利用盐湖氯化镁制备甘氨酸镁的新工艺及相关热力学和动力学

Magnesium glycinate is a complex of amino acid and magnesium, which can be widely used as medicine and health products. There are a lot of problems in the industrial process such as high cost and low purity. A new process for the production of magnesium glycinate with glycine and MgCl2 are developed in this project. Glycine and MgCl2 are dissolved in water and the pH of the solution is adjusted with NH3. Then the magnesium glycinate can be obtained by filtration and the filtrate can be reused in the dissolution of glycine. Phase equilibrium are the basis of the optimization of crystallization. The solubility of MgCl2 in glycine and the solubility of magnesium glycinate in glycine and MgCl2 solution will be measured. The MSE (Mixed-Solvent Model) model will be used in the modelling of the solubility data. Finally the crystallization kinetics of magnesium glycinate will be investigated and new model will be developed.

甘氨酸镁是一种氨基酸络合物，广泛用于医药保健和食品添加剂等领域。目前工业制备方法还存在成本高、纯度低等问题。申请人提出了一种利用盐湖MgCl2和甘氨酸反应制备甘氨酸镁的新方法。首先将两者混合溶解，然后通入NH3调节pH值进行结晶反应，再加入过量MgCl2•6H2O固体，通过盐析的方法回收NH4Cl，过滤后的MgCl2溶液返回到反应步骤进行下一个循环。相平衡热力学是结晶过程开发的基本依据，然而甘氨酸镁相关的相平衡数据尚未见报道。本项目拟对MgCl2在甘氨酸溶液中的溶解度以及甘氨酸镁在甘氨酸和MgCl2溶液中的溶解度进行实验测定，并采用MSE (Mixed-Solvent Model) 混合电解质溶液模型作为活度系数模型进行模拟计算，在此基础上考察甘氨酸镁的结晶动力学，建立以活度为基准的晶体生长动力学模型。

氨基酸镁（钙，铁，锌，和铝）等氨基酸金属络合物，是一种有效的生物和动植物金属补充剂。其中，甘氨酸镁因其具有良好的化学和生物稳定性，高吸收率等优点，而广泛用于医药保健品、食品添加剂、饲料添加剂、化妆品添加剂等领域，并逐渐显现出了巨大的经济价值。目前，该类化合物的工业制备方法鲜有报导，从有限的资料看到，氨基酸络合物的合成方法主要是采用水体系合成法，虽然该方法具有产率高的优点，但是也有反应周期长、难过滤、产品有结晶水等缺点。鉴于此，本论文提出利用控制溶液过饱度的方法，制备二水和无水甘氨酸镁的新工艺。新方法具有产品易过滤、蒸发耗能减少和甘氨酸镁产品形貌可控等优点。为工业化生产奠定了科学基础。论文取得如下重要结果：.（1）以甘氨酸和氧化镁（或氢氧化镁）为原料，在80℃的温度条件下，利用水体系合成法可以成功制备二水甘氨酸镁产品。同时，随着反应物浓度的提高，二水甘氨酸镁产品的晶型可以得到不断改善，颗粒粒径也逐渐增大。当使用过饱和甘氨酸溶液进行反应时，二水甘氨酸镁产率显著提高，得到的产品颗粒粒径范围在10~50μm之间，易于过滤，也使整个工艺的水蒸发量大大减少。 .（2）实验证明了：文献报导的在乙醇等有机溶液中直接制备无水甘氨酸产品是很难实现的，但商品化学试剂是无水甘氨酸镁。本论文利用高温干燥二水甘氨酸镁的方法，成功制备了无水甘氨酸镁。热重分析可以看出，二水甘氨酸镁的结晶脱水温度约为150℃，当干燥温度过高时，产品会由白色变为黄色而变质。.（3）通过测定二水甘氨酸镁在水溶液中的镁离子浓度即溶解度，结合OLI软件MSE（Mixed Solvent Electrolytes）模型计算水的活度和相关例子的活度系数，首次得到二水甘氨酸镁的溶度积常数Ksp和二水甘氨酸镁的基本热力学性质数据：标准焓变∆Hr0为-10.7 kJ·mol-1，标准熵变∆Sr0为-102.831 J·mol-1，298.15K下的吉布斯自由能 为19.96 kJ·mol-1。..关键词：甘氨酸; 甘氨酸镁络合物; 制备方法; 热力学模拟