FI80385B

FI80385B - Foerfarande foer extraktion av ett aemne fraon vattenloesning.

Info

Publication number: FI80385B
Application number: FI874438A
Authority: FI
Inventors: Reijo Seppaenen
Original assignee: Nokia Oy Ab
Priority date: 1987-05-28
Filing date: 1987-10-08
Publication date: 1990-02-28
Also published as: EP0293245A2; EP0293245A3; FI874438A0; US4883595A; FI874438A; FI80385C

Description

1 80385

Menetelmä aineen uuttamiseksi vesiliuoksesta Tämän patenttihakemuksen mukainen keksintö koskee menetelmää aineen erottamiseksi vesiliuoksesta ja/tai väkevöimiseksi orgaanisen uuttoreagenssin avulla.

Neste/nesteuuttoa käytetään yleisesti vesiliuoksessa olevan liuenneen aineen erottamiseen liuoksesta. Erottamisen syynä saattaa olla joko tarve ottaa arvokas aine talteen ja/tai erottaa se liuoksen muista epäpuhtauksiksi katsottavista komponenteista. Uuttoa voidaan käyttää myös vesiliuoksessa olevan aineen väkevöintiin.

Käytännössä uuttaminen tapahtuu siten, että taiteenotettavan aineen vesiliuos saatetaan kosketukseen veteen liukenemattoman sopivan orgaanisen uuttoreagenssin kanssa, johon haluttu erotettava aine siirtyy. Orgaaniseen uuttoreagenssiin talteen-otettua ainetta ei yleensä edelleen käsitellä sen ollessa liuenneena orgaaniseen aineeseen, vaan se siirretään uudelleen vesiliuokseen. Tätä toimenpidettä kutsutaan strippaamisek si.

Aineen siirtyminen faasista toiseen saadaan aikaan valitsemalla uuttoreagenssi sopivasti, vaihtelemalla pH:ta, lämpötilaa tai muita muuttujia siten, että uuton aikana olosuhteet suosivat aineen siirtymistä orgaaniseen faasiin ja strippauk-sen aikana olosuhteet suosivat aineen siirtymistä orgaanisesta faasista vesi faasiin. Usein uutettavan aineen siirtymistä faasista toiseen määräävät tasapainot ovat sellaisia, että strippauksesta tuotteena saatava vesifaasi, joka sisältää uutettavan aineen puhdistettuna, on uutettavan aineen pitoisuudeltaan melko matala ja näin ollen jatkokäsittely tulee hankalaksi aineen pienen pitoisuuden ja suuren liuosmäärän takia. Tuotteen väkevoiminen vettä haihduttamalla on hankalaa ja energiaa vievää veden suuren höyrystymislämmön takia, ja lisäksi tuote saattaa olla herkkä korkeille lämpötiloille.

2 80385

Tyypillistä uuttomenetelmää on kuvattu US-patentissa 3 649 219, jossa kuvataan suolojen uuttamista vesiliuoksistaan saattamalla suolapitoinen vesiliuos yhteyteen oleellisesti veteen sekoittumattoman orgaanisen hapon ja emäksen kanssa. Saatu suolapitoinen orgaaninen uute erotetaan vesipitoisesta raffinaatista ja suola stripataan uutteesta vedellä.

US-patentissa 4 430 227 on esitetty menetelmä vesiliuosten konsentroi mi seksi käyttäen polaarisia orgaanisia nesteitä, kuten alkoholeja, ketoneja, eettereitä tai amiineja. Tällaisia orgaanisia nesteitä käytetään korotetussa lämpötilassa uuttamaan vettä haihtumattomia aineita sisältävästä vesi-liuoksesta. Vesi voidaan erottaa orgaanisesta faasista ja orgaaninen neste kierrättää takaisin prosessiin.

On yllättäen havaittu, että esillä olevan keksinnön mukaisesti aine voidaan erottaa vesiliuoksestaan ja/tai väkevöidä orgaanisen uuttoreagenssin avulla ilman oleellisia saantomenetyksiä siten, että uutettava aine siirretään vesiliuoksesta uutta- ( maila uuttoreagenssiin, minkä jälkeen tämä uuttoreagenssi haihdutetaan suorassa kontaktissa sen vesi faasi n kanssa, johon uutettava aine halutaan siirtää, edellyttäen, että orgaaninen liuotin on riittävän herkästi haihtuvaa. Haihdutus voidaan suorittaa alipaineessa korkeille lämpötiloille herkkien aineiden kyseessä ollessa, ja edullisesti mikäli uuttoreagenssin o kiehumapiste on alle 170 C.

Keksinnön mukaisen menetelmän toisessa suoritusmuodossa uutettava aine siirretään vesiliuoksesta uuttamalla uuttorea-genssiin, minkä jälkeen tästä uuttoreagenssista haihdutetaan liuosta niin paljon pois, että uutettu aine osittain kiteytyy lopun jäädessä liuenneeksi. Tämän jälkeen kiteitä sisältävä uuttoreagenssi saatetaan kontaktiin sen vesifaasin kanssa, johon uutettu aine halutaan siirtää. Kidemuodossa oleva uutettu aine liukenee vesifaasiin ja myös orgaaniseen uuttorea-genssiin liuenneesta uutetusta aineesta osa siirtyy vesifaasiin uuttotasapainon edellyttämässä suhteessa.

3 80385

Vesi faasi i n siirrettävän uutetun aineen väkevöiminen kiinteään muotoon uuttoreagenssissa aikaansaa sen, että uutettu aine voidaan väkevöidä vesifaasiin väkevämmäksi kuin mitä uuttotasapaino edellyttää. Tämä suoritusmuoto on edullinen sellaisissa tapauksissa, joissa uutettava aine on herkkä hajoamaan, eikä kestä esim. kuivaksi haihduttamista tai vesi -liuoksessa väkevöimistä, ja missä liuotin on riittävän herkästi haihtuvaa. Vesifaasin käsittelystä tuleva väkevä uutto-liuotin voidaan yhdistää uutosta tulevaan orgaaniseen faasiin ennen liuottimen haihdutusta.

Keksinnön mukaisella menetelmällä saadaan aine halutun väke-vyisenä vesiliuoksena. Käytetty orgaaninen liuotin voidaan palauttaa uuttovaiheeseen.

Erityisen hyödyllinen on keksintö natriumborohydridi n väke-vöimiseen. Natriumborohydridiä valmistetaan aikaiisena vesi-liuoksena, jonka koostumus on tuotantoprosessista johtuen tavallisesti noin 12 % natriumborohydridiä, 40 % NaOH:a ja loput vettä. Kuljetuksen kannalta liuos on aktiiviaineen eli nat-riumborohydridi n suhteen melko laimeaa ja useihin erikoiskäyttöihin nähden liian emäksistä. Tuotteen stabii1isuuden takia sen vesiliuoksen tulee kuitenkin olla emäksinen. Yleisesti tunnettua on uuttaa natriumborohydridi vesiliuoksesta orgaanisella uuttoreagenssi11 a esimerkiksi isopropyy1iamii-nilla, n-propyyliamiini11 a, diglymillä jne. tai nestemäisellä ammoniakilla. Kiinteää pulverimaista tuotetta voidaan sitten valmistaa haihduttamalla uuttoreagenssi pois, jolloin tuote saadaan enemmän tai vähemmän puhtaana. Tuote on jossain määrin hankala eristää, se saattaa sisältää kidevesiä ja se on hygroskooppista. Useihin käyttöihin soveltuu kuitenkin natrium-borohydridin vesiliuos, ellei se ole liian emäksinen. Stabi-loimiseen riittää, jos emäspitoisuus NaOH:na laskettuna on suurempi kuin 1 % tuoteliuoksen määrästä.

^ 80385 Tällainen natriumborohydridi n vesiliuos voidaan keksinnön mukaisella menetelmällä saada aikaan siten, että ensimmäisessä vaiheessa erotetaan natriumborohydridi väkevästä alkalisesta vesiliuoksesta uuttamalla se sinänsä tunnetulla tavalla johonkin uuttoreagenssiin, esimerkiksi n-propyyliamiiniin. Tämä uuttoliuotin voidaan sitten haihduttaa suorassa kontaktissa sellaisen vesiliuoksen kanssa, joka sisältää emästä vain sen verran mitä natriumborohydridi n vesiliuoksen stabiloiminen vaati i.

Keksinnön toisen suoritusmuodon mukaisesti natriumborohydri- din uuttoreagenssiin siirtämisen jälkeen uuttoreagenssista haihdutetaan liuosta pois niin paljon, että uutettu aine

NaBH kiteytyy osittain osan jäädessä edelleen uuttorea-4 genssiin liuenneeksi. Kiteitä sisältävä uuttoreagenssi saatetaan kosketukseen emästä sisältävän vesifaasin kanssa, jolloin osa borohydridistä siirtyy tähän vesifaasiin.

Vesiliuoksena, johon NaBH väkevöidään haihduttamalla or- 4 gaanista NaBH^rä sisältävää uuttoreagenssia sen kanssa kontaktissa, voidaan edullisesti käyttää 12 % NaBH ja noin 4 40 % NaOH sisältävästä liuoksesta laimentamalla valmistettua liuosta, joka sisältää halutun pitoisuuden lipeää. Tällöin osa tuotteen sisältämästä NaBH :stä saadaan ilman, että se menee 4 uuton kautta.

Keksintöä millään tavoin rajoittamatta voidaan sen avulla saavutettavia etuja lyhyesti kuvata seuraavasti: a) Tuoteliuoksen NaBH -pitoisuutta voidaan säätää laa- 4 jalla alueella, jopa yli 1iukoisuusrajän.

b) Lipeän määrä voidaan säätää käyttötarkoituksen mukaan, kunhan sitä on stabi1oimistarkoituksiin nähden riittävästi.

5 80385

Nykyisen kaupallisen tuotteen NaBH /NaOH-suhde 12 %/40 % = 3,17 moolia/10 moolia = 0,317 moolia NaBH /moolia NaOH . 4 johtuu tuotantomenetelmästä, eikä sitä voida NaBH :n suhteen 4 kasvattaa.

Keksinnön mukaisesti voidaan tehdä esim. liuos, jonka NaBH^/ NaOH-suhde on 24 %/5 % = 6,35 moolia/1,25 moolia = 5,08 moolia NaBH /1 moolia NaOH. Tällä on merkitystä suoritettaessa 4 reaktioita, joissa korkeasta 1ipeäpitoisuudesta on haittaa.

c) Koska keksinnön mukaisesta tehtävän tuotteen NaBH - 4 pitoisuus voidaan nostaa selvästi yli nykyisen 1iuostuotteen (12 %), vähenee kuljetettavan liuoksen määrä vastaavasti.

Seuraavat esimerkit selventävät keksinnön käyttöä rajoittamatta sitä millään tavalla.

Esimerkki 1 50 g:aan laimennettua natriumborohydridi 1iuosta, jonka

NaBH -pitoisuus oli 5,9 % ja NaOH-pitoisuus noin 20 % 4 lisättiin 125 g n-propyy1iamiinia, jonka NaBH -pitoisuus o 4 oli 10,4 %. Lisäys suoritettiin 80 C:ssa normaalipaineessa.

Haihdutuksen jälkeen borohydridi 1iuoksen NaBH -pitoisuus 4 oli 24,06 %. Borohydridi1iuoksen paino oli haihdutuksen jälkeen 65,07 g ja talteenotetun amiinin paino 104,91 g. Hävikiksi saatiin täten ainoastaan noin 2 %. Loppuiiuoksen natri umhydroksi di pi toi suus oli noin 16 %.

Esimerkki 2 100 g:aan borohydridi 1iuosta , jonka NaBH -pitoisuus oli 4 2,1 % ja NaOHra noin 7 %, lisättiin 316,5 g n-propyyliamiini- liuosta, jonka NaBH -pitoisuus oli 7,9 %. Lisäys suoritet- 4 6 80385 o

tiin 30 C:n lämpötilassa alipaineessa. Amiini 1 iuoksen annettiin haihtua borohydridi1iuoksen pinnassa. Haihdutuksen jälkeen borohydridi 1iuoksen paino oli 96,2 g ja NaBH

4 -pitoisuus 27,5 %.

NaBH -tase: 4

alkup. borohydridi 1iuos 2,1 g NaBH

4 amiini 25 ,0 g yhteensä 27,1 g

tuoteliuos 26,5 g NaBH

4 hävikki 0,6 g 2,2¾

Esimerkki 3 93.5 g:aan borohydridi 1iuosta, jonka NaBH -pitoisuus oli 4

6.0 % lisättiin etyy1iamiinia 135,3 g, jonka NaBH

o 4

-pitoisuus oli 13,2 %. Lisäys suoritettiin 40 C:ssa alipaineessa. Orgaaninen liuos haihtui vesifaasin pinnalla. Haihdutuksen jälkeen vesifaasin paino oli 123,6 g ja NaBH

4 -pitoisuus oli 19,2 ^ Määritystarkkuuden rajoissa ei hajoamista tapahtunut.

Esimerkki 4 100,1 g:aan borohydridi 1iuosta, jonka NaBH -pitoisuus oli 4 6.0 % lisättiin etyleenidj amiinia 120,9 g, jonka NaBH.

o 4 -pitoisuus oli 12,7 %. Lisäys suoritettiin 80 C:ssa lämpötilassa alipaineessa. Orgaaninen liuos haihtui vesifaasin pinnalla. Haihdutuksen jälkeen vesifaasin paino oli 106,5 g ja NaBH -pitoisuus oli 19,2 %. Tuotteen hajoaminen oli noin 4.5 %.

7 80385

Esimerkki 5 100 g:aan borohydridi 1iuosta, jonka NaBH -pitoisuus oli 4

6.1 % lisättiin n-propyyliamiinia 559,1 g. Tämän NaBH

o 4 -pitoisuus oli 7,7 %. Lisäys suoritettiin 40 C:ssa lämpötilassa alipaineessa. Haihdutuksen jälkeen vesifaasin paino oli 114.1 g ja se sisälsi kiteitä. Koska kiteisestä massasta näytteenotto oli vaikeaa, määritettiin NaBH :n hajoaminen 4 kokonaisboorin ja pelkistävän boorin suhteena. Hajoaminen oli noin 2,8 %.

Esimerkki 6

Liuosta, joka sisälsi 12 % NaBH ja 40 % NaOH, uutettiin n- 4 propyyliamiini11 a, jolloin saatiin n-propyyliamiini1iuos, jonka NaBH -pitoisuus oli 7,56 %. Haihdutettiin uuttorea-4 genssia pois niin paljon, että osa NaBH :stä kiteytyi amii- 4 ni1iuokseen.

Tämä seos saatettiin kontaktiin vesiliuoksen kanssa, joka sisälsi 20 % NaOH ja 5,99 % NaBH . Sekoituksen jälkeen faa- 4 sien annettiin selkeytyä, ja tulokseksi saatiin vesifaasi, joka sisälsi 15,25 % NaBH ja 23,92 % NaOH. Vesifaasista 4 haihdutettiin amiimjäännös pois, jolloin saatiin NaBH -pitoisuudeksi 15,27 %.

Claims

8 80385

1. Menetelmä aineen erottamiseksi vesiliuoksesta ja/tai väkevöimiseksi orgaanisen uuttoreagenssin avulla, jossa ensin erotettava aine siirretään vesiliuoksesta uuttamalla uutto-reagenssiin, tunnettu siitä, että tämän jälkeen mainittu uuttoreagenssi haihdutetaan suorassa kontaktissa sen vesifaa-sin kanssa, johon uutettava aine halutaan siirtää.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että erotettavan aineen sisältämää uuttoreagenssia haihdutetaan uutetun aineen väkevöimiseksi ja osittaiseksi kiteyttämiseksi ennen sen saattamista kosketuksiin vesifaasin kanssa.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että erotettava aine on natriumborohydridi ja orgaaninen uuttoreagenssi on ammoniakki, amiinifunktioinen uuttoreagenssi tai amidifunktioinen tai eetterifunktioinen uuttoreagenssi. 9 80385