本发明涉及牛磺酸技术领域，特别是涉及牛磺酸及其重结晶方法。
背景技术：
牛磺酸(taurine)是一种结构简单的含硫的氨基酸，化学名称为2-氨基乙磺酸，最早从牛的胆汁中发现，又称牛胆碱，其对维持人体正常生理机能起到重要作用。目前，牛磺酸产品都是通过结晶方法得到的，一般为无色或白色结晶性粉末，无气味，易溶于水，晶体为针形结构或梭形结构，但是，该类晶体结构的牛磺酸产品堆密度低，流动性差，产品过滤和干燥时间长，另外该类晶体结构的牛磺酸产品容易断裂、易吸潮和结块，产品的包装、存储和使用也不方便。粒度较大且长径比较小的柱状牛磺酸结晶产品，其堆密度高、流动性好，过滤和干燥速度快，包装、储运、使用性能优良，更便于使用。
专利cn101671283a公开了一种在牛磺酸水溶液中添加碱性物质调ph的方法，结晶得到柱状的牛磺酸晶体，该方法会导致牛磺酸产品中相关碱性物质残留超标，且调ph至碱性结晶，会产生大量碱性母液，影响后续处理和使用。
专利cn103848763a公开了一种添加有机羧酸盐改变牛磺酸晶型的方法，得到柱状的牛磺酸晶体，该方法得到的柱状牛磺酸晶体产品的长径比为3～5:1，有待进一步降低，堆密度最高为0.92g/ml。该方法会导致牛磺酸产品中相关有机羧酸盐残留超标，结晶收率偏低，若进行多次套用提高收率，会导致相关有机羧酸盐含量进一步累积，影响产品质量。
专利cn101857558a公开了一种分段降温结晶的方法，以通过工业纯的2-氨基乙磺酸来精制2-氨基乙磺酸，避免2-氨基乙磺酸结块的问题。但是，该方法需要在高压反应条件下进行，同时，还需要添加烷醇以促进活性炭脱色除杂，以及协同滤液冷却结晶的维持时间等手段才能得到牛磺酸晶体，不仅会在牛磺酸晶体中残留烷醇杂质，而且得到的牛磺酸晶体的晶型为圆柱针状，与柱状晶型亦存在一定的差异。另外，该圆柱针状的牛磺酸晶体还需要结合铝塑膜包装才可达到较好的防止牛磺酸吸潮结块的目的。
技术实现要素：
基于此，有必要针对上述问题，提供一种不需要添加任何辅助物质的牛磺酸的重结晶方法，该方法获得的牛磺酸的纯度高，且晶体为柱状晶型，长径比低、堆密度高、流动性好，性能稳定。
一种牛磺酸的重结晶方法，包括：
将牛磺酸粗品与水混合并加热，得到混合液，其中所述混合液的温度大于或等于90℃；
将所述混合液的温度以第一降温速率降温至50℃～60℃并进行第一次保温以实现初步结晶，得到初步结晶混合液；以及
将所述初步结晶混合液以第二降温速率降温至20℃～30℃并进行第二次保温以实现继续结晶，得到牛磺酸，所述牛磺酸的晶体为柱状晶型；其中，所述第二降温速率为40℃/h～360℃/h，所述第一降温速率小于所述第二降温速率。
在其中一个实施例中，所述第一降温速率为5℃/h～20℃/h。
在其中一个实施例中，所述第一次保温的时间为0.5h～2h。
在其中一个实施例中，所述第二次保温的时间为0.5h～2h。
在其中一个实施例中，所述牛磺酸粗品与所述水的质量比为1:2～1:3。
在其中一个实施例中，在将所述混合液进行所述初步结晶之前，还包括将所述混合液与吸附剂混合，进行吸附处理，然后过滤掉所述吸附剂。
在其中一个实施例中，所述吸附剂的质量为所述牛磺酸粗品的质量的0.1％～1％。
在其中一个实施例中，所述吸附处理的时间为0.5h～1h。
本发明牛磺酸的重结晶方法，先将大于或等于90℃的混合液以5℃/h～20℃/h的第一降温速率降温至50℃～60℃并进行第一次保温，初步结晶得到均匀的、具有一定尺寸的柱状晶型的晶体；然后，将初步结晶混合液以40℃/h～360℃/h的第二降温速率降温至20℃～30℃并进行第二次保温，以使初步结晶混合液中的牛磺酸继续结晶得到柱状晶型的晶体。
其中，通过限制第二降温速率可使初步结晶混合液能够快速降温，减少初步结晶混合液在低温段的降温时间，快速提高牛磺酸在初步结晶混合液中的过饱和度，使牛磺酸尽快结晶出来，以减弱牛磺酸晶体沿径向和轴向生长速度的差距，从而得到晶体为柱状晶型的牛磺酸。
本发明牛磺酸的重结晶方法没有添加任何辅助物质，在牛磺酸产品中不会有任何辅助物质的残留，保证了牛磺酸产品的纯度和质量。同时，本发明牛磺酸的重结晶方法既能间歇操作，也能连续操作，且重结晶过程在常压下进行，条件易于控制，更加有利于工业大规模的生产。
一种由上所述重结晶方法得到的牛磺酸，所述牛磺酸的晶体为柱状晶型，所述晶体的轴向的长度为600μm～950μm，径向的长度为250μm～450μm，轴向与径向的长径比为2:1～3:1。
在一个或多个实施例中，所述牛磺酸的堆密度为0.90g/ml～1.1g/ml。
本发明得到的牛磺酸的晶体为柱状晶型，且粒径分布范围小、长径比较小，使得其堆密度高、流动性好，过滤和干燥速度快，包装、储运、使用性能优良，更便于使用。
附图说明
图1为实施例1中得到的柱状牛磺酸产品的显微镜图；
图2为实施例2中得到的柱状牛磺酸产品的显微镜图；
图3为实施例3中得到的柱状牛磺酸产品的xrd图；
图4为实施例3中得到的柱状牛磺酸产品的显微镜图；
图5为实施例4中得到的柱状牛磺酸产品的显微镜图；
图6为对比例1中得到的针状或梭状牛磺酸产品的显微镜图。
具体实施方式
以下将对本发明提供的牛磺酸及其重结晶方法作进一步说明。
本申请人经过长期而深入的研究发现，在牛磺酸的重结晶过程中，混合液刚开始降温结晶时，由于温度较高，牛磺酸晶体还未大量析出，混合液中羟乙基磺酸钠、二聚物、三聚物、乙二醇、聚醚、乙醇胺、硫酸钠等杂质的相对含量较低，牛磺酸晶体沿轴向和径向生长相对均衡，但是，随着温度的不断降低，牛磺酸不断析出，导致混合液中牛磺酸的含量大幅下降，杂质相对含量大幅升高，该杂质含量的升高加强了牛磺酸晶体轴向分子间的氢键作用而使轴向的生长加快，导致形成针状或梭状晶体的牛磺酸。
因此，本发明提供的牛磺酸的重结晶方法，包括：
s1，将牛磺酸粗品与水混合并加热，得到混合液，其中所述混合液的温度大于或等于90℃；
s2，将所述混合液的温度以第一降温速率降温至50℃～60℃并进行第一次保温以实现初步结晶，得到初步结晶混合液；
s3，将所述初步结晶混合液以第二降温速率降温至20℃～30℃并进行第二次保温以实现继续结晶，得到牛磺酸，所述牛磺酸的晶体为柱状晶型；其中，所述第二降温速率为40℃/h～360℃/h，所述第一降温速率小于所述第二降温速率。
步骤s1中，所述牛磺酸粗品与所述水的质量比为1:2～1:3，优选为1:2.2～1:2.6，以能够完全溶解牛磺酸粗品并提高牛磺酸的收率以及控制晶体的大小。其中，溶解时，可将混合液的温度加热至90℃～100℃，优选为93℃～98℃。
另外，牛磺酸粗品的杂质含量也是制备柱状晶型的牛磺酸的影响因素之一，为了避免混合液中牛磺酸大幅析出后杂质的相对含量较高，影响牛磺酸晶体沿轴向和径向生长时的均衡性，牛磺酸粗品的杂质的质量百分含量优选小于或等于6％，进一步优选小于4％。
步骤s2中，在将所述混合液进行初步结晶之前，还包括将所述混合液与吸附剂混合，进行吸附处理，然后过滤掉所述吸附剂，以进一步降低混合液中的杂质含量。其中，所述吸附剂包括活性炭等，所述吸附剂的质量为所述牛磺酸粗品的质量的0.1％～1％，优选为0.2％～0.5％，所述吸附处理的时间为0.5h～1h。
在初步结晶时，混合液中牛磺酸的含量较高，如果降温速率过快，容易爆发成核，而如果降温速率过低，结晶速率较慢，会使得到的晶体过粗。所以，混合液的温度优选以5℃/h～20℃/h的第一降温速率进行降温，当混合液降温至50℃～60℃时，混合液中的杂质含量就开始影响晶体的结构，所以，混合液的温度优选降温至50℃～60℃并进行第一次保温，所述第一次保温的时间为0.5h～2h，以初步结晶得到均匀的、具有一定尺寸的柱状晶型的牛磺酸晶体。
通过初步结晶得到初步结晶混合液后，本发明再通过步骤s3，将初步结晶混合液以第二降温速率降温至20℃～30℃并进行第二次保温，所述第二次保温的时间为0.5h～2h，以实现继续结晶。
但是，在该结晶阶段，由于部分牛磺酸已结晶完成，初步结晶混合液中牛磺酸含量逐步降低，导致杂质对晶体结构的影响逐渐凸显和变大。此时，如果降温速率过慢，杂质会加强牛磺酸晶体轴向分子间的氢键作用而使轴向的生长加快，从而导致晶种生长为梭状或针状晶体。
因此，本发明的步骤s3中，以40℃/h～360℃/h的第二降温速率将初步结晶混合液的温度降至20℃～30℃，从而通过快速降温的方式减少初步结晶混合液在低温段的降温时间，快速提高牛磺酸在初步结晶混合液中的过饱和度，使牛磺酸尽快结晶出来，以减弱牛磺酸晶体沿径向和轴向生长速度的差距，从而得到晶体为柱状晶型的牛磺酸。
同时，在该结晶阶段，初步结晶得到的柱状晶型的牛磺酸晶体可以起到晶种的作用，诱导牛磺酸尽快结晶出来，得到柱状晶型的牛磺酸晶体。
继续结晶得到牛磺酸后，还通过离心分离和干燥，以得到最终的牛磺酸产品。其中，干燥的温度为90℃～105℃，干燥的时间大于2h。
因此，本发明牛磺酸的重结晶方法没有添加任何辅助物质，在牛磺酸产品中不会有任何辅助物质的残留，使重结晶得到的牛磺酸的纯度高，保证了牛磺酸产品的质量。同时，本发明牛磺酸的重结晶方法既能间歇操作，也能连续操作，且重结晶过程在常压下进行，条件易于控制，更加有利于工业大规模的生产。
本发明还提供一种由上述重结晶方法得到的牛磺酸，所述牛磺酸的晶体为柱状晶型，所述晶体的轴向的长度为600μm～950μm，径向的长度为250μm～450μm，轴向与径向的长径比为2:1～3:1，所述牛磺酸的堆密度为0.90g/ml～1.1g/ml，进一步为0.95g/ml～1.1g/ml。
因此，本发明得到的牛磺酸的晶体为柱状晶型，且粒径分布范围小、长径比较小，使得其堆密度高、流动性好，过滤和干燥速度快，包装、储运、使用性能优良，更便于使用。
以下，将通过以下具体实施例对所述牛磺酸及其重结晶方法做进一步的说明。
以下实施例和对比例中，纯度通过标准品外标法测定，收率＝(产品质量×产品含量)/(粗品质量×粗品含量)。
实施例1
称取牛磺酸粗品280g，加入600g水，升温至95℃搅拌溶解，搅拌速度180rpm/min，加入2.5g活性炭，搅拌45min后，趁热过滤。
滤液以15℃/h的降温速率降温至50℃，保温2h。再以240℃/h的降温速率快速降温至20℃，保温1h。离心过滤，湿品置于100℃烘箱中真空干燥3h，得到238g牛磺酸产品，收率87％，纯度99.6％。
本实施例获得的牛磺酸晶体显微镜照片如图1所示，为短柱状晶体，晶体的轴向长度为779.45μm，径向长度为295.98μm，轴向与径向的长径比为2.63:1，堆密度为1.01g/ml。
实施例2
称取牛磺酸粗品280g，加入650g水，升温至90℃搅拌溶解，搅拌速度180rpm/min，加入2.8g活性炭，搅拌40min后，趁热过滤。
滤液以10℃/h的降温速率降温至50℃，保温1.5h。再以120℃/h的降温速率快速降温至25℃，保温1.5h。离心过滤，湿品置于95℃烘箱中真空干燥5h，得到235g牛磺酸产品，收率86％，纯度99.8％。
本实施例获得的牛磺酸晶体显微镜照片如图2所示，为短柱状晶体，晶体的轴向长度为694.86μm，径向长度为273.56μm，轴向与径向的长径比为2.54:1，堆密度为0.99g/ml。
实施例3
称取牛磺酸粗品500g，加入1000g水，升温至99℃搅拌溶解，搅拌速度180rpm/min，加入4.5g活性炭，搅拌30min后，趁热过滤。
滤液以5℃/h的降温速率降温至50℃，保温1h。再以80℃/h的降温速率快速降温至30℃，保温1h。离心过滤，湿品置于100℃烘箱中真空干燥3h，得到442gxrd图如图3所示的产品，从图3可知，该产品为牛磺酸。本实施例中，牛磺酸的收率90％，纯度99.5％。
本实施例获得的牛磺酸晶体显微镜照片如图4所示，为短柱状晶体，晶体的轴向长度为672.73μm，径向长度为304.68μm，轴向与径向的长径比为2.21:1，堆密度为1.05g/ml。
实施例4
称取牛磺酸粗品500g，加入1500g水，升温至90℃搅拌溶解，搅拌速度180rpm/min，加入5g活性炭，搅拌1h后，趁热过滤。
滤液以20℃/h的降温速率降温至50℃，保温2h。再以40℃/h的降温速率快速降温至20℃，保温1.5h。离心过滤，湿品置于105℃烘箱中真空干燥3h，得到426g牛磺酸产品，收率86％，纯度99.9％。
本实施例获得的牛磺酸晶体显微镜照片如图5所示，为短柱状晶体，晶体的轴向长度为943.35μm，径向长度为403.93μm，轴向与径向的长径比为2.33:1，堆密度为0.97g/ml。
对比例1
称取牛磺酸粗品280g，加入650g水，升温至95℃搅拌溶解，搅拌速度180rpm/min，加入2.8g活性炭，搅拌45min后，趁热过滤。
滤液以15℃/h的降温速率降温至50℃，保温1.5h。再以15℃/h的降温速率降温至20℃，保温2h。离心过滤，湿品置于100℃烘箱中真空干燥3h，得到237g牛磺酸产品，收率87％，纯度99.5％。
本对比例获得的牛磺酸晶体显微镜照片如图6所示，晶体不均匀，短柱状和针状(或梭状)晶体都有，主要为针状或梭状，针状晶体的轴向长度平均为940μm，径向长度平均为250μm，轴向与径向的长径比为3.76:1，堆密度为0.82g/ml。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
1.一种牛磺酸的重结晶方法，其特征在于，包括：
将牛磺酸粗品与水混合并加热，得到混合液，其中所述混合液的温度大于或等于90℃；
将所述混合液的温度以第一降温速率降温至50℃～60℃并进行第一次保温以实现初步结晶，得到初步结晶混合液；以及
将所述初步结晶混合液以第二降温速率降温至20℃～30℃并进行第二次保温以实现继续结晶，得到牛磺酸，所述牛磺酸的晶体为柱状晶型，其中，所述第二降温速率为40℃/h～360℃/h，所述第一降温速率小于所述第二降温速率。
2.根据权利要求1所述的牛磺酸的重结晶方法，其特征在于，所述第一降温速率为5℃/h～20℃/h。
3.根据权利要求1所述的牛磺酸的重结晶方法，其特征在于，所述第一次保温的时间为0.5h～2h。
4.根据权利要求1所述的牛磺酸的重结晶方法，其特征在于，所述第二次保温的时间为0.5h～2h。
5.根据权利要求1所述的牛磺酸的重结晶方法，其特征在于，所述牛磺酸粗品与所述水的质量比为1:2～1:3。
6.根据权利要求1～5任一项所述的牛磺酸的重结晶方法，其特征在于，在将所述混合液进行所述初步结晶之前，还包括将所述混合液与吸附剂混合，进行吸附处理，然后过滤掉所述吸附剂。
7.根据权利要求6所述的牛磺酸的重结晶方法，其特征在于，所述吸附剂的质量为所述牛磺酸粗品质量的0.1％～1％。
8.根据权利要求6所述的牛磺酸的重结晶方法，其特征在于，所述吸附处理的时间为0.5h～1h。
9.一种由权利要求1～8任一项所述重结晶方法得到的牛磺酸，其特征在于，所述牛磺酸的晶体为柱状晶型，所述晶体的轴向的长度为600μm～950μm，径向的长度为250μm～450μm，轴向与径向的长径比为2:1～3:1。
10.根据权利要求9所述的牛磺酸，其特征在于，所述牛磺酸的堆密度为0.90g/ml～1.1g/ml。
技术总结