高瑞廣　趙曉燕　李桂平　李雨

摘? ?要：主要研究利用電滲析離子膜法分離氨基乙酸與氯化銨，確定了最佳的電導(dǎo)率及分離工藝參數(shù)，優(yōu)化了氨基乙酸和氯化銨結(jié)晶析出的條件，得到了優(yōu)質(zhì)的氨基乙酸及氯化銨產(chǎn)品;并對產(chǎn)生的母液循環(huán)回收利用，可實(shí)現(xiàn)無廢水、清潔生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：電滲析;離子膜;氨基乙酸;氯化銨

我國氨基乙酸（甘氨酸）行業(yè)采用氯乙酸氨解法，以烏洛托品為催化劑反應(yīng)生產(chǎn)甘氨酸及副產(chǎn)物氯化銨，甘氨酸和氯化銨的混合液用甲醇醇析萃取，得到工業(yè)品甘氨酸，萃取劑甲醇經(jīng)過精餾回收循環(huán)使用，精餾殘液再經(jīng)雙效蒸發(fā)回收氯化銨副產(chǎn)物。

醇析萃取分離甘氨酸與氯化銨，使用大量甲醇溶劑，甲醇是易燃易爆的有毒危險(xiǎn)化學(xué)品。再加上消耗大量蒸汽回收甲醇與氯化銨，催化劑烏洛托品的存在，影響氯化銨品質(zhì)。另外醇析萃取產(chǎn)生的殘液廢水處理量大，環(huán)境污染嚴(yán)重，浪費(fèi)資源。

針對上述問題，本文研究了一種新型的分離方法—電滲析離子膜法。將甘氨酸和氯化銨反應(yīng)液冷卻結(jié)晶，母液中的烏洛托品回收使用，甘氨酸和氯化銨的結(jié)晶混合液通過電解與特殊的膜結(jié)合，將甘氨酸與氯化銨分離開來，經(jīng)過蒸發(fā)結(jié)晶，母液則循環(huán)利用[1]。得到的產(chǎn)品純度高，氯化銨產(chǎn)品外觀好，基本不產(chǎn)生廢水，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益及環(huán)境效益，應(yīng)用前景良好。

1? ? 實(shí)驗(yàn)

1.1? 原料與試劑

甘氨酸反應(yīng)液，生產(chǎn)車間提供。稀鹽酸、稀氨水、硫酸鈉溶液等，實(shí)驗(yàn)室提供。

1.2? 儀器與設(shè)備

電滲析器（離子膜選用進(jìn)口均相膜）為杭州藍(lán)然環(huán)保有限公司提供。

1.3? 工藝方法

取適量甘氨酸反應(yīng)液（甘氨酸、氯化銨及烏洛托品）經(jīng)過冷卻降溫，使甘氨酸和氯化銨共同結(jié)晶析出，實(shí)現(xiàn)催化劑烏洛托品和甘氨酸、氯化銨的分離，分離出的母液循環(huán)回反應(yīng)使用。甘氨酸與氯化銨的混合結(jié)晶體，用水配制一定濃度的混合溶液，經(jīng)離子膜電滲析裝置對其進(jìn)行分離，分離液分別經(jīng)減壓蒸發(fā)、降溫結(jié)晶得到甘氨酸和氯化銨固體[2]。

1.4? 工藝流程

工藝流程如圖1所示。

2? ? 結(jié)果與討論

2.1? 不同進(jìn)料質(zhì)量分?jǐn)?shù)對甘氨酸和氯化銨分離的影響

配制不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的甘氨酸和氯化銨的混合溶液進(jìn)行試驗(yàn)，電滲析淡室和濃室的循環(huán)流量選擇50 L/h，極室（2%硫酸鈉）流量為20 L/h，調(diào)節(jié)電流為2.2 A，啟動(dòng)電滲析循環(huán)泵，控制循環(huán)流量，保持壓力平衡，待流量穩(wěn)定后，打開電源開關(guān)，調(diào)節(jié)電壓使其穩(wěn)定在15 V，開啟整流器。記錄電流變化，測定濃室、淡室電導(dǎo)率、pH、溫度。當(dāng)?shù)译妼?dǎo)率降至8 000 μS/cm左右時(shí)，關(guān)閉整流器，在切斷電源后緩慢關(guān)閉流量計(jì)與循環(huán)泵，將各儲(chǔ)液槽溶液放出，清洗反應(yīng)器[3]。

由表1可以看出，隨著進(jìn)樣質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，甘氨酸的回收率降低，這主要是由于隨著分離的進(jìn)行，后期濃室、淡室的濃度差較大，滲透壓增大，甘氨酸擴(kuò)散導(dǎo)致回收率降低。較高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的甘氨酸和氯化銨混合液無法一步分離，需要進(jìn)行分步處理，且易出現(xiàn)堵膜現(xiàn)象[4]。

2.2? 溶液pH對甘氨酸和氯化銨分離的影響

溶液pH在甘氨酸和氯化銨的電滲析分離過程中起著重要的作用，由于甘氨酸在水溶液中的電離程度與溶液的pH息息相關(guān)，甘氨酸的收率是電滲析分離需要重點(diǎn)考慮的指標(biāo)，因此，研究分析了電滲析過程中調(diào)節(jié)溶液pH對濃室、淡室溶液pH的影響。

由圖2～3可以看出，在未調(diào)節(jié)溶液pH的情況下，隨著實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，淡室pH緩慢上升，且上升趨勢逐漸增大，而濃室的pH則呈現(xiàn)下降趨勢。當(dāng)始終控制淡室的pH=5.97時(shí)，濃室的pH也是呈現(xiàn)下降趨勢，不同的是下降趨勢趨于平緩。這是由于電滲析過程中，H+的絕對遷移度比較大，隨著實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，淡室的pH不斷上升，而濃室的pH不斷下降，淡室的電解質(zhì)離子濃度不斷降低，H2O的電離會(huì)越來越明顯，pH的變化趨勢也會(huì)越來越明顯。

從圖4明顯看出，在電滲析過程中調(diào)節(jié)淡室溶液pH=5.97，甘氨酸的收率比未調(diào)節(jié)淡室溶液pH時(shí)的甘氨酸收率高近10%。原因分析是當(dāng)pH大于5.97時(shí)，[G1y-]大于等電點(diǎn)時(shí)的[G1y-]，而[Gly+]則比等電點(diǎn)時(shí)的[Gly+]更小，則淡室迀出的[G1y-]量增大。

2.3? 甘氨酸和氯化銨結(jié)晶

分別對電滲析離子膜法分離出來的甘氨酸溶液和氯化銨溶液進(jìn)行減壓蒸餾，降溫結(jié)晶析出甘氨酸晶體和氯化銨晶體，進(jìn)行抽濾、水洗、烘干。蒸餾冷凝液回用到配比水或甘氨酸反應(yīng)中，實(shí)現(xiàn)水的循環(huán)利用。甘氨酸平均收率96%;氯化銨平均收率達(dá)到98%，相比雙效蒸發(fā)回收氯化銨75%的收率有明顯提升，氯化銨回收質(zhì)量、外觀品質(zhì)良好（見表2）。

3? ? 結(jié)語

采用降溫法將甘氨酸反應(yīng)液中的催化劑烏洛托品分離出來，母液循環(huán)利用，節(jié)約了催化劑的使用量，操作簡單易行。甘氨酸和氯化銨的分離采用電滲析離子膜法，提高了回收氯化銨的品質(zhì)，解決了傳統(tǒng)工藝中產(chǎn)生大量廢水的問題，減壓蒸餾出的冷凝水則可循環(huán)使用。與傳統(tǒng)的甲醇醇析萃取工藝相比，此種方法避免了有毒有害物質(zhì)甲醇的使用，減少了環(huán)境污染，降低了能源消耗，得到品質(zhì)好的甘氨酸和氯化銨產(chǎn)品。

[參考文獻(xiàn)]

[1]曾著飛，王秀茹.氨基乙酸與氯化銨分離方法研究進(jìn)展[J].精細(xì)與專用化學(xué)品，2016，24（12）：23-25.

[2]周? ?青.基于去離子技術(shù)的甘氨酸與氯化銨分離工藝研究[D].杭州：浙江理工大學(xué)，2013.

[3]王向龍，龔文照.甘氨酸制備和提純工藝技術(shù)及研究進(jìn)展[J].山西化工，2017，167（1）：17-19.

[4]張經(jīng)緯，謝柏明.一種甘氨酸的清潔生產(chǎn)工藝：中國，102838497B[P].2015-04-22.