电渗析离子膜法分离氨基乙酸与氯化铵工艺研究

高瑞广　赵晓燕　李桂平　李雨

摘   要：主要研究利用电渗析离子膜法分离氨基乙酸与氯化铵，确定了最佳的电导率及分离工艺参数，优化了氨基乙酸和氯化铵结晶析出的条件，得到了优质的氨基乙酸及氯化铵产品;并对产生的母液循环回收利用，可实现无废水、清洁生产。

关键词：电渗析;离子膜;氨基乙酸;氯化铵

我国氨基乙酸（甘氨酸）行业采用氯乙酸氨解法，以乌洛托品为催化剂反应生产甘氨酸及副产物氯化铵，甘氨酸和氯化铵的混合液用甲醇醇析萃取，得到工业品甘氨酸，萃取剂甲醇经过精馏回收循环使用，精馏残液再经双效蒸发回收氯化铵副产物。

醇析萃取分离甘氨酸与氯化铵，使用大量甲醇溶剂，甲醇是易燃易爆的有毒危险化学品。再加上消耗大量蒸汽回收甲醇与氯化铵，催化剂乌洛托品的存在，影响氯化铵品质。另外醇析萃取产生的残液废水处理量大，环境污染严重，浪费资源。

针对上述问题，本文研究了一种新型的分离方法—电渗析离子膜法。将甘氨酸和氯化铵反应液冷却结晶，母液中的乌洛托品回收使用，甘氨酸和氯化铵的结晶混合液通过电解与特殊的膜结合，将甘氨酸与氯化铵分离开来，经过蒸发结晶，母液则循环利用[1]。得到的产品纯度高，氯化铵产品外观好，基本不产生废水，具有良好的经济效益、社会效益及环境效益，应用前景良好。

1    实验

1.1  原料与试剂

甘氨酸反应液，生产车间提供。稀盐酸、稀氨水、硫酸钠溶液等，实验室提供。

1.2  仪器与设备

电渗析器（离子膜选用进口均相膜）为杭州蓝然环保有限公司提供。

1.3  工艺方法

取适量甘氨酸反应液（甘氨酸、氯化铵及乌洛托品）经过冷却降温，使甘氨酸和氯化铵共同结晶析出，实现催化剂乌洛托品和甘氨酸、氯化铵的分离，分离出的母液循环回反应使用。甘氨酸与氯化铵的混合结晶体，用水配制一定浓度的混合溶液，经离子膜电渗析装置对其进行分离，分离液分别经减压蒸发、降温结晶得到甘氨酸和氯化铵固体[2]。

1.4  工艺流程

工艺流程如图1所示。

2    结果与讨论

2.1  不同进料质量分数对甘氨酸和氯化铵分离的影响

配制不同质量分数的甘氨酸和氯化铵的混合溶液进行试验，电渗析淡室和浓室的循环流量选择50 L/h，极室（2%硫酸钠）流量为20 L/h，调节电流为2.2 A，启动电渗析循环泵，控制循环流量，保持压力平衡，待流量稳定后，打开电源开关，调节电压使其稳定在15 V，開启整流器。记录电流变化，测定浓室、淡室电导率、pH、温度。当淡室电导率降至8 000 μS/cm左右时，关闭整流器，在切断电源后缓慢关闭流量计与循环泵，将各储液槽溶液放出，清洗反应器[3]。

由表1可以看出，随着进样质量分数增加，甘氨酸的回收率降低，这主要是由于随着分离的进行，后期浓室、淡室的浓度差较大，渗透压增大，甘氨酸扩散导致回收率降低。较高质量分数的甘氨酸和氯化铵混合液无法一步分离，需要进行分步处理，且易出现堵膜现象[4]。

2.2  溶液pH对甘氨酸和氯化铵分离的影响

溶液pH在甘氨酸和氯化铵的电渗析分离过程中起着重要的作用，由于甘氨酸在水溶液中的电离程度与溶液的pH息息相关，甘氨酸的收率是电渗析分离需要重点考虑的指标，因此，研究分析了电渗析过程中调节溶液pH对浓室、淡室溶液pH的影响。

由图2～3可以看出，在未调节溶液pH的情况下，随着实验的进行，淡室pH缓慢上升，且上升趋势逐渐增大，而浓室的pH则呈现下降趋势。当始终控制淡室的pH=5.97时，浓室的pH也是呈现下降趋势，不同的是下降趋势趋于平缓。这是由于电渗析过程中，H+的绝对迁移度比较大，随着实验的进行，淡室的pH不断上升，而浓室的pH不断下降，淡室的电解质离子浓度不断降低，H2O的电离会越来越明显，pH的变化趋势也会越来越明显。

从图4明显看出，在电渗析过程中调节淡室溶液pH=5.97，甘氨酸的收率比未调节淡室溶液pH时的甘氨酸收率高近10%。原因分析是当pH大于5.97时，[G1y-]大于等电点时的[G1y-]，而[Gly+]则比等电点时的[Gly+]更小，则淡室迀出的[G1y-]量增大。

2.3  甘氨酸和氯化铵结晶

分别对电渗析离子膜法分离出来的甘氨酸溶液和氯化铵溶液进行减压蒸馏，降温结晶析出甘氨酸晶体和氯化铵晶体，进行抽滤、水洗、烘干。蒸馏冷凝液回用到配比水或甘氨酸反应中，实现水的循环利用。甘氨酸平均收率96%;氯化铵平均收率达到98%，相比双效蒸发回收氯化铵75%的收率有明显提升，氯化铵回收质量、外观品质良好（见表2）。

3    结语

采用降温法将甘氨酸反应液中的催化剂乌洛托品分离出来，母液循环利用，节约了催化剂的使用量，操作简单易行。甘氨酸和氯化铵的分离采用电渗析离子膜法，提高了回收氯化铵的品质，解决了传统工艺中产生大量废水的问题，减压蒸馏出的冷凝水则可循环使用。与传统的甲醇醇析萃取工艺相比，此种方法避免了有毒有害物质甲醇的使用，减少了环境污染，降低了能源消耗，得到品质好的甘氨酸和氯化铵产品。

[参考文献]

[1]曾著飞，王秀茹.氨基乙酸与氯化铵分离方法研究进展[J].精细与专用化学品，2016，24（12）：23-25.

[2]周   青.基于去离子技术的甘氨酸与氯化铵分离工艺研究[D].杭州：浙江理工大学，2013.

[3]王向龙，龚文照.甘氨酸制备和提纯工艺技术及研究进展[J].山西化工，2017，167（1）：17-19.

[4]张经纬，谢柏明.一种甘氨酸的清洁生产工艺：中国，102838497B[P].2015-04-22.