一种四烷基氢氧化铵的制备方法技术

本发明专利技术属于电化学合成技术领域，涉及一种四烷基氢氧化铵的制备方法，采用三膜四隔室电渗析装置，以四烷基铵盐为原料制备四烷基氢氧化铵，先将四烷基铵盐水溶液、纯水、阳极液和酸液分别加入盐室、阴极室、阳极室和酸室中，打开电源，四烷基铵根阳离子透过第一阳离子膜进入阳极室，阴离子透过阴离子膜进入酸室；阳极液电解生成O2和阳离子H+，H+进入酸室后与从盐室出来的阴离子结合成酸液；水分子在阴极板处进行电解，生成H2和阴离子OH－，阴离子OH－与四烷基铵根阳离子结合形成四烷基氢氧化铵溶液；其工艺简单，操作方便，原理科学，成本低，环境友好，易于大规模工业化生产。

【技术实现步骤摘要】

:本专利技术属于电化学合成
，涉及，特别是一种利用三膜四隔室电渗析装置制备高纯四烷基氢氧化铵的方法。
技术介绍
:四烷基氢氧化铵是一类通式为R1R2R3R4NOH的化合物，其中RpHR4为四个相同或不相同的烷基，四烷基氢氧化铵类物质作为一种有机强碱，在多种行业中有着特定的用途，例如，四甲基氢氧化铵是结构最简单的四烷基氢氧化铵，其分解温度低，分解产物都是气态，不会残留杂质；而且四甲基氢氧化铵本身具有有机强碱、水中解离性好、无机杂质离子含量低的特点，可以作为优良的电子化学品，用于光刻胶的显影及半导体基板的清洗；四丙基氢氧化铵作为合成分子筛的导向剂，合成出分子筛Pentasil家族的第一个成员ZSM-5分子筛，由于ZSM-5分子筛良好的选择性、高水热稳定性和催化活性，可作为催化剂及催化剂载体，广泛应用于石油工业、煤化工、多功能材料灯行业；在丙烯腈(AN)电解二聚法合成己二腈的工艺中，四丁基氢氧化铵能保证反应顺利进行，四丁基氢氧化铵在电解过程中不仅可以作为电解液增加溶液的导电性同时作为一种表面活性剂增大了丙烯腈在水中的溶解度，更重要的是它可以跟电极形成双电层结构，大幅提升丙烯腈的选择性，使己二腈的产率和电流效率猛增到90%。作为上述用途的四烷基氢氧化铵，对其质量纯度都有着较高的要求，作为电子化学品，微量的杂质就能导致半导体基板的劣化；在使用分子筛合成的催化剂过程中，四烷基氢氧化铵引入的杂质会造成催化剂的失活，反应效率的降低；在己二腈的电合成反应中，杂质卤素离子会引起电解槽极板的腐蚀及电流效率的降低。目前，四烷基氢氧化铵的制备方法主要包括氧化银法、离子交换树脂法和离子膜电解法，其中氧化银法采用氧化银作为原料，成本较高，同时最终产物中银离子含量较高；离子交换树脂法得到产品卤素含量较高，无法满足工业要求；离子膜电解法是将电解与离子膜技术相结合，该方法工艺简单、产品纯度高，是一种绿色合成工艺，专利CN201120132212公开了一种双膜法制备四甲基氢氧化铵的方法，采用的原料为四甲基碳酸氢钱，阴离子CO32 _透过阴离子膜到阳极与H+结合生成CO2，工艺环保简单，但对于阴离子为卤素的四烷基铵盐，例如四甲基氯化铵、四甲基溴化铵时，会在阳极析出Cl2、Br2，由于阴离子膜耐氧化性能低，设备需要频繁更换阴离子膜，造成生产成本过高，同时系统也无法正常运行；专利CN201110446506公开了一种利用双极膜电渗析制备四丙基氢氧化铵的方法，在双膜法的基础上增加双极膜，利用双极膜解可以解离出H+和OH _的性质，达到电渗析分离的目的，该方法利用新兴的双极膜代替极板，避免卤素单质的析出，同时降低能耗，但是双极膜成本较高，可通过电流较小，耐温性差，使用不当易出现阴阳膜的分离；同时，由于双极膜阻挡同离子透过的能力较低，产品中卤素含量较高，无法得到高纯的产品。
技术实现思路
:本专利技术的目的在于克服现有技术存在的缺点，设计提供一种利用电渗析装置制备四烷基氢氧化铵的方法，通过使用两张阳离子和一张阴离子膜合理的搭配，解决阴膜不耐氧化的缺点，延长设备和离子膜的使用寿命，同时克服四烷基氢氧化铵中杂质含量较高的缺点，实现高纯四烷基氢氧化铵的工业化大规模生产。为了实现上述目的，本实施例采用三膜四隔室电渗析装置，以四烷基铵盐为原料制备四烷基氢氧化铵，其具体过程为:(I)、先向盐液储罐中加入浓度0.1?2.0moI/L的四烷基铵盐水溶液10L，向阴极液储罐中加入纯水10L，向阳极液储罐中加入浓度0.1?1.0moI/L的阳极液10L，向酸室储罐中加入浓度为0.5?1.0moI/L的酸液1L ；(2)、依次打开阴极液循环栗、盐液循环栗、酸液循环栗和阳极液循环栗，调节各溶液在电渗析装置中的流速均为0.1?10cm/s，使四烧基钱盐水溶液、纯水、阳极液和酸液分别通过盐液储罐、阴极液储罐、阳极液储罐和酸液储罐栗入盐室、阴极室、阳极室和酸室，盐室、阴极室、阳极室和酸室内的温度均控制为10?80°C ;四烷基铵盐在水中解离成四烷基铵根阳离子和阴离子；(3)、打开电源，控制电流密度为10?100mA/cm2进行电解，在电场推动力和离子膜的共同作用下，四烷基铵根阳离子透过第一阳离子膜进入阳极室，阴离子透过阴离子膜进入酸室；阳极液在阳极板处进行电解，生成02和阳离子H+，H+通过第二阳离子膜进入酸室，从盐室出来的阴离子与从阳极室出来的H+结合成酸液；水分子在阴极板处进行电解，生成比和阴离子OH _，阴离子0!1_与四烷基铵根阳离子结合形成四烷基氢氧化铵溶液；电解后的四烷基铵盐水溶液、纯水、阳极液和酸液分别回到盐液储罐、阴极液储罐、阳极液储罐和酸室储罐循环使用，实现四烷基氢氧化铵的制备。本专利技术在电解过程中，四烷基铵盐水溶液的浓度通过向盐液储罐加入四烷基铵盐固体控制，酸液的浓度通过向酸液储罐加入纯水进行控制，电流效率为44.7%?93.5%。本专利技术所述四烷基铵盐水溶液为四甲基氯化铵、四乙基氯化铵、四丙基溴化铵或四丁基溴化铵的水溶液，四烷基铵盐水溶液的杂质含量低于lOOOppm。本专利技术制备的四烷基氢氧化铵水溶液中卤素离子含量低于lOppm，金属离子含量低于 10ppb0本专利技术所述阳极液为硫酸或磷酸水溶液。本专利技术所述酸液为HCl或HBr水溶液。本专利技术所述三膜四隔室电渗析装置的主体结构包括阴极室、盐室、酸室、阳极室、阴极板、阳极板、阴极液储罐、盐液储罐、酸液储罐、阳极液储罐、阴极液循环栗、盐液循环栗、酸液循环栗、阳极液循环栗、阴离子膜、第一阳离子膜和第二阳离子膜；阴极室与盐室之间夹有第一阳离子膜，盐室与酸室之间夹有阴离子膜，酸室与阳极室之间夹有第二阳离子膜；阴极室内设有阴极板，阳极室内设有阳极板；阴极液储罐分别与阴极室和阴极液循环栗连通；盐液储罐分别与盐室和盐液循环栗连通；酸液储罐分别与酸室和酸液循环栗连通；阳极液储罐分别与阳极室和阳极液循环栗连通。本专利技术与现有技术相比，采用三膜四室的电渗析设备有效解决了电解过程中卤素单质的析出，有利于保护极板和离子膜，容易实现工业化放大生产；而且采用连续进料、连续出料的模式，保持系统内各物料浓度相对恒定，温度相对稳定，离子膜的寿命及电化学性能更优，提高了电流效率，同时降低生产成本；其工艺简单，操作方便，原理科学，成本低，环境友好，易于大规模工业化生产。【附图说明】:图1为本专利技术的电解原理示意图，包括阴极室1、盐室2、酸室3、阳极室4、纯水5、四烷基铵盐溶液6、酸液7、阳极液8、阴极板9、阳极板10、阴离子膜A、第一阳离子膜Cl和第二阳离子膜C2。图2为本专利技术的制备工艺流程示意图，包括阴极室1、盐室2、酸室3、阳极室4、纯水5、四烷基铵盐溶液6、酸液7、阳极液8、阴极板9、阳极板1、H211、O212、阴极液储罐13、盐液储罐14、酸液储罐15、阳极液储罐16、阴极液循环栗17、盐液循环栗18、酸液循环栗19、阳极液循环栗20和四烷基铵盐21。【具体实施方式】:下面通过实施例并结合附图对本专利技术做进一步说明。本实施例采用三膜四隔室电渗析装置，以四烷基铵盐为原料制备四烷基氢氧化铵，其具体制备过程为:(I)、先向盐液储罐14中加入浓度0.1?2.0moI/L的四烷基铵盐水溶液10L，向阴极液储罐13中加入纯水10L，向阳极液储罐本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种四烷基氢氧化铵的制备方法，其特征在于采用三膜四隔室电渗析装置，以四烷基铵盐为原料制备四烷基氢氧化铵，其具体过程为：(1)、先向盐液储罐中加入浓度0.1～2.0mol/L的四烷基铵盐水溶液10L，向阴极液储罐中加入纯水10L，向阳极液储罐中加入浓度0.1～1.0mol/L的阳极液10L，向酸室储罐中加入浓度为0.5～1.0mol/L的酸液10L；(2)、依次打开阴极液循环泵、盐液循环泵、酸液循环泵和阳极液循环泵，调节各溶液在电渗析装置中的流速均为0.1～10cm/s，使四烷基铵盐水溶液、纯水、阳极液和酸液分别通过盐液储罐、阴极液储罐、阳极液储罐和酸液储罐泵入盐室、阴极室、阳极室和酸室，盐室、阴极室、阳极室和酸室内的温度均控制为10～80℃；四烷基铵盐在水中解离成四烷基铵根阳离子和阴离子；(3)、打开电源，控制电流密度为10～100mA/cm2进行电解，在电场推动力和离子膜的共同作用下，四烷基铵根阳离子透过第一阳离子膜进入阳极室，阴离子透过阴离子膜进入酸室；阳极液在阳极板处进行电解，生成O2和阳离子H+，H+通过第二阳离子膜进入酸室，从盐室出来的阴离子与从阳极室出来的H+结合成酸液；水分子在阴极板处进行电解，生成H2和阴离子OH－，阴离子OH－与四烷基铵根阳离子结合形成四烷基氢氧化铵溶液；电解后的四烷基铵盐水溶液、纯水、阳极液和酸液分别回到盐液储罐、阴极液储罐、阳极液储罐和酸室储罐循环使用，实现四烷基氢氧化铵的制备。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭良科，王淑元，丁玉，陈晨，
申请(专利权)人：青岛润兴光电材料有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37