[发明专利]一种连续电解制备高纯四丁基氢氧化铵的方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种连续电解制备高纯四丁基氢氧化铵的方法，特别涉及一种采用三隔室双极膜电渗析装置连续制备高纯四丁基氢氧化铵的方法，属于有机化学领域。

背景技术

四丁基氢氧化铵（TBAOH）是一种有机季铵强碱。四丁基氢氧化铵常用作有机合成试剂、表面活性剂、相转移催化剂、电子工业的清洗试剂、极谱分析试剂。其中高纯四丁基氢氧化铵主要是用于芯片的清洗和腐蚀，它的纯度和洁净度对集成电路的成品率、电性能及可靠性都有着十分重要的影响。高纯四丁基氢氧化铵由于其具有独特的效果，将替代四甲基氢氧化钱和四乙基氢氧化按，而作为第三代微电子化学品将用于未来更先进的18纳米芯片上。因此，研究制备高纯四丁基氢氧化铵的方法对促进微电子行业的发展有举足轻重的作用。

四丁基氢氧化铵的制备方法主要有氧化银法、氢氧化钾法、电解法、离子交换法、有机酸四丁基铵盐电流分解法、离子膜法等。专利CN102030665公开了一种采用化学法制备四丁基氢氧化按的工艺。该法所制备的四丁基氢氧化铵纯度不高，存在大量阴离子（以溴离子为主存在），难以达到微电子工业的要求。采用阴离子交换法可以制备纯度较高的四丁基氢氧化铵，但交换度一般最多到90%。华东理工大学杨娇提出了采用三室两膜电解槽制备高纯四丁基氢氧化铵的方法，该法难以实现高纯四丁基氢氧化铵的连续制备。

发明内容

本发明目的在于提供一种连续电解制备高纯的四丁基氢氧化铵的方法，有效克服现有四丁基氢氧化铵制备工艺所得产品中溴离子浓度偏高的缺点，同时克服间歇电解四丁基氢氧化铵提纯工艺不能连续化、小批量生产的缺点，实现高纯四丁基氢氧化铵连续大批量生产。

本发明所述一种连续电解制备高纯的四丁基氢氧化铵的方法，采用的技术方案如下：

    本发明采用一种三隔室双极膜电渗析装置（见附图1），以四丁基溴化铵为原料，连续电解制备溴离子浓度小于100 ppm的高纯四丁基氢氧化铵，具体操作如下：

（1）用1个双极膜、1个阳离子交换膜以及1个阴离子交换膜组成三隔室型双极膜电渗析装置；所述的三隔室由两个极液室与一个中间电渗析隔室组成；所述的中间室由酸室、碱室以及盐室组成；所述三隔室型双极膜电渗析装置依次分成极液室1，酸室2，盐室3，碱室4，极液室5；极液室1与酸室2之间夹有双极膜6；酸室2与盐室3之间夹有阴离子膜7；盐室3与碱室4之间夹有阳离子膜8；碱室4与极液室5之间夹有双极膜9；在极液室1中插入阳极板10，极液室5中插入阴极板11。

（2）原料循环罐13中质量浓度为15%~35%（未经说明均为质量浓度，下同）四丁基溴化铵（TBABr）水溶液，经泵14打入盐室3，控制原料流速；TBABr水解生产阳离子TBA^＋及阴离子Br^－；打开电源12，控制电流密度，在渗透作用与电场作用下，阳离子TBA^＋经过阳离子膜8进入碱室4，阴离子Br^－经过阴离子膜进入酸室2；未渗透的TBABr经循环泵28，与TBABr水溶液21混合，进入原料循环罐13再次使用。

（3）超纯水（H₂O）17经泵18打入碱室4中，H₂O电解生成阳离子H^＋及阴离子OH^－；阳离子H^＋在电场作用下经双极膜9进入极液室5；阴离子OH^－保留于碱室4中，与从盐室3进入碱室4的TBA^＋形成TBAOH；经泵24从出料口25出料。

（4）超纯水15经泵16打入酸室2中，水电解生成阳离子H^＋及阴离子OH^－；阴离子OH^－在电场作用下经双极膜6进入极液室1；阳离子H^＋保留于酸室2中，与从盐室3进入酸室2的Br^－形成HBr；经泵22从出料口23输出。

（5）极液室1中的极液经循环泵19循环使用；从酸室2进入极液室1的阴离子OH^－与Br^－,在一定温度下，与阳极板作用，失去电子形成O₂和Br₂，经鼓风机26带入大量空气，将所生成的O₂和渗透过来的微量Br₂从排气口27排出，经碱液吸收。