一种双极膜电渗析生产非水溶性有机酸的方法技术

本发明专利技术涉及一种双极膜电渗析生产非水溶性有机酸的方法，所述方法包括将硫酸钠水溶液泵入到双极膜电渗析装置中生产硫酸和氢氧化钠，将所产生的硫酸用于酸化非水溶性有机酸钠盐从而产生所述非水溶性有机酸和硫酸钠，将所产生的所述非水溶性有机酸固体通过过滤收集而得到所需产物，并将作为滤液的硫酸钠水溶液用作进料液，从而形成封闭式生产回路。本发明专利技术的方法可实现非水溶性有机酸如苯甘氨酸的全闭路循环的清洁生产，能够节省化工原料并避免产生大量高盐度废水，减少环境污染，具有显著的工业应用价值和环境效益。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种双极膜电渗析生产非水溶性有机酸的方法。技术背景氨基酸是一种重要的有机化合物，它是构成动物营养所需蛋白质的基本物质，在医药、食品、化工、农业、环保等诸多行业中有着广泛的应用。其中，作为精细化工产品的苯甘氨酸近年来发展迅速，它被广泛用作制备β-内酞胺类抗生素的抗生素氨苄西林、头孢氨苄及其衍生物的重要侧链中间体。苯甘氨酸合成制备的方法有苯海因法、乙醛酸法、苯乙酸法、生物酶法、氯仿法和相转移催化法等。目前，苯海因法以其原理简单，工艺成熟，成本低廉而被广泛使用。它主要是利用醛或者酮与氰化钠、铵盐(或氨水)进行Bucherer-bergs反应，从它的工艺流程图(见图1)可以发现，首先由苯甲醛与氰化钠和铵盐(或氨水)反应生成苯海因，然后加入氢氧化钠溶溶进行碱水解，生产对应的氨基酸盐，通过酸化沉淀就可以得到苯甘氨酸产品。这一生产路线包括反应、碱水解、酸化、结晶分离等过程，其消耗化工原料多，劳动强度大，污染环境严重且操作成本较高。特别是在其制备过程频繁的添加酸和碱，最终产生大量的高盐废水，对环境保护产生了具大的压力。双极膜电渗析技术是在直流电场的作用下，利用水分子在双极膜中间发生水解离生产H+和OH-的特性，并且通过与阴膜结合能达到生产酸碱或特定分离的技术。双极膜电渗析可以把无机盐转化成对应的酸碱，也可以把有机酸盐转化成对应的有机酸和碱，这样可以达到清洁生产有机酸的目的。例如，专利申请CN105087676A报道了采用双极膜电渗析生产水溶性的酒石酸，即通过双极膜解离出来的氢离子与酒石酸根离子结合生产酒石
酸。专利申请CN103933861A同样报道了利用双极膜电渗析生产水溶性的蛋氨酸，同时生产的碱也可以用于上一步的反应。而对于水溶性差的有机酸应用双极膜电渗析，目前已有一些报道，如Journal of Membrane Science杂志2015年482期76-82页公开了文献Bipolar membrane electrodialysis in aqua-ethanol medium：Production of salicylic acid(双极膜电渗析在水-乙醇体系生产水杨酸)，通过采用水-乙醇的混合体系来增大水杨酸的溶解度，但由于有机溶剂导电性差，膜堆电阻大，能耗高。同时该法也不适合苯甘氨酸等这不溶于水和一般有机溶剂的有机酸。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种利用双极膜电渗析技术来生产非水溶性有机酸的方法。因此，本专利技术提供了一种双极膜电渗析生产非水溶性有机酸的方法，所述方法包括：(a)将硫酸钠水溶液从硫酸钠水溶液储罐泵入到双极膜电渗析装置中生产硫酸和氢氧化钠，其中所述双极膜电渗析装置包括一个或多个串联的二隔室双极膜膜堆，所述二隔室双极膜膜堆包括加紧装置、两侧的极液室和夹在两侧极液室中间的电渗析隔室，所述电渗析隔室包括由双极膜、阳膜和双极膜构成的碱室和盐室，并且其中将硫酸钠水溶液泵入所述盐室，并且在起始时从碱储罐将氢氧化钠泵入所述碱室；(b)将步骤(a)中产生的硫酸通入到非水溶性有机酸钠盐水溶液储罐中以对所述非水溶性有机酸钠盐进行酸化，从而产生所述非水溶性有机酸和硫酸钠；(c)将步骤(b)中产生的所述非水溶性有机酸固体通过过滤收集而得到所需产物，并将作为滤液的硫酸钠水溶液泵回到所述硫酸钠水溶液储罐中以用作进料液，从而形成封闭式生产回路；(d)收集步骤(a)中产生的氢氧化钠，并任选地将其通入到储存有非水溶性有机酸钠盐的前体的储罐中，以将所述非水溶性有机酸钠盐的前体进行碱水解，从而产生非水溶性有机酸钠盐用于步骤(b)中的酸化。在一个优选实施方案中，所述非水溶性有机酸是苯甘氨酸、水杨酸
或苯甲酸。在一个优选实施方案中，所述非水溶性有机酸是苯甘氨酸并且所述非水溶性有机酸钠盐的前体是苯海因。在一个优选实施方案中，步骤(b)中的酸化在搅拌下进行并通过pH计监控反应溶液的pH值，当所述pH值为6.9-7.0时酸化完成。在一个优选实施方案中，所述双极膜电渗析装置在生产时采用下列条件中的一种或多种：电流密度为10-50mA/cm2；盐室和碱室流速为10-40mL/min；和硫酸钠浓度为0.1-0.5mol/L。在一个优选实施方案中，所述滤液经过浓缩后再通入到所述硫酸钠水溶液储罐以继续用作进料液。在一个优选实施方案中，步骤(a)中产生的硫酸首先通入酸储罐中储存，然后再从所述酸储罐通入到所述非水溶性有机酸钠盐水溶液储罐中以对所述非水溶性有机酸钠盐进行酸化。在一个优选实施方案中，通过使用并联的两个或更多个所述非水溶性有机酸钠盐水溶液储罐并在它们之间进行切换，从而实现所述非水溶性有机酸的连续生产。本专利技术利用双极膜电渗析技术改进了传统的非水溶性有机酸如苯甘氨酸的生产工艺。而且，一方面，本专利技术的方法可以提供生产过程中需要的酸和碱，节省了大量的化工原料；另一方面，本专利技术的方法可以将产生的酸用于酸化非水溶性有机酸盐如苯甘氨酸钠，随后通过过滤即可得到所需有机酸固体产品，同时，作为滤液的液硫酸钠水溶液可以重新用作进料液用于产生酸和碱，从而实现闭路循环生产，因此本专利技术解决了传统工艺中酸化苯甘氨酸钠过程中产生大量高盐废水的问题，能够实现非水溶性有机酸的清洁生产，具有显著的工业应用价值和环境效益。附图说明图1为传统的苯甘氨酸生产工艺流程图；图2为根据本专利技术的生产非水溶性有机酸的工艺流程图；图3为根据本专利技术一个实施方案的双极膜膜堆结构的原理图，其中BP代表双极膜，C代表阳膜；具体实施方式本专利技术的二隔室双极膜电渗析用于制取非水溶性有机酸如苯甘氨酸的方法采取两隔室(双极膜+阳膜)的双极膜电渗析膜池构型，利用双极膜水解离产生的碱可用于非水溶性有机酸前体如苯海因的碱水解过程；而双极膜水解离产生的酸用于在线酸化非水溶性有机酸钠盐如苯甘氨酸钠，得到所需有机酸如苯甘氨酸产品。本专利技术方法中的双极膜电渗析装置的酸室采用直接流出不循环的进料模式，产生的酸用于非水溶性有机酸盐的酸化，随后不溶于水的所需产物经过滤得到，同时滤液可作为进料液直接循环使用。采用的双极膜电渗析技术既可以生产非水溶性有机酸如苯甘氨酸生产过程需要的酸和碱，同时又可以解决高浓度含盐废水的排放的问题，实现资源的回收利用，实现清洁生产。图2为根据本专利技术的生产非水溶性有机酸的工艺流程图。如图2所示，本专利技术的一种双极膜电渗析生产非水溶性有机酸如苯甘氨酸的方法包括以下步骤：将硫酸钠水溶液从硫酸钠水溶液储罐泵入到双极膜电渗析装置中以进行电渗析从而产生硫酸和氢氧化钠，其中所述双极膜电渗析装置包括一个或多个串联的二隔室双极膜膜堆，所述二隔室双极膜膜堆包括加紧装置、两侧的极液室和夹在两侧极液室中间的电渗析隔室(例如可以采用3张双极膜和2张阳膜交替排列组成的两组串联的二隔室双极膜膜堆；更优选地，每张膜的有效面积为约189cm2)，所述电渗析隔室包括由双极膜、阳膜和双极膜构成的碱室和盐室(有时也称为酸室)，并且其中将硫酸钠水溶液泵入所述盐室，并且在起始时将氢氧化钠从碱储罐泵入所述碱室(例如用于降低初始电导)。然后，将以上产生的硫酸通入到非水溶性有机酸钠盐水溶液储罐中以对所述非水溶性有机酸钠盐进行酸化，从而产生所述非水溶性有机酸和硫酸钠；然后将以上产生的所述非水溶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双极膜电渗析生产非水溶性有机酸的方法，所述方法包括：(a)将硫酸钠水溶液从硫酸钠水溶液储罐泵入到双极膜电渗析装置中生产硫酸和氢氧化钠，其中所述双极膜电渗析装置包括一个或多个串联的二隔室双极膜膜堆，所述二隔室双极膜膜堆包括加紧装置、两侧的极液室和夹在两侧极液室中间的电渗析隔室，所述电渗析隔室包括由双极膜、阳膜和双极膜构成的碱室和盐室，并且其中将硫酸钠水溶液泵入所述盐室，并且在起始时从碱储罐将氢氧化钠泵入所述碱室；(b)将步骤(a)中产生的硫酸通入到非水溶性有机酸钠盐水溶液储罐中以对所述非水溶性有机酸钠盐进行酸化，从而产生所述非水溶性有机酸和硫酸钠；(c)将步骤(b)中产生的所述非水溶性有机酸固体通过过滤收集而得到所需产物，并将作为滤液的硫酸钠水溶液泵回到所述硫酸钠水溶液储罐中以用作进料液，从而形成封闭式生产回路；(d)收集步骤(a)中产生的氢氧化钠，并任选地将其通入到储存有非水溶性有机酸钠盐的前体的储罐中以将所述非水溶性有机酸钠盐的前体进行碱水解，从而产生非水溶性有机酸钠盐用于步骤(b)中的酸化。

【技术特征摘要】
1.一种双极膜电渗析生产非水溶性有机酸的方法，所述方法包括：(a)将硫酸钠水溶液从硫酸钠水溶液储罐泵入到双极膜电渗析装置中生产硫酸和氢氧化钠，其中所述双极膜电渗析装置包括一个或多个串联的二隔室双极膜膜堆，所述二隔室双极膜膜堆包括加紧装置、两侧的极液室和夹在两侧极液室中间的电渗析隔室，所述电渗析隔室包括由双极膜、阳膜和双极膜构成的碱室和盐室，并且其中将硫酸钠水溶液泵入所述盐室，并且在起始时从碱储罐将氢氧化钠泵入所述碱室；(b)将步骤(a)中产生的硫酸通入到非水溶性有机酸钠盐水溶液储罐中以对所述非水溶性有机酸钠盐进行酸化，从而产生所述非水溶性有机酸和硫酸钠；(c)将步骤(b)中产生的所述非水溶性有机酸固体通过过滤收集而得到所需产物，并将作为滤液的硫酸钠水溶液泵回到所述硫酸钠水溶液储罐中以用作进料液，从而形成封闭式生产回路；(d)收集步骤(a)中产生的氢氧化钠，并任选地将其通入到储存有非水溶性有机酸钠盐的前体的储罐中以将所述非水溶性有机酸钠盐的前体进行碱水解，从而产生非水溶性有机酸钠盐用于步骤(b)中的酸化。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐铜文，周永明，汪耀明，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34