盐析-萃取工艺分离2－甲基咪唑母液的研究

张 译，丁一刚，杨昌炎，乐武阳，吴祯祯

（武汉工程大学 化工与制药学院 湖北省新型反应器与绿色化学工艺重点实验室绿色化工过程省部共建教育部重点实验室，湖北 武汉 430073）

工程师园地

盐析-萃取工艺分离2－甲基咪唑母液的研究

张 译，丁一刚，杨昌炎，乐武阳，吴祯祯

（武汉工程大学 化工与制药学院 湖北省新型反应器与绿色化学工艺重点实验室绿色化工过程省部共建教育部重点实验室，湖北 武汉 430073）

研究了2－甲基咪唑母液的盐析-萃取法分离工艺。考察了NaOH、NaCl的浓度、萃取温度3个因素对2－甲基咪唑萃取率的影响，通过单因素实验和正交实验确定最佳分离条件为：NaOH浓度为2.5mol·L-1（NaOH的摩尔数：母液浓缩后体积，下同），NaCl浓度为2.6mol·L-1，萃取温度为70℃，此时，萃取率为83.74%。盐析-萃取法分离2－甲基咪唑母液具有工艺简单、回收率高、成本低等特点，是适用于工业化生产的一种能有效分离2－甲基咪唑母液的方法。

盐析-萃取；2－甲基咪唑；正交实验

Abstract:The technology of the separation of 2-methylimidazole from 2-methylimidazole mother liquor by salting-out extraction was investigated.The effects of NaOH and NaCl concentration,the temperature on the extraction rate of 2-methylimidazole were studied．Through single factor experiment and orthogonal experiment,the optimum separation conditions were determined as follows:the NaOH concentration was 2.5mol·L-1（the mol of NaOH:the volume of concentrated mother liquor）,the NaCl concentration was 2.6mol·L-1and the extraction temperature was 70℃ ．Under above conditions,the rate of extraction was 83.74% ．The salting-out extraction can separate 2-methylimidazole from 2-methylimidazole mother liquor in higher extraction rate with simple process and less cost．It is a effectiveway to separate 2-methylimidazolemother liquor in industrialized production．

Key words:salting-out extraction;2-methylimidazole;orthogonal test

2－甲基咪唑是一种重要的精细化工产品，用于生产甲硝唑、二甲硝咪唑等药物中间体，也可用作环氧树脂等固化剂，纤维织品染料的辅助剂。另外，在制备泡沫塑料中也可用作添加剂。现在工业上一般用结晶的方法对2－甲基咪唑母液进行分离，经过两次结晶后产品能达到技术指标要求，但经两次结晶后的母液仍含有大量2－甲基咪唑，如再进行第三次结晶，产品纯度低、色度深、收率低，很难达到其技术指标要求。本文采用盐析-萃取[1，2]的方法对2－甲基咪唑母液进行分离，并对影响2－甲基咪唑母液分离的诸多因素进行考察，经筛选得到了最佳的盐析－萃取分离工艺。

1 实验部分

1.1 主要试剂、原料及仪器

苯、NaOH、NaCl、AgNO3、NH3·H2O、浓 HNO3、硫酸铁（Ш）铵、NH4SCN均为分析纯。

实验原料为湖北某企业提供的含19%～20%（质量比）2－甲基咪唑母液，该母液是由乙二醛、乙醛和氨水经环合反应后得到。

集热式恒温加热磁力搅拌器；电动机；循环水式真空泵；分析天平；电热鼓风干燥箱；真空干燥箱。

1.2 流程及方法

1.2.1 实验流程 本实验采用盐析-萃取工艺分离2－甲基咪唑母液，其原理是利用盐析效应使过饱和的2－甲基咪唑从母液中析出，析出的2－甲基咪唑晶体不纯物用苯进行萃取。

向含量为19%～20%的2－甲基咪唑母液中加入盐析剂，盐析剂由NaOH和NaCl组成，于室温、搅拌的条件下盐析15min，抽滤，滤渣用一定量的苯萃取，得到苯层，对苯层进行减压蒸馏蒸，蒸出的苯循环再利用，蒸出苯后的晶体于真空干燥3h后，得2－甲基咪唑产品。其工艺简图见图1。

图1 盐析—萃取工艺的工艺简图Fig.1 Technologic chatof salting-outextraction

1.2.2 分析方法 2－甲基咪唑含量采用Q/LH.J0202－95企业标准进行分析，该分析方法采用硫氰酸铵标准溶液反滴与2－甲基咪唑未反应完的Ag+，以硫酸铁（Ш）铵溶液为指示剂。

2 结果与讨论

2.1 NaOH的浓度对萃取率的影响

取相比（O/W，苯的体积与2－甲基咪唑母液浓缩前的体积之比，下同）2∶1；萃取温度70℃；萃取时间 30min；NaCl的浓度 2.91mol·L-1，考察 NaOH 的浓度对萃取率的影响，结果见图2。

图2 NaOH的浓度对萃取率的影响Fig.2 Effectof NaOH concentration on extraction rate

由图2可知，当NaOH浓度小于2.5mol·L-1时，萃取率随着NaOH的浓度的增大而上升。而NaOH的浓度达到2.5mol·L-1时，萃取率已达到80%以上。再加入NaOH，萃取率上升已不明显。NaOH的加入量过大时，溶液中的NaOH已达到饱和，起盐析作用的是溶解于母液的NaOH，而溶解于母液的NaOH的量不再增加，故当NaOH的加入量达到一定量时，再加入NaOH，萃取率上升已不明显。

2.2 NaCl的浓度对萃取率的影响

萃取相比2∶1；萃取温度70℃；萃取时间30min；NaOH 浓度 2.49mol·L-1，考察 NaCl的浓度对萃取率的影响，结果见图3。

图3 NaCl的浓度对萃取率的影响Fig.3 Effectof NaCl concentration on extraction rate

由图3可知，萃取率随着NaCl浓度的增大而上升。当NaCl浓度达到2mol·L-1时，萃取率已达到80%以上。再加大NaCl的浓度，萃取率上升已不明显。NaCl的加入量过大时，溶液中的NaCl已达到饱和，起盐析作用的是溶解于母液的NaCl，而溶解于母液的NaCl的量不再增加，故当NaCl的加入量达到一定量时，再加入NaCl，萃取率上升已不明显。

2.3 萃取温度对萃取率的影响

萃取相比 2∶1；萃取时间30min；盐析剂2.00mol·L-1NaCl，2.50mol·L-1NaOH，考察萃取温度对萃取率的影响，结果见图4。

图4 萃取温度对萃取率的影响Fig.4 Effectof extraction temperature on extraction rate

由图4可知，萃取率随着萃取温度的升高而上升。当温度上升到70℃时，萃取率超过了80%，苯开始沸腾。继续提高温度，萃取剂会有所损失。实验选择萃取温度为55～70℃。

2.4 正交实验及方差分析

在单因素实验的基础上，以NaOH浓度、NaCl浓度、萃取温度为影响因素，以萃取率为考察指标进行L9（33）正交实验，其因素水平见表1，实验数据见表2，对实验数据进行方差分析的结果见表3。

表1 因素水平表Tab.1 Factors and levels

表2 实验数据Tab.2 Date of experiment

表3 方差分析表Tab.3 Analysis of variance

由表3可以看出，在显著水平a=0.1下，NaOH浓度，NaCl浓度影响显著，萃取温度影响较弱。各因素对萃取率的影响主次顺序为：NaCl浓度＞NaOH浓度＞萃取温度。综合单因素实验和正交实验结果的方差分析，最佳的工艺条件为A3B3C3，即NaOH浓度为 2.5mol·L-1，NaCl浓度为 2.6mol·L-1，萃取温度为70℃。补做该条件下的实验，萃取率为83.20%，比表2中所有条件下的萃取率都高。

重复实验：在最佳的工艺条件下，即NaOH浓度为 2.5mol·L-1，NaCl浓度为 2.6mol·L-1，萃取温度为70℃，重复进行3次实验，萃取率分别为83.20%、83.92%和84.10%，产品平均萃取率达到83.74%。

3 结论

（1）盐析-萃取工艺分离2－甲基咪唑母液的最佳工艺条件为：NaOH 浓度为 2.5mol·L-1，NaCl浓度为2.6mol·L-1，萃取温度为70℃，该工艺条件下萃取率达到83.74%。

（2）盐析-萃取工艺分离2－甲基咪唑母液，具有回收率高、成本低廉，是适用于工业化生产的一种能有效分离2－甲基咪唑母液的方法。

（3）盐析-萃取法实验重现性好，是一种理想的分离2－甲基咪唑母液的方法。

［1］管国锋，徐晨，姚虎卿.络合萃取法分离多元羧酸盐析效应的研究［J］.化工环保，2004，24（4）：240-243．

［2］YAOZhong，LIJia-huang，WEIPing,et al.Salteffectin organic solvent extraction of pyruvic acid［J］.J.Chem.Eng.of Chinese Univ.，2001，15（6）：587-590.

Study of separation of 2-methylim idazole from 2-methylim idazolemother liquor by salting-out extraction

ZHANG Yi,DING Yi-gang,YANG Chang-yan,YUEWu-yang，WU Zhen-zhen
（School of Chemical Engineering＆ Pharmacy，Hubei Key Lab.of Novel Reactor&Green Chemical Technology，Key Lab.for Green Chemical Process of Ministry of Education，Wuhan Institute of Technology，Wuhan 430073,China）

TQ460.4

A

1002-1124（2011）02-0065-03

2010-12-03

张 译（1985-），男，湖北仙桃人，在读硕士研究生，师从丁一刚教授，研究方向：化工分离技术。

导师简介：丁一刚，博士，现为武汉工程大学化学工程学科创新团队责任教授，武汉工程大学化工与制药学院副院长，曾主持过国家自然科学基金项目、国家高技术研究发展计划(863计划)项目、国家“十一五”科技支撑计划项目等，现从事超临界流体技术，湿法磷酸净化技术、热压敏材料合成，以及纳米钛酸锶合成等方面的研究工作。