一种电子级柠檬酸的制备方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种电子级柠檬酸的制备方法及其装置，包括以下步骤，步骤一：筛选一阴离子交换膜；步骤二：利用超净电解法，利用步骤一中筛选得到的所述阴离子交换膜去除初始柠檬酸溶液中的部分金属离子，得到第一柠檬酸溶液；步骤三：利用超净电解法，进一步循环电解所述第一柠檬酸溶液，去除所述第一柠檬酸溶液中的第二部分金属离子，得到所述电子级柠檬酸。相比于传统工艺，不仅操作简单，清洁无污染，适用于工业化大规模生产，制得的电子级柠檬酸中仅包含20ppb以下的微量金属离子，所得电子级柠檬酸纯度更高。

A preparation method and device of electronic citric acid

【技术实现步骤摘要】
一种电子级柠檬酸的制备方法及其装置
本专利技术涉及柠檬酸的制备方法，尤其涉及一种电子级柠檬酸的制备方法。
技术介绍
传统的柠檬酸提纯工艺为钙盐法，近年来，又研究和发展了萃取法、离子交换法、树脂吸附法、膜分离等柠檬酸提纯方法。虽然从一定程度上解决了部分生产工艺上存在的污染等问题，但是并没有从根本上解决传统工艺的污染和能耗问题，而且制备的柠檬酸中的金属离子的含量达不到电子级的纯度。目前，超纯试剂大多采用蒸馏、精馏、膜过滤、离子交换或这些过程的耦合工艺制备。其中，如超纯硫酸一般采用工业硫酸精馏法或三氧化硫气体直接吸收法(三氧化硫纯化制备)来获得；超净高纯的异丙醇可以工业异丙醇为原料，以碳酸盐调节pH值，加入脱水剂，进行回流反应，再经过精馏、蒸馏、膜过滤等工艺制备。相应地，目前电子级柠檬酸的制备方法通常是将工业级柠檬酸通过装有特定树脂的阳离子交换柱、阴离子交换柱，然后依次经过浓缩、精密过滤、结晶、离心、烘干、筛分后获得。这些工艺的工序繁多，制备过程复杂，导致电子级柠檬酸的制备成本较高。为此需要提供一种电子级柠檬酸的制备方法，能够有效去除金属离子，以制得高纯度柠檬酸，且操作简单，清洁无污染，有效降低生产成本。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种电子级柠檬酸的制备方法。本专利技术以超净电解法将柠檬酸中大部分难以用常规方法去除的金属离子和柠檬酸分离，制得电子级柠檬酸。该电子级柠檬酸包含柠檬酸和微量金属离子。其中，柠檬酸含量大于等于40％，微量金属离子(Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Zn2+)含量在20ppb以下。相比于现有技术，不仅操作简单，清洁无污染，适用于工业化大规模生产，更主要的是制得的柠檬酸中仅包含微量金属离子，纯度更高。具体地，本专利技术提供了一种电子级柠檬酸的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：步骤一：筛选一阴离子交换膜；步骤二：利用超净电解法，利用步骤一中筛选得到的所述阴离子交换膜去除初始柠檬酸溶液中的部分金属离子，得到第一柠檬酸溶液；步骤三：利用超净电解法，进一步循环电解所述第一柠檬酸溶液，去除所述第一柠檬酸溶液中的第二部分金属离子，得到所述电子级柠檬酸。优选地，所述筛选阴离子交换膜的步骤包括，利用H型电解槽作电解槽，钛网分别作阴极电极和阳极电极，在所述H型电解槽的两个槽之间放置一阴离子交换膜，所述阴离子交换膜也位于所述钛网电极之间，向所述H型电解槽的阴极室及阳极室中分别加入外加金属离子及不外加金属离子的柠檬酸溶液，检测阴极室及阳极室内溶液中的所述外加金属离子的浓度及所述柠檬酸溶液的浓度，根据对所述外加金属离子透过性及对所述柠檬酸溶液中的柠檬酸根离子透过性筛选出所述阴离子交换膜。优选地，所述阴离子交换膜的筛选标准为对所述柠檬酸根离子具有透过性，对所述外加金属离子具有阻挡性。优选地，在所述步骤二之前，所述制备方法进一步包括：对所述超净电解装置进行洗涤，所述洗涤包括如下步骤：首先用双氧水溶液进行循环冲洗；再用超纯水洗涤，洗去残留于所述超净电解装置中的所述双氧水溶液；再用所述柠檬酸水溶液循环洗涤；再用所述超纯水洗涤；检测所述超纯水洗涤液中的残留金属离子含量，直至洗涤液中残留金属离子浓度为<0.1ppb时，停止清洗。优选地，在所述步骤二之前，所述制备方法进一步包括：向所述超净电解装置中通入氮气；排出所述超净电解装置中的空气。优选地，所述第一部分金属离子和所述第二部分金属离子选自Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Zn2+中的一种或多种。优选地，所述制备方法，进一步包括：重复所述步骤二和步骤三。本专利技术进一步提供了一种超净电解装置，膜堆，所述膜堆通过阴离子交换膜分割为阴极室及阳极室；所述阳极室的外壁为阳极电极；所述阴极室的外壁为阴极电极；所述阳极电极和所述阴极电极分别与外部电路连接，其特征在于，所述阳极室上端通过管路连接一第一液体缓冲室，所述第一液体缓冲室上端通过管路连接一第一液封装置，所述第一液体缓冲室下端通过管路连接一第一换热器，所述第一换热器下端通过管路连接一产品室，所述产品室通过一管路连接至所述阳极室，所述阳极室、第一液体缓冲室、第一液封装置、第一换热器及产品室之间通过管路形成一第一循环回路，对应所述第一循环回路，所述阴极室依次与第二液体缓冲室、第二液封装置、第二换热器及原料室之间通过管路形成一第二循环回路。优选地，所述产品室与所述阳极室连接的管路上设置有一第一流量计及至少一个管路阀门，所述原料室与所述阴极室连接的管路上设置有一第二流量计及至少一个管路阀门。优选地，所述产品室还通过管路与一第一气动隔膜泵连接，所述第一气动隔膜泵还连接至阳极室，所述原料室还通过管路与一第二气动隔膜泵连接，所述第二气动隔膜泵还连接至阴极室。优选地，所述产品室及所述原料室分别通过管路与一外部氮源连接。与现有技术相比较，本专利技术的技术优势在于：1)筛选出了对柠檬酸透过性以及其中金属离子的阻挡效果俱佳的阴离子交换膜；2)用超净电解法将柠檬酸中的一些难以用常规方法除去的金属离子(Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Zn2+)降到20ppb以下，达到电子级的纯度；3)将电化学的方法应用到超纯试剂的制备过程中，简化了超纯试剂的制备工艺，并且符合清洁生产的要求。附图说明图1为符合本专利技术一优选实施例中的改进的H型电解槽装置的结构简图；图2为符合本专利技术一优选实施例中的超净电解装置的结构简图；图3为符合本专利技术一优选实施例中的超净电解原理图；附图标记：100-改进的H型电解槽装置，1-阴极电极，2-阳极电极，3-恒流电源，4-阴离子交换膜，5-阴极室，6-阳极室，7-温度计，200-超净电解装置，101-产品室，102-管路阀门，103-第一液封装置，104-第一气动隔膜泵，105-阳极室，106-阳极电极，107-第一液体缓冲室，108-第一换热器，109-第一流量计，110-第一管路阀门，111-第二管路阀门，8-X阴离子交换膜201-原料室，202-管路阀门，203-第二液封装置，204-第二气动隔膜泵，205-阴极室，206-阴极电极，207-第二液体缓冲室，208-第二换热器，209-第二流量计，210-第三管路阀门，211-第四管路阀门。具体实施方式下面结合附图及具体实施例，详细阐述本专利技术的优势。实施例1步骤一：在超净电解装置中进行电解之前，先要确定最佳的阴离子交换膜，其具体步骤为：参见图1，利用H型电解槽作电解槽，钛网分别作阴极电极1、阳极电极2，将阴极电极1、阳极电极2与一恒流电源3连接，在该H型电解槽的两个槽及阴极电极1、阳极电极2之间放置一阴离子交换膜4形成一改进的H型电解槽100；在该改进的H型电解槽装置的阴极室5中加入柠檬酸的质量分数为20％，外加有200ppb左右的多种不同的金属离子的柠檬酸溶液；阳极室6中加入质量分数为20％的，不外加其他的金属离子的柠檬酸溶液。装入电解液，打开恒温水浴槽(未标出)循环水，并开启搅拌，利用温度计7检测阴阳极室的温度，当阴阳极室中电解液的温度均到达50℃时，取阴阳极液的初始样，然后将恒流电源3的电压调到31V下开始电解，并每隔一段时间通过酸碱滴定检测阴阳极室中柠檬酸浓度的变化，当电解时间达到10h时停止电解。用ICP-MAS检测样品中金属离子的浓度。然后更换阴离子交换膜，重复本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电子级柠檬酸的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：步骤一：筛选一阴离子交换膜；步骤二：利用超净电解法，利用步骤一中筛选得到的所述阴离子交换膜去除初始柠檬酸溶液中的部分金属离子，得到第一柠檬酸溶液；步骤三：利用超净电解法，进一步循环电解所述第一柠檬酸溶液，去除所述第一柠檬酸溶液中的第二部分金属离子，得到所述电子级柠檬酸。

【技术特征摘要】
1.一种电子级柠檬酸的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：步骤一：筛选一阴离子交换膜；步骤二：利用超净电解法，利用步骤一中筛选得到的所述阴离子交换膜去除初始柠檬酸溶液中的部分金属离子，得到第一柠檬酸溶液；步骤三：利用超净电解法，进一步循环电解所述第一柠檬酸溶液，去除所述第一柠檬酸溶液中的第二部分金属离子，得到所述电子级柠檬酸。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述筛选阴离子交换膜的步骤包括，利用H型电解槽作电解槽，钛网分别作阴极电极和阳极电极，在所述H型电解槽的两个槽之间放置一阴离子交换膜，所述阴离子交换膜也位于所述钛网电极之间，向所述H型电解槽的阴极室及阳极室中分别加入外加金属离子及不外加金属离子的柠檬酸溶液，检测阴极室及阳极室内溶液中的所述外加金属离子的浓度及所述柠檬酸溶液的浓度，根据对所述外加金属离子透过性及对所述柠檬酸溶液中的柠檬酸根离子透过性筛选出所述阴离子交换膜。3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述阴离子交换膜的筛选标准为对所述柠檬酸根离子具有透过性，对所述外加金属离子具有阻挡性。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤二之前，所述制备方法进一步包括：对所述超净电解装置进行洗涤，所述洗涤包括如下步骤：首先用双氧水溶液进行循环冲洗；再用超纯水洗涤，洗去残留于所述超净电解装置中的所述双氧水溶液；再用所述柠檬酸水溶液循环洗涤；再用所述超纯水洗涤；检测所述超纯水洗涤液中的残留金属离子含量，直至洗涤液中残留金属离子浓度为<0.1ppb时，停止清洗。5.如权利要求1或4所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤二之前，所述制备方法进一步包括：向所述超净电...

【专利技术属性】
技术研发人员：张新胜，钮东方，柳俊，荆建芬，王晓东，杨俊雅，张建，马健，蔡鑫元，宋凯，
申请(专利权)人：华东理工大学，安集微电子科技上海股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31