[发明专利]改性聚苯乙烯均相膜及改性方法和在分离甘氨酸中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种均相离子交换膜，尤其是一种改性聚苯乙烯均相膜及改性方法和在分离甘氨酸中的应用。

背景技术

甘氨酸作为一种重要的精细化工中间体，广泛用于农药、医药、日用化工、食品和饲料添加剂领域，其中约80％用于除草剂草甘膦的生产。目前，甘氨酸工业化或具有工业化前景的合成工艺主要有氯乙酸氨解法、施特雷克(Strecker)法、催化脱氢氧化法、天然蛋白质水解法、天然提取和生物合成法等。国外大多采用以氰化钠为主原料的施特雷克法，其优点是产品易精制，可利用其他副产物作原料，生产成本低，约为氯乙酸氨解法的一半，适合大规模工业化生产；缺点是原料NaCN剧毒，且操作条件苛刻，反应后期的脱盐工艺较繁杂，且反应路线较长。国内多数厂家采用氯乙酸氨解法合成甘氨酸，然后再将合成产物中的甘氨酸与氯化铵分开。目前国内甘氨酸生产厂家均采用醇水体系洗涤分离纯甘氨酸的方法；该方法分离过程中使用的甲醇有毒且易燃易爆，生产过程中容易造成事故及环境污染，同时，醇析后的母液会将部分甘氨酸带走，无法回收，造成收率降低。另外，产品精制过程中大量低沸点甲醇的挥发也导致生产成本提高，一般生产每吨甘氨酸需消耗甲醇600～800吨，而甲醇的回收率一般不到90％。同时该工艺所得产品绝大多数为工业级，产品质量差，附加值低。上述诸多不利因素严重制约了甘氨酸行业在我国的发展。

曾有报道采用电渗析技术分离提纯甘氨酸。电渗析技术的基本原理是在外加直流电场的作用下，利用离子交换膜对盐液中阴、阳离子的选择透过性，使盐液中的离子有选择的透过交换膜而达到分离的目的。离子交换膜对不同电荷的离子具有选择透过性。阳膜只允许阳离子通过，而阻止阴离子通过，阴膜只允许阴离子通过，而阻止阳离子通过。在外加直流电场作用下，盐液中的离子做定向迁移，即阴离子向阳极方向迁移，或通过阴膜或受到阳膜阻止；阳离子向阴极方向迁移，或通过阳膜或受到阴膜阻止。隔室中的离子分别通过阴、阳膜向相邻隔室迁移，隔室内盐分减少，在电渗析过程中，盐分不断减少的隔室称为脱盐室；而另一些隔室中的离子向阴、阳极方向迁移时，受到阴、阳膜的阻止，而相邻隔室的离子由于受到电场的作用力，而不断涌入，该隔室的离子则不断增加，盐分不断增加的隔室称为浓缩室。电渗析装置是由多层隔室组成的，在电渗析过程中，脱盐室中的阴、阳离子，不断地迁移到相邻的浓缩室中去，从而使盐液脱盐、浓缩。显然，离子交换膜在电渗析装置中起着至关重要的作用，它直接关系到甘氨酸的分离效果和电渗析收率。目前，电渗析装置中使用效果比较好的离子交换膜为聚苯乙烯均相膜，但其仍存在着电渗析收率偏低、技术稳定性差等缺陷，在一定程度上限制了电渗析技术在甘氨酸分离提纯领域的大规模实施。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种膜稳定性高、选择透过性好的改性聚苯乙烯均相膜；本发明还提供了聚苯乙烯均相膜的改性方法；本发明还提供了改性聚苯乙烯均相膜在电渗析分离提纯甘氨酸中的应用。

为解决上述技术问题，本发明聚苯乙烯均相膜的改性方法为：采用等离子体对聚苯乙烯均相膜进行活化和化学修饰。

本发明改性方法中：在活化和化学修饰时，使用的改性气体优选为氧气或二氧化碳。

本发明改性方法中，放电功率的控制至关重要，其对聚苯乙烯均相膜表面结构的影响很大，合适的放电功率既可保证聚苯乙烯均相膜表面所需交联网和极性基团的形成，又不会由于等离子体的刻蚀而破坏聚苯乙烯均相膜表面的基本结构，本发明改性方法中优选的等离子体放电功率为20～80W；本发明改性方法中放电时间优选为3～30分钟，低于3分钟，改性效果不明显，而超过30分钟，等离子体的刻蚀作用会破坏膜的结构。

作为本发明改性方法更优选的技术方案，该方法的工艺步骤为：把聚苯乙烯均相膜放入旋转式等离子体反应腔内，通入改性气体氧气或二氧化碳并于压力15～20Pa、等离子体放电功率为20～80W的条件下，等离子体放电3～30分钟后，停止放电；继续通入氧气或二氧化碳至标准大气压，并在此条件下保持1～4小时，即可得到改性聚苯乙烯均相膜。

上述改性方法所得到的改性聚苯乙烯均相膜在电渗析分离提纯甘氨酸中的应用中，采用下述工艺步骤为：(1)将甘氨酸粗品配制成水溶液，经过滤后得到溶液I；

(2)将步骤(1)中得到的溶液I进行电渗析脱盐处理，得到淡室溶液II和浓室溶液III；其中，电渗析装置中所使用的极室溶液为无水硫酸钠溶液；

(3)将步骤(2)中得到的淡室溶液II进行浓缩处理，得到甘氨酸精品；将步骤(2)中得到的浓室溶液III进行浓缩处理，得到氯化铵晶体；浓缩后的母液加入电渗析中循环套用。