[发明专利]基于串联溢流的单离子交换膜电解槽连续制备丁二酸方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电化学合成领域，具体涉及一种串联溢流的单离子交换膜电解槽的连续制备丁二酸的方法。

技术背景

电化学方法制备丁二酸分为有隔膜法和无隔膜法两种。

无隔膜法因为在阴极生成的丁二酸会在阳极上发生聚合等副反应，当丁二酸商品作为医药卫生和食品添加剂使用时存在有潜在的产品安全风险，要严格控制阳极电位，给操作带来不便。隔膜法多以Nafion单膜做为电解槽的隔膜，采用该方法时因阴极室的析氢反应使阴极液呈碱性，为保证丁二酸的生成应外加酸来将阴极液调至酸性。

不论隔膜法和无隔膜法生产丁二酸均采用间歇式生产方式，即每批量电解槽中的顺丁烯二酸转化成丁二酸后必须停电放料，将产品丁二酸放出后，再重新往电解槽中加入新的原料，重新通电生产。间歇式生产的弊端是显而易见的。每批次开停电源不但不利于整流器的安全生产，且操作麻烦，工作量大。

安全生产与节能技术一直是电解生产中人们关注的焦点。本发明采用一种串联溢流法技术生产丁二酸。该方法具有生产流程简单，操作方便，节能减排的效果。

发明内容

本发明以顺丁烯二酸酐为原料，利用单离子交换膜作为单体电解槽的隔膜，顺丁烯二酸酐在单体电解槽的阴极水解还原后生成丁二酸，防止了丁二酸在阳极的多聚反应，保证了产品的纯度。同时本发明的单体电解槽采用阶梯式逐级排布，即上一单体电解槽的电解液依次溢流至下一单体电解槽中继续电解，经检验达到规定成品丁二酸浓度的电解液流出最后电解槽后直接送往蒸馏工序，从而实现了丁二酸的连续制备。丁二酸熔点188°C。

采用本发明方法，制备条件温和，在室温～65°C下生产，电流效率高于90%，尚未见有文献报道。

为达到以上目的，本发明通过以下的的技术方案来实现：

阶梯式串联溢流膜电解槽组的排布：

阶梯式串联溢流电解槽组由阴极室电解液原料槽、阳极室电解液水分补充槽、5～10个等大小的安装有单离子交换膜的单体电解槽和收集槽组成，其中：

阴极室电解液原料槽与最上一级单离子交换膜单体电解槽的阴极室之间通过输液管连接，在抽液泵的作用下输液管可不间断地对最上一级的单离子交换膜单体电解槽的阴极室补充提供电解液；

阳极室电解液水分补充槽与每个单离子交换膜单体电解槽的阳极室之间通过输水管连接，用于不断给阳极室补水；

等大小的单离子交换膜单体电解槽依次阶梯式排列，阶梯落差为100~300mm，阶梯式排列的单离子交换膜单体电解槽阴极室之间通过溢流管连接，溢流管中设置有开与关的控制阀；

收集槽位于最下一级的单离子交换膜单体电解槽侧下方，通过最下一级的单离子交换膜单体电解槽出液管将电解制备的丁二酸流入收集槽内。

所述的溢流管呈倒“L”型，分为上端进液口和下端出液口，上一级单离子交换膜单体电解槽阴极室的电解液液面正好将溢流管上端进液口淹没，溢流管下端出液口插入下一级单离子交换膜单体电解槽阴极室的近底部，从而保证上一级的单离子交换膜单体电解槽阴极室的电解液在控制阀打开的状态下能顺利溢流至下一级单离子交换膜单体电解槽阴极室中。

所述的单离子交换膜单体电解槽，被Nafion膜分割成阴极室和阳极室，石墨为阳极，铅为阴极，极距2mm~20mm。

（2）丁二酸的连续制备：

按照（1）所述的阶梯式串联溢流膜电解槽组的排布方式，首先启动抽液泵将预先配制好的阴极室电解液原料槽中的电解液注入电解槽的阴极室，同时加满阳极室的电解液。阴阳极室的电解液达到设定高度后，关闭抽液泵和有隔膜单体电解槽阴极室之间溢流管控制阀，通电开始电解；

在电解时间达到根据法拉弟定律理论（以电流效率100%计）估算出的各单槽的电解时间后，启动阴极室电解液原料槽和阳极室电解液水分补充槽中的抽液泵，打开溢流管控制阀，分别控制好抽液泵流量，让阴极室电解液以设定的速度流动，同时保证单离子交换膜单体电解槽的阳极室电解液保留恒定的液面高度，制备出的丁二酸成品经最后一级单体电解槽的出液管收集于收集槽中，送蒸馏工序浓缩结晶。

阴极室电解液原料槽中的抽液泵所输送的电解液的流速，应保证电解液流出电解槽时电解液中丁二酸的产率>90%

（3）电解液：

阴极室电解液：酸性顺丁烯二酸的水溶液，其中含0.1~3.0 mol·L-1顺丁烯二酸和0.1~0.5mol/L的硫酸溶液。因为随着电解时间的延长，电解槽中的酸性将增大，因此电解液应为弱酸性，即硫酸溶液的浓度应<0.1mol/L为宜。