reliable product quality and the like.)
技术领域
本发明涉及农药生产技术领域，特别是提供了一种L-草铵膦的生产方法。
背景技术
草铵膦属于次磷酸类高效、低毒、环境友好型非传导性灭生性除草剂。由于其在土壤中易于降解，对作物安全，不易飘移，除草谱广，活性高，用量少，环境压力小，是替代草甘膦、百草枯的最优秀的农药品种。草铵膦最早在上世纪80年代由赫斯特公司（后属于拜耳公司）首先开发成功。
草铵膦具有两种不同的光学异构体，目前市场销售的草铵膦均为外消旋体，是L-草铵膦与D-草铵膦等比例的混合物。植物受药后，只有L-草铵膦才能抑制L-谷氨酰胺合成酶的生物活性，导致铵离子累积中毒，从而抑制光合作用，最终使植株死亡，而D-草铵膦不具备该性能。因此只有L-草铵膦才有除草活性，L-草铵膦除草活性为普通草铵膦的两倍。
L-草铵膦的开发及商品化由日本明治公司率先完成，因为其产品为单一有效异构体，具有环境化学物质投放量更少，生产过程更加环保等优势，具有良好的市场前景及环境相容性。
L-草铵膦的合成方法主要可以分为三类：（1）立体化学合成；（2）先合成DL型，然后再化学手性拆分；（3）生物酶催化合成。其中立体化学合成工艺步骤多，收率低，手性原料昂贵，生产成本高，不利于大规模制备。化学手性拆分需要使用昂贵的手性拆分试剂，理论收率只能达到50%，单次拆分效率低，工艺复杂。生物酶催化具有反应条件温和，收率高，专一性强等优点，是生产L-草铵膦的优势方法。
生物酶催化制备L-草铵膦按起始原料和合成途径不同分为3大类：（1）以L-草铵膦的衍生物为底物，通过酶法直接水解获得；（2）以外消旋草铵膦的前体为底物，通过酶的选择性拆分获得；（3）以外消旋草铵膦的前体为底物，通过多酶反应，先将D-草铵膦转化为2-羰基-4-（羟基甲基膦酰基）丁酸，再将2-羰基-4-（羟基甲基膦酰基）丁酸转化为L-草铵膦。其中第（1）种方法需要昂贵的手性原料为前体，原料不易获得。第（2）种方法理论收率只能达到50%，造成原料浪费。第（3）种方法原料易得，生产成本低，具有广阔市场前景。
以外消旋草铵膦的前体为底物，通过酶的选择性转化获得L-草铵膦的方法为多步酶催化反应。专利CN111321193A，CN111363775A分别公开了一种生物多酶偶联法氧化还原不对称制备L-草铵膦的方法，以外消旋草铵膦为原料，经酶催化体系催化获得L-草铵膦，所述酶催化体系包括用于将外消旋草铵膦中的D-草铵膦催化为2-羰基-4-[羟基(甲基)膦酰基]丁酸的D-氨基酸氧化酶突变体、以及用于将2-羰基-4-[羟基(甲基)膦酰基]丁酸催化还原为L-草铵膦的转氨酶，并获得了D-氨基酸氧化酶突变体及草铵膦脱氢酶突变体的基因工程菌株。
双酶法以外消旋草铵膦为底物制备L-草铵膦的酶解液成分复杂，其中不仅包含用作催化剂的酶和其它杂蛋白，还包括酶转化反应产生的副产物如丙酮等。因此，开发一条步骤简单、原料易得、成本可控的L-草铵膦酶转化反应液后处理工艺具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种L-草铵膦的生产方法，特别是提供一种L-草铵膦酶转化反应液的纯化精制方法，采用双级超滤工艺，首先对L-草铵膦酶转化反应液进行合理的预处理，用第一超滤膜将反应液中的大分子蛋白等物质进行拦截。第一超滤滤液再经过蒸发浓缩，除去反应液中的丙酮等可挥发副产物。蒸发母液再进入第二超滤膜进行浓缩过滤，得到精制L-草铵膦料液。该精制L-草铵膦料液可直接用于配制制剂或通过甲醇结晶及干燥得到L-草铵膦固体产品。
本发明采取以下技术方案：
一种L-草铵膦的生产方法，包括以下步骤：
（1）预处理：L-草铵膦酶转化反应液加入pH调节剂、混凝剂及絮凝剂进行预处理，得到预处理液；
（2）第一超滤：预处理液进入第一超滤进行浓缩和洗涤处理，得到第一超滤滤液；
（3）蒸发浓缩：第一超滤滤液进行蒸发浓缩处理，得到蒸发母液；
（4）第二超滤：蒸发母液进入第二超滤进行浓缩和洗涤处理，得到精制L-草铵膦料液；
（5）结晶：精制L-草铵膦料液进行甲醇结晶，得到湿L-草铵膦固体；
（6）干燥：湿L-草铵膦固体进行干燥，得到L-草铵膦固体产品；
以上步骤中，第二超滤可根据工艺需要进行省略。
以上所述的一种L-草铵膦的生产方法，预处理使用的pH调节剂为盐酸或硫酸，加酸调节L-草铵膦酶转化反应液的pH范围为2.0-4.0；所使用的混凝剂为硫酸铝、聚合氯化铝、三氯化铁或聚合硫酸铁中的一种或两种以上组合，混凝剂使用量为0.01-1%（w/v）；所使用的絮凝剂为聚丙烯酸钠或聚丙烯酰胺，絮凝剂使用量为0-0.005%（w/v）。
作为优化，以上所述的一种L-草铵膦的生产方法，预处理使用的pH调节剂为盐酸，加酸调节L-草铵膦酶转化反应液的pH范围为3.0-4.0；所使用的混凝剂为聚合氯化铝，混凝剂使用量为0.05-0.5%（w/v）；所使用的絮凝剂为阴离子型或无离子型聚丙烯酰胺，絮凝剂使用量为0-0.005%（w/v）。
作为进一步优化，以上所述的一种L-草铵膦的生产方法，预处理使用的pH调节剂为盐酸，加酸调节L-草铵膦酶转化反应液的pH范围为3.0-3.6；所使用的混凝剂为聚合氯化铝，混凝剂使用量为0.08-0.2%（w/v）；所使用的絮凝剂为阴离子型或无离子型聚丙烯酰胺，絮凝剂使用量为0.0005-0.001%（w/v）。
以上所述的一种L-草铵膦的生产方法，其中第一超滤和第二超滤所使用的超滤膜为管式膜、平板膜、卷式膜或中空纤维膜中的一种或两种，所用膜的材质包括金属膜、陶瓷膜、有机膜或其它无机膜，所用膜的分离精度为1.0-50.0纳米之间或者膜的切割分子量为1.0-500kD之间。
作为优化，以上所述的一种L-草铵膦的生产方法，其中第一超滤和第二超滤所使用的超滤膜为有机管式膜、无机管式膜、有机平板膜或无机平板膜中的一种或两种，所用膜的分离精度为2-20纳米之间或者膜的切割分子量为2.0-200kD之间。
作为进一步优化，以上所述的一种L-草铵膦的生产方法，其中第一超滤和第二超滤所使用的超滤膜为管式金属烧结膜、管式陶瓷膜或管式有机烧结膜中的一种或两种，所用膜的分离精度为5-20纳米之间或者膜的切割分子量为2.0-20kD之间。
以上所述的一种L-草铵膦的生产方法，其中第一超滤和第二超滤操作时，在所处理料液中加入硅藻土作为助滤剂，助滤剂加入量为0.1-1%（w/v）之间。
以上所述的一种L-草铵膦的生产方法，适用于各种L-草铵膦酶转化反应液的纯化精制处理。其有益效果为，工艺流程短，投资省，运行费用低，节能节水，操作简单，便于实现自动化控制，同时，还具有产品回收率高，产品质量稳定可靠等优点。
具体实施方式
以下结合实例进一步说明本发明的具体实施方式。
实施例1
一种L-草铵膦酶转化反应液料液，其中L-草铵磷含量14.3wt%，温度24.5℃，pH6.7，密度1.05g/ml，该料液中含有蛋白、丙酮等杂质。对该料液进行以下预处理：
取该料液50ml，电磁搅拌下加入絮凝剂和/或混凝剂，并用酸调节料液pH，搅拌5分钟，滤纸过滤，考察过滤速度和效果。结果如下。
实施例2
实施例1中的L-草铵膦酶转化反应液料液100kg，以盐酸调节pH3.2，并加入500ppmPAC、500ppm三氯化铁以及5ppm聚丙烯酰胺（HPAM），搅拌5-10分钟，得到预处理液。
用过滤精度为5nm（截留分子量10kD）的陶瓷膜进行循环浓缩处理，收集渗透液。
操作条件：物料温度24-50℃，进膜压力0.39MPa，出膜压力0.27MPa，渗透背压0.18MPa，平均操作压力（TMP）0.15MPa。
收集渗透液体积达到85kg时，开始给浓缩液中加水，进行洗涤过滤，总加水量为15kg，分三次加入，每次渗透产水5kg，加水5kg。最后一次加水后，继续浓缩至浓缩液15kg（减量法）。
试验过程中，膜的总平均渗透流量为46.3LMH。
最终得到总渗透液100kg，总浓缩液15kg（减量法）。经分析化验，总浓缩液中L-草铵磷含量4.6wt%，总渗透液中L-草铵磷含量11.9wt%，总收率83.2%。
所得总渗透液为澄清琥珀色液体，总浓缩液为黄色浑浊液体。
实施例3
实施例1中的L-草铵膦酶转化反应液料液100kg，以盐酸调节pH3.2，并加入500ppmPAC、500ppm三氯化铁以及5ppm聚丙烯酰胺（HPAM），搅拌5-10分钟，得到预处理液。
用过滤精度为5.5nm（截留分子量15kD）的陶瓷膜进行循环浓缩处理，收集渗透液。
操作条件和方法同实施例2。
试验过程中，膜的总平均渗透流量为54.2LMH。
经分析化验，总浓缩液中L-草铵磷含量3.2wt%，总渗透液中L-草铵磷含量13.6wt%，总收率95.1%。
所得总渗透液为澄清琥珀色液体，总浓缩液为黄色浑浊液体。
实施例4
某L-草铵膦酶转化反应液料液，其中L-草铵磷含量14.7wt%，温度24℃，pH6.7，密度1.05g/ml。
取上述L-草铵膦酶转化反应液料液100kg，以盐酸调节pH3.5，并加入1000ppmPAC以及5ppm聚丙烯酰胺（HPAM），搅拌5-10分钟，得到预处理液。
用过滤精度为5nm（截留分子量10kD）的陶瓷膜进行循环浓缩处理，收集渗透液。
操作条件：同实施例2。
收集渗透液体积达到85kg时，开始给浓缩液中加水，进行洗涤过滤，总加水量为30kg，分六次加入，每次渗透产水5kg，加水5kg。最后一次加水后，继续浓缩至浓缩液15kg（减量法）。
试验过程中，膜的总平均渗透流量为52.6LMH。
最终得到总渗透液115kg，总浓缩液15kg（减量法）。经分析化验，总浓缩液中L-草铵磷含量2.1wt%，总渗透液中L-草铵磷含量12.2wt%，总收率95.4%。
所得总渗透液为澄清琥珀色液体，总浓缩液为黄色浑浊液体。
实施例5
实施例4中的L-草铵膦酶转化反应液料液100kg，预处理方法同实施例4。
用过滤精度为5.5nm（截留分子量15kD）的陶瓷膜进行循环浓缩处理，收集渗透液。
操作条件：同实施例1。
收集渗透液体积达到85kg时，开始给浓缩液中加水，进行洗涤过滤，总加水量为30kg，分六次加入，每次渗透产水5kg，加水5kg。最后一次加水后，继续浓缩至浓缩液15kg（减量法）。
试验过程中，膜的总平均渗透流量为58.6LMH。
最终得到总渗透液115kg，总浓缩液15kg（减量法）。经分析化验，总浓缩液中L-草铵磷含量1.2wt%，总渗透液中L-草铵磷含量12.3wt%，总收率96.2%。
所得总渗透液为澄清琥珀色液体，总浓缩液为黄色浑浊液体。
实施例6
取实施例4中的L-草铵膦酶转化反应液料液100kg，以盐酸调节pH2.8，并加入1000ppmPAC，搅拌5-10分钟，得到预处理液。
用过滤精度为5nm（截留分子量10kD）的陶瓷膜进行循环浓缩处理，收集渗透液。
操作条件：同实施例2。
收集渗透液体积达到85kg时，开始给浓缩液中加水，进行洗涤过滤，总加水量为45kg，分九次加入，每次渗透产水5kg，加水5kg。最后一次加水后，继续浓缩至浓缩液15kg（减量法）。
试验过程中，膜的总平均渗透流量为55.8LMH。
最终得到总渗透液130kg，总浓缩液15kg（减量法）。经分析化验，总浓缩液中L-草铵磷含量1.09wt%，总渗透液中L-草铵磷含量10.8wt%，总收率95.5%。
所得总渗透液为澄清琥珀色液体，总浓缩液为黄色浑浊液体。
实施例7
实施例4中的L-草铵膦酶转化反应液料液100kg，预处理方法同实施例4。
用过滤精度为5.5nm（截留分子量15kD）的陶瓷膜进行循环浓缩处理，收集渗透液。
操作条件：同实施例1。
收集渗透液体积达到85kg时，开始给浓缩液中加水，进行洗涤过滤，总加水量为45kg，分九次加入，每次渗透产水5kg，加水5kg。最后一次加水后，继续浓缩至浓缩液15kg（减量法）。
试验过程中，膜的总平均渗透流量为62.2LMH。
最终得到总渗透液130kg，总浓缩液15kg（减量法）。经分析化验，总浓缩液中L-草铵磷含量0.59wt%，总渗透液中L-草铵磷含量10.9wt%，总收率96.4%。
所得总渗透液为澄清琥珀色液体，总浓缩液为黄色浑浊液体。
实施例8
将实施例2，4，6中得到的陶瓷膜渗透液合并，得到总料液345kg，其中L-草铵磷含量11.5wt%。
将上述料液进行蒸发浓缩处理，得到澄清琥珀色浓缩液102kg，检测其中L-草铵磷含量37.7wt%。
实施例9
将实施例3，5，7中得到的陶瓷膜渗透液合并，得到总料液345kg，其中L-草铵磷含量12.1wt%。
将上述料液进行蒸发浓缩处理，得到浓缩液105kg，该浓缩液浑浊不透明，有明显白色絮状物质。检测其中L-草铵磷含量38.6wt%。
实施例10
实施例9中得到的L-草铵磷浓缩液，再次用陶瓷膜处理。
用过滤精度为5.5nm（截留分子量15kD）的陶瓷膜进行循环浓缩处理，收集渗透液。
操作条件和方法同实施例7。
试验过程中，膜的总平均渗透流量为45.6LMH。
最终得到总渗透液135kg，总浓缩液15kg（减量法）。经分析化验，总浓缩液中L-草铵磷含量1.89wt%，总渗透液中L-草铵磷含量28.6wt%，总收率95.3%。
所得渗透液为澄清琥珀色液体，总浓缩液为黄色浑浊液体。
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