電滲析離子膜法分離氨基乙酸與氯化銨工藝研究

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，確定了最佳的電導率及分離工藝參數，優化了氨基乙酸和氯化銨結晶析出的條件，得到了優質的氨基乙酸及氯化銨產品;并對產生的母液循環回收利用，可實現無廢水、清潔生產。

關鍵詞：電滲析;離子膜;氨基乙酸;氯化銨

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

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化學品。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。另外醇析萃取產生的殘液廢水處理量大，環境污染嚴重，浪費資源。

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液冷卻結晶，母液中的烏洛托品回收使用，甘氨酸和氯化銨的結晶混合液通過電解與特殊的膜結合，將甘氨酸與氯化銨分離開來，經過蒸發結晶，母液則循環利用[1]。得到的產品純度高，氯化銨產品外觀好，基本不產生廢水，具有良好的經濟效益、社會效益及環境效益，應用前景良好。

1? ? 實驗

1.1? 原料與試劑

甘氨酸反應液，生產車間提供。稀鹽酸、稀氨水、硫酸鈉溶液等，實驗室提供。

1.2? 儀器與設備

電滲析器（離子膜選用進口均相膜）為杭州藍然環保有限公司提供。

1.3? 工藝方法

取適量甘氨酸反應液（甘氨酸、氯化銨及烏洛托品）經過冷卻降溫，使甘氨酸和氯化銨共同結晶析出，實現催化劑烏洛托品和甘氨酸、氯化銨的分離，分離出的母液循環回反應使用。甘氨酸與氯化銨的混合結晶體，用水配制一定濃度的混合溶液，經離子膜電滲析裝置對其進行分離，分離液分別經減壓蒸發、降溫結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? ? 結果與討論

2.1? 不同進料質量分數對甘氨酸和氯化銨分離的影響

配制不同質量分數的甘氨酸和氯化銨的混合溶液進行試驗，電滲析淡室和濃室的循環流量選擇50 L/h，極室（2%硫酸鈉）流量為20 L/h，調節電流為2.2 A，啟動電滲析循環泵，控制循環流量，保持壓力平衡，待流量穩定后，打開電源開關，調節電壓使其穩定在15 V，開啟整流器。記錄電流變化，測定濃室、淡室電導率、pH、溫度。當淡室電導率降至8 000 μS/cm左右時，關閉整流器，在切斷電源后緩慢關閉流量計與循環泵，將各儲液槽溶液放出，清洗反應器[3]。

由表1可以看出，隨著進樣質量分數增加，甘氨酸的回收率降低，這主要是由于隨著分離的進行，后期濃室、淡室的濃度差較大，滲透壓增大，甘氨酸擴散導致回收率降低。較高質量分數的甘氨酸和氯化銨混合液無法一步分離，需要進行分步處理，且易出現堵膜現象[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，甘氨酸的收率是電滲析分離需要重點考慮的指標，因此，研究分析了電滲析過程中調節溶液pH對濃室、淡室溶液pH的影響。

由圖2～3可以看出，在未調節溶液pH的情況下，隨著實驗的進行，淡室pH緩慢上升，且上升趨勢逐漸增大，而濃室的pH則呈現下降趨勢。當始終控制淡室的pH=5.97時，濃室的pH也是呈現下降趨勢，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，隨著實驗的進行，淡室的pH不斷上升，而濃室的pH不斷下降，淡室的電解質離子濃度不斷降低，H2O的電離會越來越明顯，pH的變化趨勢也會越來越明顯。

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

2.3? 甘氨酸和氯化銨結晶

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行減壓蒸餾，降溫結晶析出甘氨酸晶體和氯化銨晶體，進行抽濾、水洗、烘干。蒸餾冷凝液回用到配比水或甘氨酸反應中，實現水的循環利用。甘氨酸平均收率96%;氯化銨平均收率達到98%，相比雙效蒸發回收氯化銨75%的收率有明顯提升，氯化銨回收質量、外觀品質良好（見表2）。

3? ? 結語

采用降溫法將甘氨酸反應液中的催化劑烏洛托品分離出來，母液循環利用，節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，解決了傳統工藝中產生大量廢水的問題，減壓蒸餾出的冷凝水則可循環使用。與傳統的甲醇醇析萃取工藝相比，此種方法避免了有毒有害物質甲醇的使用，減少了環境污染，降低了能源消耗，得到品質好的甘氨酸和氯化銨產品。

[參考文獻]

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

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

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

[4]張經緯，謝柏明.一種甘氨酸的清潔生產工藝：中國，102838497B[P].2015-04-22.