CN101812700B - 一种用于酯类水解的双极膜电解方法 - Google Patents

一种用于酯类水解的双极膜电解方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于酯类水解的双极膜电解方法，该方法基于双极膜电解技术，采用双极膜和电极构成水解装置，促进酯类的水解。具体步骤为：a.将电解液分别泵入阳极室和阴极室，酯类溶液泵入水解室，进行循环；b.在阳极和阴极两个电极之间施加直流电源，进行水的电解；c.及时将水解产物移出装置进行分离，得到酸和醇。本发明利用双极膜电离水催化酯类的水解，直接得到洁净的酸和醇产品，无需添加任何催化剂，物质利用率高，无污染物排放；可在常温常压下操作，工艺流程简单，设备体积利用率高，安全节能。

Description

一种用于酯类水解的双极膜电解方法
技术领域
本发明属于化工中的化学生产领域，具体涉及一种酯类水解的方法。
背景技术
酯类水解是一类重要的化学反应，在石化、制药、化纤、农药等许多行业有着十分广泛的应用。目前酯类水解的方式多是通过催化剂进行的，常用的催化剂有碱、胺、盐、酶、酸等。催化剂的使用再生等过程给生产带来许多不便，如设备腐蚀、流程复杂、大量的废弃物产生等，不符合清洁生产循环经济的要求。
如维生素C的生产过程是将古龙酸与甲醇反应生成古龙酸甲酯，然后再水解生成维生素C和甲醇。目前生产实际中，古龙酸甲酯的水解可使用硫酸或者碳酸氢钠做催化剂。使用硫酸做催化剂时，催化水解转化得到维生素C，但硫酸对产品的品质和收率影响很大，设备腐蚀也非常严重，去除硫酸的过程还要付产大量的硫酸盐；并且酸催化的生产过程中反应速度缓慢、必须及时将反应产物分离出来，否则会导致产品收率更低。使用碳酸氢钠作为催化剂时，其产品品质、收率、设备腐蚀状况都会得到很大改善，但水解产物只能得到维生素C的钠盐，需要进一步用离子转换才能将钠盐转化成酸，整个过程需要消耗大量的碳酸氢钠和酸，最终排出高盐废水。
目前乙酸甲酯的催化水解通常使用离子交换树脂做固体酸催化剂，可以直接得到比较纯净的酸和醇，并且实现了催化剂的及时分离。但也存在催化剂的装填、再生、老化等问题，仍会有一定量的再生废液等污染物排放。
近年来，随着科学技术的发展，不需要催化剂的洁净水解工艺已经越来越受人们的青睐。如浙江大学材料与化工学院制药工程研究所鹿骋等在《化学反应工程与工艺》2004年9月出版的《高温高压水中乙酸苯酯无催化水解反应动力学》中提到，水在高温高压下电离常数显著增大，氢离子和氢氧根离子数量增多，具有酸碱催化的功能。此文中用水电离作为催化剂，不会对环境产生任何污染，因而是一种很有前途的绿色工艺；但其工艺条件比较苛刻，压力为15Mpa、温度152～216℃，对设备及安全的要求都比较高。另外，双极膜电渗析技术作为一种新型膜分离技术，可在不引入新组分的情况下，将水溶液中的盐转化成相应的酸碱，为物质资源的再生和回收、减少废物的排放、以及减少环境污染等技术领域提供了新的途径。因此如何将双极膜电渗析技术应用到酯类的水解领域则成为人们研究的方向。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种可以在常温常压下操作，不需添加催化剂、减少废物排放的酯类水解的方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
一种用于酯类水解的双极膜电解方法，该方法基于双极膜电解技术，采用水解装置完成酯类的水解，所述水解装置包括电极和位于电极之间的按极性顺序排列的双极膜，水解装置的工作区域包括阳极室、阴极室和相邻双极膜构成的水解室，该方法按以下步骤进行：
a.将电解液泵入阳极室和阴极室，酯类溶液泵入水解室；
b.在阳极和阴极两个电极之间施加直流电源，进行水的电解；
c.及时将水解室产物移出装置，进行分离，得到酸和醇溶液。
本发明所述水解装置的改进在于：水解装置为单水解室装置，包括两张双极膜和一对电极，阳极板与一张双极膜之间为阳极室，阴极板与另一张双极膜之间为阴极室，两张双极膜之间为水解室。所述水解装置还可以为包括多张双极膜和一对电极的多水解室装置。
本发明所述电解液的改进在于：电解液为水、酸、碱或盐溶液中的任意一种。
本发明所述电解液的改进还在于：电解液为循环流动的，或者根据需要定期更换。
本发明的工作原理如下所述：
本发明的水解装置工作时，首先将电解液泵入阳极室和阴极室，酯类溶液泵入水解室，再在两个电极板之间接通直流电源。此时，在阳极室，水在电场作用下于双极膜内电离成氢离子和氢氧根离子，氢氧根离子受电场作用向阳极移动，透过双极膜的阴膜层进入阳极室，随阳极液排出；同时氢离子在电场作用下透过双极膜的阳膜层进入水解室。在阴极室，水在电场作用下于双极膜内电离成氢离子和氢氧根离子，氢离子受电场作用向阴极移动，透过双极膜的阳膜层进入阴极室，随阴极液排出；同时氢氧根离子在电场作用下透过双极膜的阴膜层进入水解室。水解室内，酯在氢离子和氢氧根离子的作用下进行水解，生成相应的酸和醇排出装置，进行后续处理。
由于采用了以上技术方案，本发明所取得技术进步在于：
本发明采用双极膜电离技术，利用水在电离过程中产生的氢离子和氢氧根离子实现酯的水解，不需另外添加催化剂，直接得到酸产品，不会生成其他副产物，简化了生产流程，大大减少了酸和碱的消耗及生产过程的废物排放，物质利用率高，工艺绿色环保，符合循环经济的发展理念。并且在常温常压下即可实施本发明，所需的电解电压低，耗能少，而且可以在一组电极间放多张双极膜，形成多个水解室，提高了设备的体积利用率。
附图说明
图1：为本发明水解装置的结构示意图。
其中：1.阳极板，2.阴极板，3.双极膜，4.阳极室，5.水解室，6.阴极室。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明进行进一步详细的说明。
实施例1
本发明应用于维生素C的生产，其水解装置包括阳极板1、阴极板2和位于阴阳极板之间的50张双极膜3，该水解装置具有49个水解室。首先将水泵入阳极室4和阴极室6，古龙酸甲酯溶液泵入水解室5进行循环，循环稳定后，再在两个电极板之间接通直流电源，施加130V左右的电压。此时，在阳极室，水在电场作用下于双极膜内电离成氢离子和氢氧根离子，氢氧根离子受电场作用向阳极移动，透过双极膜的阴膜层进入阳极室，随阳极液循环排出；同时氢离子在电场作用下透过双极膜的阳膜层进入水解室。在阴极室，水在电场作用下于双极膜内电离成氢离子和氢氧根离子，氢离子受电场作用向阴极移动，透过双极膜的阳膜层进入阴极室，随阴极液循环排出；同时氢氧根离子在电场作用下透过双极膜的阴膜层进入水解室。水解室内，古龙酸甲酯在氢离子和氢氧根离子的作用下进行水解，生成维C酸和甲醇排出装置，进行分离得到维C溶液，甲醇可重复使用。
该装置与普通电解装置相比，能耗可以降低20～30％，体积减小20％，而且由于没有任何副产物，所以耗水量可降低一半。
实施例2
本实施例与实施例1不同之处在于，泵入水解室内的溶液为乙酸甲酯，乙酸甲酯在氢离子和氢氧根离子的作用下水解生成乙酸和甲醇。
实施例3
本实施例与实施例1不同之处在于泵入水解室内的溶液为甲酸甲酯，甲酸甲酯在氢离子和氢氧根离子作用下水解生成甲酸和甲醇。

Claims (3)

1.一种用于酯类水解的双极膜电解方法，其特征在于：该方法基于双极膜电解技术，采用水解装置完成酯类的水解，所述水解装置包括电极和位于电极之间的按极性顺序排列的双极膜，水解装置的工作区域包括阳极室、阴极室和相邻双极膜构成的水解室，该方法按以下步骤进行
a.将水、酸、碱或盐溶液中任意一种组成的电解液泵入阳极室和阴极室，酯类溶液泵入水解室，所述电解液采用循环流动或定期更换的方式更新；
b.在阳极板和阴极板两个电极之间施加直流电源，进行水的电解；
c.及时将水解室产物移出水解室，进行分离，得到酸和醇溶液。
2.根据权利要求1所述的一种用于酯类水解的双极膜电解方法，其特征在于：所述水解装置为单水解室装置，包括两张双极膜和一对电极，阳极板与一张双极膜之间为阳极室，阴极板与另一张双极膜之间为阴极室，两张双极膜之间为水解室。
3.根据权利要求1所述的一种用于酯类水解的双极膜电解方法，其特征在于：所述水解装置为包括多张双极膜和一对电极的多水解室装置。
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