双极性膜电渗析技术在亚氨基二乙酸制备中的应用

第19卷第4期2002年4月精细化工FINECHEMICALSVol.19,No.4Apr.2002有机电化学与工业双极性膜电渗析技术在亚氨基二乙酸制备中的应用Ξ曾小君(常熟高等专科学校应用化学研究所,江苏常熟215500)摘要:报道了双极性膜电渗析取代现行工艺中亚氨基二乙酸钠转化成亚氨基二乙酸的酸化过程的研究。亚氨基二乙酸钠的转化率达9912%,亚氨基二乙酸钠溶液转化的收率达9815%,平均电流效率达75%,平均耗电低于0180kW·h/kg亚氨基二乙酸,制得的亚氨基二乙酸产品的纯度≥99%,达到或超过进口亚氨基二乙酸产品的质量要求。关键词:双极性膜;电渗析;亚氨基二乙酸中图分类号:TQ150.6文献标识码:A文章编号:1003-5214(2002)04-0204-04脱氢氧化法生产亚氨基二乙酸(Iminodiaceticacid,IDA)过程中,包括二乙醇胺脱氢氧化为亚氨基二乙酸钠和亚氨基二乙酸钠转化为亚氨基二乙酸两个步骤[1]。目前,后者主要采用酸化沉淀法,近年来开始研究利用离子交换法纯化制备亚氨基二乙酸[2,4]。采用盐酸酸化沉淀法过程复杂,消耗高,且经多次重结晶后产品纯度只能达95%左右;而采用离子交换法需经常用酸再生,设备庞大,操作复杂,消耗大。此外,上述两种方法均有大量废液排放。双极性膜电渗法(BipolarMembraneElectrodialysis简称BME)可以在无需外加物料的条件下,将亚氨基二乙酸钠(IDA22Na)转化成亚氨基二乙酸。研究发现,采用氯乙酸法只能生产纯度为95%左右的IDA,且成本过高,大规模生产则缺乏实际意义。而采用二乙醇胺脱氢氧化制备亚氨基二乙酸钠和BME法酸化分离IDA,其生产成本仅及氢氰酸法的2/3,设备投资仅是氢氰酸法的1/3,而IDA的纯度可以高达99%,其副产品NaOH稀溶液可有效利用,无环境污染。作者研究了用双极性膜电渗析技术取代亚氨基二乙酸生产中亚氨基二乙酸钠转化成亚氨基二乙酸的酸化工艺。1实验1.1IDA22Na转化成IDA的原理亚氨基二乙酸生产过程中亚氨基二乙酸钠酸化的原流程是将亚氨基二乙酸钠水溶液加盐酸或硫酸酸化,制得的粗亚氨基二乙酸产品,再经水溶解以后用活性炭脱色,重结晶制得亚氨基二乙酸成品,由于亚氨基二乙酸微溶于水,而不溶于任何有机溶液,且易与NaCl或Na2SO4共结晶,故只能制得纯度为95%的亚氨基二乙酸产品。上述酸化过程可以用BME技术代替,整个流程为:NH(CH2COONa)2活性炭脱色BME酸化真空蒸发(w=15%～30%)冷却结晶离心分离干燥成品IDA母液回收用BME法使亚氨基二乙酸钠转化成亚氨基二乙酸的技术是在直流电场作用下,双极性膜中的水被离解成H+和OH-,H+和NH(CH2COONa)2中的NH(CH2COO-)2结合成NH(CH2COOH)2,NH(CH2COONa)2中的Na+通过离子交换膜从NH(CH2COONa)2中分离出来,并和双极性膜阴膜侧出来的OH-结合生成NaOH,详见图1。1—双极性膜;2—阳膜图1双极性膜电渗析原理图1.2实验装置实验装置及其流程如图2所示。双极性膜电渗Ξ收稿日期:2001-11-09基金项目:江苏省教育厅基金资助项目(编号00KJB150010)析器由多张双极性膜与多张阳膜交替排列组成的膜堆和一对电极板构成,离子交换膜平行放置,将双极性膜电渗析器分隔成阳极室,多个碱室和酸室,及阴极室。原料液NH(CH2COONa)2置于酸室罐3中,用酸泵4送入酸室,在酸室和酸室罐构成的系统中循环。在此过程中,酸室里的NH(CH2COONa)2中的NH(CH2COO-)2与双极性膜阳膜侧析出的H+结合生成NH(CH2COOH)2,而NH(CH2COONa)2中的Na+则通过酸室的阳膜进入碱室。在碱室罐c(NaOH)=1mol/L溶液,用碱室泵6送入碱室,在碱室和碱室罐构成的系统中循环。在此过程中,双极性膜阴膜侧析出的OH-与从酸室中透过阳膜来的Na+结合成NaOH。极室中使用c(NaOH)=1mol/L溶液,由极室泵8分两路分别送入阳极室和阴极室,然后均返回极室罐进行循环。1—直流电源;2—双极性膜电渗析器;3—酸室循环罐;4—酸室循环泵;5—碱室循环罐;6—碱室循环泵;7—极室循环罐;8—极室循环泵;9—转子流量计图2实验装置流程图随着循环的进行,酸室中的NH(CH2COONa)2逐渐转化成NH(CH2COOH)2,随时测出酸室的pH值以确定NH(CH2COONa)2转化成NH(CH2COOH)2的百分率。记录电流、电压,以确定电流效率和能耗,当转化率达到一定值时,停止操作。随着循环的进行,碱室中碱液浓度不断提高,同时酸室中Na+大为减少,电流效率降低,因此不断排放碱液并及时补充水分,使碱液浓度保持在1mol/L以下。