CN109134317B - 一种双极膜电渗析制备l-10-樟脑磺酸的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双极膜电渗析制备L‑10‑樟脑磺酸的方法，采用双极膜电渗析装置，首先向双极膜电渗析膜堆中的盐室通入L‑10‑樟脑磺酸铵溶液，向双极膜电渗析膜堆中的酸室和碱室分别通入去离子水，向双极膜电渗析膜堆中的阳极室和阴极室分别通入强电解质溶液；然后在双极膜电渗析膜堆两端施加直流电即可实现由L‑10‑樟脑磺酸铵转化制备L‑10‑樟脑磺酸。本发明双极膜电渗析转化过程中L‑10‑樟脑磺酸铵的转化率可高达98％以上，得到的产品L‑10‑樟脑磺酸的纯度高达99％以上。该制备方法操作简单，无需消耗任何化学试剂，避免了传统工艺离子交换法使用后离子交换树脂再生带来的大量化学试剂消耗和二次污染物产生的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种双极膜电渗析制备L-10-樟脑磺酸的方法，属于有机酸生产技术领域。
背景技术
樟脑磺酸是樟脑的衍生物，具有手性对应体结构，根据其化学特性可分为左、右旋结构，其中左旋樟脑磺酸(L-10-樟脑磺酸)广泛应用于医药、轻工和日化等行业。目前，化学合成L-10-樟脑磺酸主要是通过先合成樟脑磺酸铵溶液，再通过拆分得到L-10-樟脑磺酸铵，然后通过固定床进行连续离子交换制得L-10-樟脑磺酸溶液。该过程往往存在着生产周期长，总收率相对较低，产品纯度较差，还需进一步分离纯化，此外，离子交换后的树脂还需要进行再生，需要消耗大量的试剂，同时会产生大量的废水，对环境造成二次污染。
针对以上问题，中国专利CN105461596A提出一种由樟脑磺酸铵转化成樟脑磺酸的清洁生产工艺，该工艺过程包括：(1)原料液进行陶瓷膜过滤，得到透析液；(2)陶瓷膜透析液进入连续离子交换系统中进行离子交换，得到樟脑磺酸溶液；(3)对樟脑磺酸溶液进行反渗透浓缩，得到浓缩液；(4)对樟脑磺酸浓缩液进行MVR浓缩，再通过结晶得到樟脑磺酸晶体。然而，该清洁生产工艺过程中仍然使用了离子交换系统，并不能解决上述问题。
双极膜电渗析，作为一种绿色、环保、节能的膜分离技术，能够在低电压下将水解离为H+和OH-，因此可一步将有机、无机盐转化为相应的酸和碱，过程中无化学试剂消耗，无副产物产生。然而，目前并没有通过双极膜电渗析法转化L-10-樟脑磺酸铵制备L-10-樟脑磺酸的报道。
发明内容
为克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种双极膜电渗析制备L-10-樟脑磺酸的方法，以期实现低能耗、绿色、环保的生产过程。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
本发明双极膜电渗析制备L-10-樟脑磺酸的方法，包括如下步骤：
采用双极膜电渗析装置，首先向双极膜电渗析膜堆中的盐室通入L-10-樟脑磺酸铵溶液，向双极膜电渗析膜堆中的酸室和碱室分别通入去离子水，向双极膜电渗析膜堆中的阳极室和阴极室分别通入强电解质溶液；然后在双极膜电渗析膜堆两端施加直流电即可实现由L-10-樟脑磺酸铵转化制备L-10-樟脑磺酸，即在直流电的作用下酸室中双极膜解离产生的H+与从盐室向酸室中迁移的L-10-樟脑磺酸阴离子结合生成L-10-樟脑磺酸，碱室中双极膜解离产生的OH-与从盐室向碱室中迁移的铵根离子结合生成氨水。
所述双极膜电渗析装置中的膜堆排列方式依次设置为阳电极-阳极室-双极膜-[酸室-阴离子交换膜-盐室-阳离子交换膜-碱室-双极膜]n-阴极室-阴电极，重复单元数为n，n为1-1000。
向盐室中通入的L-10-樟脑磺酸铵溶液中L-10-樟脑磺酸铵的含量为10-200g/L。
向阳极室和阴极室中通入的强电解质溶液为硫酸钠或硝酸钠溶液，浓度为0.01-1.0mol/L。阳极室和阴极室串联在一起，从而使得两极室中阳离子总量和阴离子总量保持不变，维持电解液中阴阳离子平衡。
所述阳电极和阴电极的材料为耐腐蚀的钛涂钌；相邻离子交换膜之间的隔室包括所述的酸室、碱室和盐室均由带有流道和格网的垫片构成，垫片厚度为0.8mm。
运行过程中，先将各隔室料液通过蠕动泵循环5-30分钟，排出膜堆中的气泡。
运行过程中，通过蠕动泵控制阳极室、阴极室、酸室、碱室和盐室溶液流动的线流速为3-10cm/s，避免浓差极化现象发生。
运行过程中，恒电压操作，设置电流密度的上限为10-100mA/cm2。
经过双极膜电渗析转化后，L-10-樟脑磺酸铵溶液的电导率可下降至500μS/cm以下。
本发明双极膜电渗析转化过程中L-10-樟脑磺酸铵的转化率可高达98％以上，得到的产品L-10-樟脑磺酸的纯度高达99％以上。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
本发明首次运用双极膜电渗析对L-10-樟脑磺酸铵溶液进行转化制备L-10-樟脑磺酸，过程中利用双极膜可直接解离水产生H+和OH-的优势，一步法将L-10-樟脑磺酸铵转化为L-10-樟脑磺酸铵和氨水，得到的产品纯度较高。该法避免了传统工艺中使用离子交换树脂进行离子交换的方法，从而也避免了离子交换后树脂再生带来的大量化学试剂消耗和二次污染物产生的问题。因此，通过双极膜对L-10-樟脑磺酸铵溶液进行转化制备L-10-樟脑磺酸是一种经济、绿色、环保的生产方法，具有重要的工业化应用价值。
附图说明
图1为本发明双极膜电渗析制备L-10-樟脑磺酸的原理示意图。
具体实施方式
以下通过实施例进一步详细说明双极膜电渗析制备L-10-樟脑磺酸的方法。
实施例1：
本实施例采用如图1所示的双极膜电渗析装置，膜堆排列方式为阳电极-阳极室-双极膜-[酸室-阴离子交换膜-盐室-阳离子交换膜-碱室-双极膜]n-阴极室-阴电极，重复单元数n为5。膜堆中阳电极和阴电极的材料为耐腐蚀的钛涂钌，相邻离子交换膜之间的隔室包括酸室和碱室由带有流道和格网的垫片构成，垫片厚度为0.8mm。膜堆中使用的阳离子交换膜、阴离子交换膜和双极膜为合肥科技高分子材料科技有限公司生产的CJMC-3，CJMA-3，和CJBPM-2，单张膜有效面积为189cm2(9cm×21cm)。
阳极室和阴极室串联在一起，通入500mL 0.3mol/L Na2SO4水溶液作为强电解液，向双极膜电渗析膜堆中的盐室通入1000mL 100g/L的L-10-樟脑磺酸铵溶液(电导率13mS/cm)向双极膜电渗析膜堆中的酸室和碱室分别通入800mL去离子水。实验过程中，各隔室溶液在膜堆中流动的线流速为4cm/s，恒电压操作，膜堆电压设置为20V，设置电流密度上限为50mA/cm2。
实验运行至盐室电导率下降至500μS/cm时停止，L-10-樟脑磺酸铵的转化率为96.2％，酸室中得到的L-10-樟脑磺酸产品经液相检测，其纯度可高达99.8％，这表明通过双极膜电渗析可以有效地将L-10-樟脑磺酸铵进行转化为L-10-樟脑磺酸。
实施例2：
本实施例所用的双极膜电渗析装置同实施例1。
阳极室和阴极室串联在一起，通入500mL 0.3mol/L Na2SO4水溶液作为强电解液，向双极膜电渗析膜堆中的盐室通入1000mL 200g/L的L-10-樟脑磺酸铵溶液(电导率26mS/cm)向双极膜电渗析膜堆中的酸室和碱室分别通入800mL去离子水。实验过程中，各隔室溶液在膜堆中流动的线流速为4cm/s，恒电压操作，膜堆电压设置为15V，设置电流密度上限为50mA/cm2。
实验运行至盐室电导率下降至500μS/cm时停止，L-10-樟脑磺酸铵的转化率为98.1％，酸室中得到的L-10-樟脑磺酸产品经液相检测，其纯度可高达99.5％，这表明通过双极膜电渗析可以有效地将L-10-樟脑磺酸铵进行转化为L-10-樟脑磺酸。
实施例3：
本实施例所用的双极膜电渗析装置同实施例1。
阳极室和阴极室串联在一起，通入500mL 0.3mol/L Na2SO4水溶液作为强电解液，向双极膜电渗析膜堆中的盐室通入1000mL 200g/L的L-10-樟脑磺酸铵溶液(电导率26mS/cm)向双极膜电渗析膜堆中的酸室和碱室分别通入800mL去离子水。实验过程中，各隔室溶液在膜堆中流动的线流速为4cm/s，恒电压操作，膜堆电压设置为20V，设置电流密度上限为50mA/cm2。
实验运行至盐室电导率下降至300μS/cm时停止，L-10-樟脑磺酸铵的转化率为98.8％，酸室中得到的L-10-樟脑磺酸产品经液相检测，其纯度可高达99.4％，这表明通过双极膜电渗析可以有效地将L-10-樟脑磺酸铵进行转化为L-10-樟脑磺酸。
Claims (4)
1.一种双极膜电渗析制备L-10-樟脑磺酸的方法，其特征在于包括如下步骤：采用双极膜电渗析装置，首先向双极膜电渗析膜堆中的盐室通入L-10-樟脑磺酸铵溶液，向双极膜电渗析膜堆中的酸室和碱室分别通入去离子水，向双极膜电渗析膜堆中的阳极室和阴极室分别通入强电解质溶液；然后在双极膜电渗析膜堆两端施加直流电即可实现由L-10-樟脑磺酸铵转化制备L-10-樟脑磺酸；
运行过程中，通过蠕动泵控制阳极室、阴极室、酸室、碱室和盐室溶液流动的线流速为3-10cm/s，避免浓差极化现象发生；
所述双极膜电渗析装置中的膜堆排列方式依次设置为阳电极-阳极室-双极膜-[酸室-阴离子交换膜-盐室-阳离子交换膜-碱室-双极膜]n-阴极室-阴电极，重复单元数为n，n为5；
膜堆中使用的阳离子交换膜、阴离子交换膜和双极膜为CJMC-3，CJMA-3和CJBPM-2；
向盐室中通入的L-10-樟脑磺酸铵溶液中L-10-樟脑磺酸铵的含量为100g/L或200g/L；阳电极和阴电极的材料为耐腐蚀的钛涂钌；
向阳极室和阴极室中通入的强电解质溶液为硫酸钠溶液，浓度为0.01-1.0mol/L。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：运行过程中，先将各隔室料液通过蠕动泵循环5-30分钟，排出膜堆中的气泡。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：运行过程中，恒电压操作，设置电流密度的为10-100mA/cm。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：经过双极膜电渗析转化后，L-10-樟脑磺酸铵溶液的电导率≤500μS/cm。
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