[发明专利]耦合双极膜电渗析和膜蒸馏制备甲基三乙基氢氧化铵的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种耦合双极膜电渗析和膜蒸馏制备甲基三乙基氢氧化铵的方法。

背景技术

甲基三乙基氢氧化铵在精细化工、微刻显影等领域具有广泛的用途，但甲基三乙基氢氧化铵的生产受到其生产工艺的限制，难以满足市场的需求。甲基三乙基氢氧化铵的传统生产方法有电解法，离子交换树脂法，氧化银法，电膜反应器法等，但这些方法均存在难以克服的缺陷：电解法能耗较高，并且其过程有副产物Cl₂产生；离子交换树脂法转化率不高，同时伴随着大量废液排放，容易对环境造成危害；氧化银法生产成本较为昂贵，无法进行大规模工业化生产；电膜反应器法可制备出高纯度的甲基三乙基氢氧化铵，但其生产过程能耗较高，难以在节能降耗的国策下长远立足。因此，甲基三乙基氢氧化铵生产企业亟需研发一种新型的低能耗的且环境友好的生产路线去制备高纯度的甲基三乙基氢氧化铵。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种耦合双极膜电渗析和膜蒸馏制备甲基三乙基氢氧化铵的方法，本发明利用双极膜电渗析技术能够在不引入新组分的情况下将水溶液中的盐转化为对应的酸和碱的优势，以及膜蒸馏分离效率高、操作条件温和、对膜和料液间相互作用及膜的机械性能要求不高等优点以克服双极膜电渗析在生产高浓度酸碱的缺陷，从而实现甲基三乙基氢氧化铵高品质、低成本，高浓度的生产。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是耦合双极膜电渗析和膜蒸馏制备甲基三乙基氢氧化铵的方法，采用双极膜电渗析装置和膜蒸馏组件进行制备，所述双极膜电渗析装置包括：分别位于两侧的阴极室和阳极室，以及所述阴极室和阳极室之间的电渗析隔室，所述电渗析隔室由若干组串联排列的膜单元构成，所述膜单元由依次间隔排列的第一双极膜BM1、第一阳离子交换膜CM1、阴离子交换膜AM1、第二阳离子交换膜CM2、第二双极膜BM2组成，相邻膜之间依次构成缓冲液室、酸液室、料液室、碱液室；具体步骤为：首先，将质量分数为5～10％的甲基三乙基铵盐水溶液加入所述料液室，所述酸液室与碱液室中分别架入纯水，所述阴极室、阳极室、缓冲液室中分别通入硫酸溶液；然后给所述双极膜电渗析装置施加直流电场，在电场力作用下进行双极膜电渗析处理；随后，所述碱液室得到低浓度的甲基三乙基氢氧化铵溶液，将其收集送入储液罐C作为膜蒸馏的待浓缩液；最后，将储液罐C中的待浓缩液加热至30～70℃，待温度恒定后，送入膜蒸馏组件的原料侧进行膜蒸馏，经不断浓缩循环至质量分数为15％-20％时完成膜蒸馏过程，得到浓缩后的甲基三乙基氢氧化铵溶液。所述膜单元为1-500组，这1-500组膜单元串联排列。所述碱液室中制备得到的甲基三乙基氢氧化铵质量分数为3％～9％、溶液中的杂质离子浓度低于60ppm，然后通过膜蒸馏组件进行蒸馏浓缩。

于本发明一实施例中，所述甲基三乙基铵盐水溶液由储液罐A中通入所述料液室，所述缓冲室得到氢卤酸，所述氢卤酸回收至储液罐B并用于甲基三乙基铵盐的制备，浓缩后的甲基三乙基氢氧化铵溶液收集至储液罐D。

于本发明一实施例中，所述甲基三乙基铵盐包括但不限于甲基三乙基氯化铵，甲基三乙基溴化铵。

于本发明一实施例中，所述膜蒸馏组件为平板式膜组件或中空纤维式膜组件。

于本发明一实施例中，所述的膜蒸馏组件为疏水性微孔膜、聚偏氟乙烯疏水性膜、聚丙烯疏水性膜、经疏水性改性后的疏水性膜中的一种或几种。经疏水性改性后的中空纤维疏水性膜组件。

于本发明一实施例中，所述膜蒸馏过程为直接接触式膜蒸馏、真空式膜蒸馏或气隙式膜蒸馏。

直接接触式膜蒸馏时，其过程为：(1)将甲基三乙基氢氧化铵溶液加热至30～70℃；(2)待溶液温度稳定后，甲基三乙基氢氧化铵溶液通入膜蒸馏组件的原料侧进行膜蒸馏，在直接接触式膜蒸馏组件的冷却侧为冷却液，且温度保持在0～30℃范围内。经反复浓缩循环，料液浓缩至质量分数为15～20％时，即完成膜蒸馏过程，收集浓缩液至储液罐D。其中所述冷却液为水。

真空式膜蒸馏过程时，其过程为：(1)将甲基三乙基氢氧化铵溶液加热至30～70℃；(2)待溶液温度稳定后，甲基三乙基氢氧化铵溶液通入的膜蒸馏组件的原料侧进行膜蒸馏。在膜组件的冷却侧抽真空至真空度为0.2～2.5kPa。经反复浓缩循环，料液浓缩至质量分数为15～20％时，即完成膜蒸馏过程，收集浓缩液至储液罐D。