双极性膜电渗析法转化对甲基苯磺酸钠盐的工艺条件研究

文章编号:1007-8924(2005)01-0017-04双极性膜电渗析法转化对甲基苯磺酸钠盐的工艺条件研究王军苏静刘砚哲余立新(清华大学化工系,北京100084)摘要:通过双极性膜电渗析法,把d-对羟基苯甘氨酸生产中产生的对甲基苯磺酸钠盐转化为对甲基苯磺酸和氢氧化钠.实验对比了两室双极性膜电渗析和三室双极性膜电渗析工艺的优劣.根据比较,确定了处理实际料液时的最佳转化条件为:将两室法转化和对羟基苯甘氨酸(p-HPG)的溶解过程耦合进行.并在此基础上,提出了改进d-对羟基苯甘氨酸生产工艺的方法.关键词:双极性膜;电渗析;d-对羟基苯甘氨酸;对甲基苯磺酸中图分类号:TQ028文献标识码:Ad-对羟基苯甘氨酸(d-p-HPG)是一种白色或类白色结晶性粉末,微溶于水,易溶于酸或碱溶液[1,2],作为重要的医药中间体,用于合成半合成青霉素、头孢菌素和β-内酰胺类半合成抗生素的重要生产工艺中,还是制造羟氨苄青霉素(阿莫西林)和头孢羟氨苄的基本原料.同时也是羟氨苄氨苄头孢菌素、头孢着罗、头孢普罗、双硫咩唑头孢菌素、磺胺头孢菌素和苯吡南唑头孢菌素等的主要侧链[3].目前工业生产d-对羟基苯甘氨酸的基本工艺流程如图1所示.用对甲基苯磺酸(p-TSA)溶解对羟基苯甘氨酸外消旋混合物,得到盐(dl-p-HPG,p-TSA),拆分后分别得到盐(d-p-HPG,p-TSA)和盐(l-p-HPG,p-TSA),其中(d-p-HPG,p-TSA)通过NaOH中和可得产品d-对羟基苯甘氨酸沉淀.上清液即为对甲基苯磺酸钠盐的溶液,通过H2SO4酸化后可以循环使用.酸化后要引入脱盐工序,会造成一定的环境污染[4,5].双极性膜在直流电场的作用下,中间层将水解离为H+和OH-,可以使盐转化成相应的酸和碱[6-8].本文通过双极性膜电渗析把对甲基苯磺酸钠盐转化为对甲基苯磺酸和氢氧化钠,并比较了两室双极性膜电渗析和三室双极性膜电渗析工艺的优劣.图1d-对羟基苯甘氨酸的纯化工艺Fig.1Theseparationprocessfortheproductionofd-(-)-p-hydroxyphenylglycie1实验实验采用如图2所示的两室双极性膜电渗析装置和图3所示的三室双极性膜电渗析装置.实验用Tokuyama公司的BP-1双极性膜,厚度0.215mm,水解离电压1.35V,电流效率9914%;阳膜和阴膜是由印度的CentralSaltandMarineChemicalInstitute提供,阳膜厚度0.13mm,离子交换容量1.5mmol/g;阴膜厚度0.14mm离子交换容量0.4mmol/g.每张膜的有效面积为98cm2,各室的厚度为1.5mm,流体的膜面流速为10cm/s,两极室内均用质量分数2.5%的NaOH溶液.收稿日期:2003-07-08;修改稿收到日期:2004-09-29作者简介:王军(1976-),男,山东淄博市人,研究生,主要从事膜和膜过程的研究.第25卷第1期膜科学与技术Vol.25No.12005年2月MEMBRANESCIENCEANDTECHNOLOGYFeb.2005图2两室式双极性膜电渗析装置示意图Fig.2Schematicdrawingoftwo-chamberelectrodialysiswithbipolarmembrane图3三室式双极性膜电渗析装置示意图Fig.3Schematicdrawingofthree-chamberelectrodialysiswithbipolarmembrane实验采取恒流间歇操作,操作电流8A,对应的电流密度为82mA/cm2.Na+浓度采用钠离子浓度计测量,为了避免水样中H+对Na+测定造成的干扰,要求在待测试样中加入碱性试剂Ba(OH)2,调整待测试样的pH值在10.0～10.5的范围内;碱室的浓度采用滴定法确定.两室法酸室和三室法料室中H+的浓度根据pKα计算得来,三室法酸室浓度采用滴定法确定.用下列参数评价实验过程.Na+转化率:η=Vm[Na+]m-Vt[Na+]tVm[Na+]m×100%式中,[Na+]m为料液中Na+的浓度;[Na+]t为t时刻料液中Na+的浓度;Vm为料液的初始体积;Vt为t时刻料液的体积.平均电流效率:Eave=mtFNIt式中,mt为时间t内转移的Na+物质的量;F为Faraday常数;N为膜对的单元数(此处N=1);I为操作电流.能耗:P=UItmtMw式中,U为膜堆电压;Mw为p-TSA的相对分子质量.2结果与讨论2.1平均电流效率2.1.1两室装置电流效率当料液是纯的对甲基苯磺酸钠盐,转化率70%左右的时候,平均电流效率大约为20%.这是因为对甲基苯磺酸是中强酸[9],在25℃的时候,pKα=1.7.解离出的H+也要通过阳膜与Na+竞争,因