二甲酸钾的合成工艺及其在饲料防霉上的扩展应用研究

传统的抗生素饲料添加剂在给养殖业带来巨大变革的同时,其引发的细菌耐药性、药物残留、环境污染等问题日益凸显并倍受关注。二甲酸钾是欧盟批准的第一种用于替代抗生素促生长剂的绿色饲料添加剂,其在促进动物生长、预防疾病发生以及提高饲料转化率等方面起到了与抗生素促生长剂相似的良好效果,而其良好的适口性与安全性是抗生素促生长剂所不能比拟的。然而,目前二甲酸钾的生产技术尚不成熟,尤其在国内的生产尚处于起步阶段。因此对二甲酸钾合成工艺的系统研究,以及对其应用的进一步拓展具有重要意义。本文选择了二甲酸钾的三条合成路线,考察了过程工艺条件对合成反应的影响,选出了较优合成路线,并进一步考察了二甲酸钾产品的吸湿性能,最后尝试了将二甲酸钾应用于饲料防霉,主要研究工作及结果如下:（1）分别采用甲酸-甲酸钾法、甲酸-碳酸钾法与甲酸-氢氧化钾法合成二甲酸钾,考察反应条件对二甲酸钾产品产率的影响,通过正交实验进一步优化合成工艺,同时对产品质量作分析检测。结果表明,甲酸-甲酸钾法最佳合成工艺条件为:原料摩尔比n（HCOOH）/n（HCOOK）1.3/1.0、反应温度65℃、反应时间30 min;甲酸-碳酸钾法最佳合成工艺条件为:原料摩尔比n（HCOOH）/n（K₂CO₃）4.4/1.0、反应温度85℃、反应时间90 min;甲酸-氢氧化钾法最佳合成工艺条件为:原料摩尔比n（HCOOH）/n（KOH）2.2/1.0、反应温度70℃、反应时间30 min。三条合成路线在其最佳工艺条件下所得二甲酸钾产品的产率分别为94.0%、89.9%与98.4%。经三者的原料价格、能耗以及产品产率与质量的比较发现,甲酸-氢氧化钾法优于其它两种方法,是一条符合绿色化学原理的合成路线。（2）采用静态重量法首次研究了二甲酸钾产品的吸湿性能,结果表明,30℃下,二甲酸钾产品吸湿过程中前12h内的吸湿速率与相对湿度呈良好的线性关系,由所拟合的线性方程可估算其在不同相对湿度下的吸湿速率。同样,二甲酸钾产品的平衡吸湿量与环境相对湿度关系密切,可根据所拟合的多项式方程估算其在不同相对湿度下的平衡吸湿量。二甲酸钾产品的临界相对湿度为46.2%。相对湿度低于46.2%时,其平衡含水量小于0.11g/g二甲酸钾;当相对湿度高于46.2%,平衡含水量迅速增大,最高可超过2.0g/g二甲酸钾。二甲酸钾具有很强的吸湿性能,此研究可为二甲酸钾的制备及其后处理过程操作条件的选择提供一定参考。（3）采用饲料中霉菌总数测定的通用方法,考察二甲酸钾在饲料中的防霉效果。结果表明,当添加量为0.1wt%与0.3wt%时,其防霉有效期可保持两个月左右,延长饲料贮藏期35天。当添加量为0.6wt%及以上时,其防霉有效期可达三个月以上,延长饲料贮藏期60天以上。二甲酸钾具有良好的防霉效果,其防霉性能优于常用饲料防霉剂双乙酸钠,可在替代抗生素促生长剂的同时,替代常用饲料防霉剂。