CC BY
61
УДК 547.466.63 :66.02
Д. В. Ильин, И. З. Ахметов, В. В. Судаков, В. П. Ильин, Р. В. Краснова, Р. З. Гильманов
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ АСПАРАГИНАТА МЕДИ
Ключевые слова: микронутриенты, микроэлементы, медь, аспарагиновая кислота, аспарагинат меди, технологический процесс, оптимальные условия.
Разработан технологический процесс получения аспарагината меди. Проведены исследования по установлению оптимальных параметров процесса.
Key words: micronutrients, minerals, copper, aspartic acid, copper aspartate, process, optimal conditions.
The technological process of obtaining copper aspartate was developed. The study on the establishment of optimum process parameters was carried out.
В прошлых сообщениях были проведены исследования по созданию технологических основ получения аспаргинатов марганца и цинка [1,2]. Представляют также интерес исследования методов получения аспарагината меди.
Питание является одним из важнейших факторов, определяющих здоровье населения. Правильное питание обеспечивает нормальный рост и развитие детей, способствует профилактике заболеваний, продлению жизни и повышению работоспособности людей, создает условия для адекватной адаптации их к окружающей среде.
Питание большинства взрослого населения не соответствует принципам здорового питания из-за потребления пищевых продуктов, содержащих большое количество жира животного происхождения и простых углеводов, недостатка в рационе овощей и фруктов, рыбы и морепродуктов, что приводит к росту избыточной массы тела и ожирению, распространенность которых за последние 8-9 лет возросла с19 до 23 процентов, увеличивая риск развития сахарного диабета, заболеваний сердечнососудистой системы и других заболеваний [3].
Биологически активные добавки (БАД) являются источниками незаменимых пищевых веществ, микронутриентов, про- и пребиотических природных компонентов, которые восполняют их дефицит в соответствии с физиологическими потребностями организма, способствуют ассимиляции (усвоению) пищи, обеспечивают нормальное состояние пищеварительной системы, регулируют неспецифическую резистентность организма при высоких физических и психоэмоциональных нагрузках, воздействии неблагоприятных экологических факторов, при беременности и лактации, приеме антибиотиков и других состояниях [4,5].
Одним из таких жизненно необходимых микроэлементов является медь. Медь играет важную роль в регуляции окислительно-восстановительных и нейроэндокринных процессов, кроветворения, пигментации кожи и волос, участвует в выработке гормона щитовидной железы тироксина и формировании соединительной ткани, составляющей основу опорно-двигательного аппарата и кожи. Медь обладает выраженным противовоспалительным действием, смягчает проявление аутоиммунных заболеваний (ревматоидный артрит),
способствует усвоению железа. Нарушение обмена меди усиливает перекисное окисление липидов, что ускоряет процессы «старения» организма. Кроме того, недостаток меди усиливает предрасположенность к развитию диабета. В античные времена медь называли элементом богини любви и красоты, поскольку данный микроэлемент способствует выработке женских половых гормонов, придает женской коже, волосам привлекательность и свежесть, а телу - гибкость и стройность [6].
Аспарагинат меди получали взаимодействием аспарагиновой кислоты (АК) с медью (II) углекислой основной(УгМ) в водной среде по реакции:
Н20
2НООС-(рН-СН2-СООН + СиС03" Си(ОН)2 , ^ -2[(00С-(рН-СН2-С00)Си-2Н20| + С02 + Н20
Реакция является экзотермической и протекает с уменьшением объема, поэтому с точки зрения химического равновесия понижение температуры и повышение давления будут способствовать протеканию реакции. В то же время, вследствие плохой растворимости аспарагиновой кислоты в воде при нормальных условиях наоборот следует увеличивать температуру реакционной смеси, что, с одной стороны, будет смещать равновесие реакции в сторону исходных компонентов, а с другой стороны -улучшать растворимость аспарагиновой кислоты, тем самым увеличивая скорость и полноту протекания реакции.
Исследования по установлению оптимальных параметров процесса получения аспарагината меди из меди (II) углекислой основной проводили на лабораторной установке (рис.1), состоящей из реактора ёмкостью 3 л с мешалкой. Обогрев обеспечивали водяной баней. Для установления оптимальных условий процесса проводили эксперименты в интервале температур 60 ^ 100°С с различным временем выдержки реакционной массы в интервале 1,5 ^ 2,5 ч. Подбор оптимальной температуры реакции и времени выдержки реакционной смеси проводили, используя навески УгМ0,160 кг и 0,166 кг при фиксированном количестве АК0,200 кг.
Рис. 1 - Схема лабораторной установки: 1 - электроплитка; 2 - мешалка; 3 - водяная баня; 4 -воронка; 5 - ЛАТР; 6 - термометр; 7 - трехгор-лая колба; 8 - прокладка; 9 - колба Бунзена; 10 -вакуум-воронка Бюхнера
Порядок проведения реакции. В реактор заливают дистиллированную воду, загружают аспара-гиновую кислоту. Суспензию аспарагиновой кислоты в воде нагревают до заданной температуры и выдерживают 20-25 мин. В нагретую суспензию небольшими порциями дозируют медь (II) углекислую основную. Процесс дозировки разделяют на 2 стадии. Дозировку производят дробно, небольшими порциями с интервалом около 2 мин. После дозировки первой стадии делают выдержку 30 мин. Во второй стадии дозировка меди (II) углекислой основной производится так же, как и в первой стадии (дробно с тем же интервалом). После дозировки реакционную массу выдерживают при заданной температуре и постоянном перемешивании заданное время. В конце процесса рН маточного раствора должно быть выше 5,6.
После этого раствор охлаждают до комнатной температуры в течение 1,5-2 ч при постоянном перемешивании. За это время происходит высаживание аспарагината меди.
Полученную суспензию отфильтровывают, промывают дистиллированной водой и этиловым спиртом. Твердую фазу выгружают из воронки и провяливают тонким слоем (1-2см) в вытяжном шкафу при комнатной температуре в течение 10ч. Подсушенный продукт досушивают на металлическом поддоне (толщина слоя не более 2см) при температуре около 100°С в течение 4ч.
Результаты экспериментов представлены на рис. 2, 3.
Анализируя зависимости (рис.2, 3), можно сказать, что оптимальными условиями для протекания процесса являются температураТ = 100°С, время выдержки т = 2,0 ч, навеска УгМ 0,166кг, так как при этих значениях параметров наблюдается максимальный выход целевого продукта (аспарагината меди) 98% по массе.
Следует отметить, что при увеличении навески более 0,166 кг УгМ не успевает прореагировать полностью и выпадает в осадок вместе с образовавшимся аспарагинатом, следовательно, увеличение навески выше стехиометрически рассчитанного значения нецелесообразно.
Для оптимального подбора навесок исходных компонентов предлагается оперировать значе-
нием коэффициентаК, который в данном случае будет определяться соотношением масс, взятых для реакции УгМ и АК.Исходя из сказанного находим оптимальное значение данного коэффициента: Копт.. = 0,166/0,200 = 0,83.
100 95' 90 85 80 75' 70 65 60 55
Время выдержки, час.
1.5 | Т = 60°С | Т = 70°С . Т = 80°С • Т = 90°С 1 Т =100°С
Рис. 2 - Зависимость выхода аспарагината меди от температуры и времени выдержки при навеске углекислой меди 0,160 кг
100 95 90 85 80 75 70 65 60 55
Выход, %масс.
Время выдержки, час.
1.5 | Т = 60°С | Т = 70°С • Т = 80°С . Т = 90°С 1 Т =100°С
Рис. 3 - Зависимость выхода аспарагината меди от температуры и времени выдержки при навеске углекислой меди 0,166 кг
Результаты и их обсуждение
Таким образом, анализируя все вышеизложенное, можно сказать, что оптимальными условиями для проведения процесса получения аспара-гината меди с использованием меди (II) углекислой основной являются:
- модуль Н20:АК равен 10;
- температура реакцииТ = 100°С;
- время выдержки реакционной массы т = 2,0 ч;
- массовое соотношение компонентов УгМ/АК должно соответствовать значению 0,83.
1.75
2
2.25
2.75
1.75
2
2.25
2.75
При соблюдении данных условий проведения процесса достигается максимальный выход аспара-гината меди 98 % по массе от теоретически возможного.
Литература
1. Ильин Д.В. Ахметов И.З., Судаков В.В., Ильин В.П., Гильманов Р.З. Разработка технологических основ получения аспапргинатамарганца.Вестник КТУ, т.17, №3, с.20-22. 2014.
2. Ильин Д.В., Ахметов И.З., Судаков В.В., Ильин В.П., Краснова Р.В., ГильмановР.З.Разработка технологических основ получения аспаргината цинка. Вестник КТУ .т.17, №5, с.44-46.2014.
3. Концепция государственной политики Российской Федерации в области здорового питания населения на период до 2020 года, утв. Распоряжением Правительства РФ от 25 октября 2010 г. № 1873-р, г. Москва.
4. Скальный А.В. Роль макро- и микроэлементов в поддержании и укреплении здоровья: цикл совместных семинаров «Актуальные вопросы медицины». М.: ЦБММ, 2011. Вып. 2.
5. Оберлис Д., Харланд Б., Скальный А.В. Биологическая роль макро- и микроэлементов у человека и животных. СПб.: Наука, 2008. 544 с.
6. Скальный А.В. Химические элементы в физиологии и экологии человека. М.: ОНИКС 21 век; Мир, 2004. - 216 с.
© Д. В. Ильин - нач. лаб. физико-химических исследований ОАО « ГосНИИ «Кристалл»; И. З. Ахметов - к.т.н., нач. отдела физико-химических исследований ОАО « ГосНИИ «Кристалл», kristall@niikristall.ru; В. В. Судаков - к.т.н., советник ген. дир. ОАО « ГосНИИ «Кристалл»; В. П. Ильин - д.т.н., ген. дир. ОАО « ГосНИИ «Кристалл»; Р. В. Краснова - инженер 1 категории лаб. физико-химических исследований ОАО « ГосНИИ «Кристалл»; Р. З. Гильманов - д.х.н., проф., зав. каф. ХТОСА КНИТУ.
© D. V. Ilyin - head of the laboratory of physical-chemical research, the state scientific research institute «Crystal»; I. Z. Akhmetov -Ph.D., head of the Department of physical and chemical research, , the state scientific research institute «Crystal», kristall@niikristall.ru; V. V. Sudakov - candidate of technical Sciences, adviser to General Director, the state scientific research institute «Crystal» ;V. P. Ilyin - doctor of technical Sciences, General Director, the state scientific research institute «Crystal»; R. V. Krasnova - engineer 1 category theorylaboratory of physico-chemical research, the state scientific research institute «Crystal»; R. Z. Gilmanov - Ph.D., Professor, head. the Department of chemistry and technology of organic nitrogen compounds, KNRTU.
