CS206721B1

CS206721B1 - Způsob oddělování organických kyselin z vodných roztoků jejich solí s alkalickými kovy nebo z jejich solí amonných elektrodialýzou s použitím katexu

Info

Publication number: CS206721B1
Application number: CS877178A
Authority: CS
Inventors: Zdenek Perina; Miroslav Brda
Original assignee: Zdenek Perina; Miroslav Brda
Priority date: 1978-12-21
Filing date: 1978-12-21
Publication date: 1981-06-30

Description

(54) Způsob oddělování organických kyselin z vodných roztoků jejich solí s alkalickými kovy nebo z jejich solí amonných elektrodialýzou s použitím katexu

Vynález se týká způsobu oddělování organických kyselin z vodných roztoků jejich solí s alkalickými kovy nebo jejich solí amonných elektrodialýzou s použitím katexu. V podstatě se tedy vynález týká odstraňování neprotonických kationtů 'z roztoků solí a jejich nahrazování protony působením elektrického proudu v aparatuře, která je k tomuto účelu uzpůsobena, čímž se roztok soli převede na roztok kyseliny.

Uvolňování kyselin, zejména organických kyselin z jejich solí, je poměrně častým technologickým postupem v chemických laboratořích a výrobách. Je-li uvolněná kyselina v prostředí, ve kterém je uvolňována, omezeně rozpustná nebo nerozpustná, oddělí se snadno od roztoku nově vzniklé soli jako druhá fáze, popřípadě pomocí extrakčního činidla. Například kyselina kapranová se oddělí •z roztoku po okyselení kyselinou sírovou (Org. Synth., Coll. Vol. II., 417). Kyselina p-hydroxybenzoová vykrystaluje po okyselení roztoku draselné soli (Org. Synth., Coll. Vol. II., 342). Podobně z rozteku octanu sodného lze oddělit okyselením kyselinu octovou, ale k izolaci je třeba následné extrakce, například benzenem. V jiných případech lze použít k odstranění neprotonického kationtů soli jeho soli s jinou kyselinou, která je v použitém prostředí nerozpustná. Například k uvolňování kyselin z roztoků vápenatých nebo bamatých solí se používá kyselina šifrová nebo šťavelová, jejichž vápenaté soli jsou ve vodě nepatrně rozpustné, takže je lze ' oddělit od roztoku kyseliny. Tak lze získat kyselinu d, 1-vinnou z její vápenaté soli pomocí kyseliny sírové (Org. Synth., Coll. Vol. I., 497). Kyselinu L-idonovou lze oddělit z roztoku její kaldemnaté soli pomocí sirovodíku, který tvoří nerozpustný sirník kademnatý. Dalším prostředkem, který je možno podle literatury použít k oddělování kyselin v roztocích z jejich solí, jsou iontoměnné pryskyřice, katexy, které v H-cyklu zachytí neprotonické kationty a nahradí je protony, čímž se uvolní kyselina v roztoku. Tímto způsobem lze oddělit i takové kyseliny, jejichž získání předchozími způsoby je spojeno s velkými obtížemi (Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, IV. vyd., sv. 1/1, str. 541 až 542). I uvolňování kyselin ze solí pomocí katexů má však 'své nevýhody, protože je při něm nutno pracovat se zředěnými roztoky solí, nejlépe do koncentrace 0,3 gekv/litr a výsledný roztok kyseliny je ještě zředěnější, protože po nasycení je nutno katex vymytím zbavit zbylého roztoku a obnovit jeho H-cykluis.

V řadě případů izolace kyselin jsou popsané postupy nejen pracné, ale i ztrátové, je nutno provádět různé fyzikálně-Chemické operace, jako extrakci, filtraci, odpařování apod. Jako vedlejší efekt těchto postupů se často při tam projevuje značné zřeďování roztoků nebo jejich kontaminace dalším aniontem. Nezřídka i vzniklé odpadní soli jsou nezužiťkovartelným balastem, který dále zatěžuje výrobní proceis.

Podle nově nalezeného způsobu oddělování organických kyselin z vodných roztoků jejich solí s alkalickými kovy nebo jejich solí amonných elektrodialýzou s použitím katexru, který je předmětem tohoto vynálezu, odpadne většina nevýhod, provázejících dříve popsané způsoby. Odstraňování kationtů z roztoku solí se podle tohoto způsobu uskutečňuje účinkem stejnosměrného proudu na roztok soli v elektrodialyzátoru, jímž se odstraní z roztoku kationty soli a nahradí protony a tím se uvolní kyselina. Je možno pracovat ve zředěných nebo koncentrovaných až nasycených roztocích solí, přičemž se odstraní z roztoku kationty, aniž by bylo třeba .přidávat další látky, které by žádný produkt kontaminovaly! Je možno pracovat v násadách (po dávkách, šaržích) nebo výhodněji kontinuálně, průtočným způsobem.

Podstata způsobu podle vynálezu spočívá v tom, že se na roztok soli, umístěný nebo cirkulující mezi dvěma membránami z kationické iontoměnné pryskyřice nebo tuto pryskyřici obsahující, působí směrem přes obě tyto membrány stejnosměrným proudem hustoty 10 i až 1000 A/m², za současného převodu kationtů soli do katodové komory, ve které je umístěn nebo cirkuluje vodný roztok báze, například hydroxidu alkalického kovu nebo amonného, a protonů z anodové komory, ve které je umístěn nebo cirkuluje vodný roztok anorganické kyseliny, například sírové nebo fosforečné, do pracovní komory.

Schéma zařízení (elektrodialyzátoru), které slouží k realizaci způsobu podle vynálezu, je znázorněno na připojeném výkresu. Základní jednotkou elektrodialyzátoru je článek, který tvoří tři ploché komory KK, PK a AK mezi dvěma rovněž plochými elektrodami K, A, (Am). Konstrukčně jsou tyto komory tvořeny třemi plochými rámy z vhodného nevodivého materiálu, opatřenými otvory pro přívod a odvod roztoků, jakož i pro odvod vznikajících plynů. Rámy jsou dostatečně pevně utěsněny mezi zmíněné ploché elektrody, aby roztoky nemohly unikat. Takto vzniklý prostor je rozdělen na tři části (komory) dvěma iontoměnnými katexovými membránami I, vloženými mezi první a druhý a mezi druhý a třetí rám. Elektrody jsou z materiálu vhodného pro použité prostředí a proces. Prostřední (pracovní) komora 1 je naplněna nebo jí protéká roztek soli, ze kterého se má odstranit kationt a uvolnit kyselina. Sousední (krájní) komory, tj. katodová a anodová komora, jsou naplněny nebo jimi protéká vodivý roztok báze, kyseliny nebo soli, podle druhu procesu.

Stejnosměrný elektrický proud převádí kationty solí z pracovní komory do katodové komory 2, kde je umístěn vodný roztok báze, kyseliny nebo soli a současně, je-li v anodové komoře 3 zředěná kyselina, převádí protony z anodové komory do pracovní komory. Převod kationtů a protonů probíhá přes iontoměnné katexové membrány, které s vysokou selektivností propouštějí jen kationty. Tím jsou anionty kyseliny v pracovní komoře izolovány.

Další nezanedbatelnou výhodou způsobu podle vynálezu je možnost bez dalších energetických a materiálových nákladů získávat elektrolytický vodík a kyslík a ve vhodných případech značně obohacený roztok báze kationtu ze soli.

Pokusná aparatura byla sestavena z komor vyrobených z póly vinyl chlor Ldui Jako anody bylo použito olova, slitiny olova s antimonem, titanu, kysličníku manganičitého. Může být použito ještě dalších materiálů, které jsou rezistentní proti anodové korozi, například platiny. Jako katodový materiál bylo použito železo, nerezová ocel, chrom, nikl a je možno používat další známé vhodné materiály, zejména kovy, stálé v alkalickém prostředí. Průtok roztoků jednotlivými komorami byl zajišťován třemi dávkovacími čerpadly. Zdrojem stejnosměrného proudu byl usměrňovač s křemíkovými diodami v můstkovém zapojení bez filtrace. Použité iontoměnné membrány byly ze sulíonovaného polystyrenu obchodní kvality o rozměrech 130X130 mm. Aparatura byla sestavena ze čtyř článků.

Bližší podrobnosti způsobu podle vynálezu jsou uvedeny v příkladech provedení, které tento způsob pouze ilustrují, ale nijak neomezují.

Příklad 1

1500 ml vodného roztoku o obsahu 150 g octanu sodného (1,83 mol) bylo diolýzováno v uvedené pokusné aparatuře po dobu 13,5 hodiny, při průměrném napětí 4,6 V na článek a průměrném proudu 1,41 A. Katodovou komorou cirkuloval roztok hydroxidu sodného s počátečním objemem 600 ml a počáteční koncentrací 2,79 % hmot. Po ukončení elektrodialýzy byl Objem katodového roztoku 780 ml a kocentríace hydroxidu sodného 11,10 % hmot. Konečný objem dialýzovaného roztoku byl 1320 ml a obsahoval 79,5 mg/ml kyseliny octové, což odpovídá teoretickému výtěžiku 95,4 %. V anodových komorách obíhal roztok kyseliny sírové o koncentraci 3 % hmot., na začátku o objemu 700 ml, na konci o objemu 360 ml. Vodíku bylo získáno (po přepočtu na normální podmínky) 31,5 litru. Příklad 2

1500 ml vodného roztoku o obsahu 107,1 g mléčnanu amonného (1 mol) bylo elektrodialýzaváno po dobu 8,5 hodiny, při napětí 5,8 V na článek a průměrném proudu 1,45 A. Katodovou komorou cirkuloval roztok amoniaku o počáteční koncentraci 3,12 % hmot. při Objemu 600 ml, přičemž se během procesu jeho objem zvětšil na 690 ml a koncentrace stoupla na 5,06 % hmot. Po ukončení obsahoval dialýzovaný roztok 69,5 mg/ml roztoku kyseliny mléčné při konečném objemu 1290 ml, což odpovídá výtěžku 99,6 % teorie. V anodové komoře bylo použito 700 ml 3% kyseliny sírové. Vodíku bylo získáno (po přepočtu na normální podmínky) 20,7 litru. Objem vyrobeného kyslíku nebyl měřen.

Příklad 3

1500 ml vodného roztoku s obsahem 360 g D-ar.abonanu draselného bylo elektrodialýzováno po dobu 10 hodin proudem 1,7 A při průměrném napětí na článek 4,75 V. Katodovou komorou cirkuloval roztok hydroxidu draselného, který na začátku procesu měl objem 800 ml a koncentraci 2,67 % hmot. Po ukončení elektrodialýzy měl tento roztok objem 940 ml a koncentraci 12,71 °/₀ hmot. hydroxidu draselného. Konečný objem dialýzovaného roztoku byl 1380 ml. Jeho odpařením ve vakuu na sirup a krystalizací po naočkování byl získán lafetan kyseliny D-arabonové, po odsátí, promytí acetonem a vysušení ve výtěžku 202 g, tj. 79 % teorie. V anodové komoře obíhal 3% roztok kyseliny sírové. Vodíku bylo získáno (po přepočtu na normální podmínky) 28,4 litru.

Přiklad 4

1500 ml vodného roztoku s obsahem 252 g

Claims

PŘEDMĚT

Způsob oddělování organických kyselin z vodných roztoků jejich solí s alkalickými kovy nebo z jejich solí amonných elektrodialýzou s použitím katexu, vyznačující se tím, že se na roztok soli, umístěný nebo cirkulující mezi dvěma membránami z kationioké iontoměnné pryskyřice nebo tuto pryskyřici obsahující, působí směrem přes obě tyto membrány stejnosměrným proudem hustoty mravenčanu draselného (3 mol) bylo elěfetrodialýzováno po dobu 14 hodin a 45 minut při průměrném napětí na článek 4,55 V a průměrném proudu 1,9 A. Katodovou komorou cirkuloval roztok hydroxidu draselného o počátečním objemu 600 ml a koncentraci 1,85 '% hmot. Po ukončení elektrodialýzy měl tento roztok objem 920 ml a koncentraci 18,74% hmot. hydroxidu draselného. Dialýzovaný roztok, jehož objem se na konci dialýzy změnšil na 1130 ml, obsahoval 152,9 mg/ml kyseliny mravenčí. V anodové komoře obíhal 3% vodný roztek kyseliny sírové. V průběhu procesu bylo získáno (po přepočtu na normální podmínky) 46,5 litru vodíku.

Příkladů

1500 ml vodného roztoku s obsahem 150 g D-ribonanu amonného (0,82 mol) bylo eléktrodialýzováno při průměrném napětí 6,1 V a průměrném proudu 1,49 A po dobu 6 hodin. Katodovou komorou cirkuloval roztok amoniaku o počátečním objemu 600 ml a koncentraci 3,39 % hmot. Po ukončení elektrodialýzy byla koncentrace amoniaku 4,73 hmot. při objemu 710 ml. Dialýzovaný roztok byl zpracován odpařením vody na krystalický lakton kyseliny D-ribonové ve výtěžku 86,5 g, tj. 71,3 % teorie. V anodové komoře obíhal 3% vodný roztok kyseliny fosforečné. Dále bylo získáno 15 litrů vodíku i(po přepočtu na normální podmínky).

VYNÁLEZU

10 až 1000 A/m³, za současného převodu kationtů soli do katodové komory, ve které je umístěn nebo cirkuluje vodný roztok báze, například hydroxidu alkalického kovu nebo amonného, a protonů z anodové komory, ve které je .umístěn nebo cirkuluje vodný roztok anorganioké kyseliny, například sírové nebo fosforečné, do pracovní komory.