CN101249385B - 一种用电渗析脱盐提纯两性表面活性剂的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用电渗析脱盐提纯两性表面活性剂的方法，属于膜分离技术领域。本发明利用两性表面活性剂处于等电点范围时不向两极移动的特性，经电渗析处理后，无机盐小分子进入浓室，两性表面活性剂分子留在淡室，从而将无机盐分离脱除并使两性表面活性剂得以纯化。所适用的两性表面活性剂具有氨基酸或甜菜碱结构或具有咪唑啉型结构。本发明可有效脱除两性表面活性剂中的无机盐，而且分离过程无相变，无污染，成本低，能耗低，一定程度上解决了两性表面活性剂因无机盐提纯困难而限制其发展的问题，并为两性表面活性剂在生产中无机盐的分离提供了经济有效的途径。

Description

一种用电渗析脱盐提纯两性表面活性剂的方法
技术领域
一种用电渗析脱盐提纯两性表面活性剂的方法，属于膜分离技术领域。具体地说是一种两性表面活性剂溶液中的无机盐小分子在电场作用下定向运动并选择性透过离子交换膜而与两性表面活性剂分离的方法。
背景技术
两性表面活性剂在同一分子中同时存在不可被电离的正、负电荷中心(或偶极中心)，具有低毒和低刺激性，良好的生物降解性，有效的杀菌性及优异的配伍性。在合成两性表面活性剂过程中往往不可避免的产生无机盐小分子，使得产品粘度过高、pH值不稳定或化学稳定性下降等影响两性表面活性剂优异性能的负效应。由于两性表面活性剂的溶解性与无机盐非常相近，使其与无机电解质间的分离非常困难。目前，还没有找到简便经济且分离效果令人满意的方法除去两性表面活性剂中无机盐小分子。
电渗析脱盐技术已广泛应用于海水淡化和污水处理过程，具有操作简便、无环境污染、成本低廉且易于实现规模化操作等优点。两性表面活性剂在其等电点时以内盐形式的电中性分子存在，在外电场中既不向阳极移动，也不向阴极移动。如果在所纯化的两性表面活性剂等电点范围内，将含有无机盐杂质的两性表面活性剂溶液作为淡室液，以钠盐如氯化钠或硝酸钠溶液作为浓室初始溶液，氢氧化钠和硫酸溶液分别作为阴、阳极室溶液。调节淡室流量和操作电压进行电渗析，则淡室液中的阴离子如Cl-透过阴膜向阳极迁移而进入浓室，并受到阳膜阻挡留在浓室中；淡室液中阳离子如Na+透过阳膜向阴极方向迁移后也进入浓室，并受到阴膜阻挡被截留在浓室中；而以内盐形式存在的两性表面活性剂在电场作用下不会发生明显迁移留在淡室，从而将无机盐分离脱除并使两性表面活性剂得以纯化。通过控制淡室两性表面活性剂溶液的pH值、淡室流量以及操作电压等操作条件可以使两性表面活性剂在电渗析器中循环脱盐。由于两性表面活性剂水溶性好，不存在膜污染问题，因而可以用电渗析方法进行纯化，目前国内还没有这方面的研究报道。
发明内容
本发明的目的是针对两性表面活性剂的特点，提出了一种用电渗析脱盐提纯两性表面活性剂的方法，该方法能有效脱除两性表面活性剂中的无机盐，具有在常温、无相变条件下实现物质分离的特点，且成本低，无污染，能耗低，一定程度上解决了两性表面活性剂因无机盐提纯困难而限制其发展的问题。
本发明的技术方案：一种用电渗析提纯两性表面活性剂的方法，在所纯化的两性表面活性剂等电点范围内，将含有无机盐杂质(质量百分含量不超过15％)的两性表面活性剂溶液(质量百分含量不超过35％)作为淡室液，以0.05mol/L的钠盐如氯化钠或硝酸钠溶液1L作为浓室初始溶液，浓度均为0.05mol/L的氢氧化钠和硫酸溶液各1L分别作为阴、阳极室溶液。调节淡室流量为10L/h～40L/h，在操作电压为8V～18V的直流电场作用下，电渗析一段时间，待淡室液的电导率不再降低时停止渗析。
被纯化的两性表面活性剂具有烷基氨基酸或甜菜碱结构，具有如下通式：
Figure S2007101906047D00021
其中R1代表具有8～22个碳原子的烷基或11～25个碳原子的烷基酰胺丙基，R2、R3及R4代表相同或不同的每个具有1～3个碳原子的烷基，M为羧基或磺基；当R2或R3其中至少有一个是氢原子时，即为烷基氨基酸型两性表面活性剂。
或被纯化的两性表面活性剂具有咪唑啉型结构，有如下通式：
其中R1代表7～21个碳原子的烷基或烯基，R2和R3代表相同或不同的具有1～3个碳原子的亚烷基，X代表氢原子或R3COO-基团。
本发明的有益效果：
(1)本发明能有效脱除两性表面活性剂中的无机盐，一定程度上解决了两性表面活性剂因无机盐提纯困难而掩盖其优异性能、并限制其发展的问题，并为两性表面活性剂在生产中无机盐的分离提供了经济有效的途径。
(2)电渗析提纯两性表面活性剂具有操作简单、分离过程无相变、无污染、成本低、能耗低且易于实现规模化操作等优点。
附图说明
图1电渗析装置工作示意图。其中：1、电极；2、膜堆(，
Figure S2007101906047D00023
淡室，口浓室)；3、淡室储槽；4、阴极室储槽；5、阳极室储槽；6、浓室储槽；7、泵；8、流量计。
具体实施方式
以下结合图1说明本发明的具体实施方式。
本发明所使用的电渗析器由50对阴阳离子交换膜组装，膜为磺酸型苯乙烯系和季胺型苯乙烯系异相离子交换膜，单膜的有效膜面积为210mm×65mm。
通过以下几组实施例进行说明：
实施例1 α-癸基甜菜碱溶液的电渗析脱盐
将含有NaCl的α-癸基甜菜碱溶液调pH值至7.5。测得其中α-癸基甜菜碱及无机盐的质量百分含量分别为10％和3％。将1L上述溶液放入淡室储槽中，以1L 0.05mol/L的NaCl溶液作为浓室初始溶液，分别以1L浓度均为0.05mol/L的氢氧化钠和硫酸溶液各作为阴、阳极室溶液，在10V操作电压，淡室流量为20L/h的操作条件下，对α-癸基甜菜碱溶液进行循环脱盐。待淡室液的电导率不再降低时渗析结束。脱盐率为97％，α-癸基甜菜碱的回收率为82.7％。
实施例2  十二烷基磺丙基甜菜碱溶液的电渗析脱盐
将含有未知无机盐的十二烷基磺丙基甜菜碱溶液调pH值至7.2。测得其中十二烷基磺丙基甜菜碱及无机盐的质量百分含量分别为31％和13％。将0.9L上述溶液加0.1L水放入淡室储槽中，以1L 0.05mol/L的NaCl溶液作为浓室初始溶液，分别以浓度均为0.05mol/L的氢氧化钠和硫酸溶液各1L作为阴、阳极室溶液，在14V操作电压，淡室流量为23L/h的操作条件下，对十二烷基磺丙基甜菜碱溶液进行循环脱盐。待淡室液的电导率不再降低时渗析结束。脱盐率为95％，十二烷基磺丙基甜菜碱的回收率为73.6％。
实施例3  十二酰胺丙基甜菜碱溶液的电渗析脱盐
将含有未知无机盐的十二酰胺丙基甜菜碱溶液调pH值至6.5，测得其中十二酰胺丙基甜菜碱及无机盐的质量百分含量分别为5％和1％。将1L上述溶液放入淡室储槽中，以1L 0.05mol/L的NaNO3溶液作为浓室初始溶液，以浓度均为0.05mol/L的氢氧化钠和硫酸溶液各1L分别作为阴、阳极室溶液，在8V操作电压，淡室流量为25L/h的操作条件下，对溶液进行循环脱盐。待淡室液的电导率不再降低时渗析结束。脱盐率为97％，十二酰胺丙基甜菜碱的回收率为78.2％。
实施例4  十六酰胺丙基磺丙基甜菜碱溶液的电渗析脱盐
将含有未知无机盐的十六酰胺丙基磺丙基甜菜碱溶液调pH值至7.0。测得其中十六酰胺丙基磺丙基甜菜碱及无机盐的质量百分含量分别为17％和5.5％。将1L上述溶液放入淡室储槽中，以0.05mol/L的NaNO3溶液1L作为浓室初始溶液，以浓度均为0.05mol/L的氢氧化钠和硫酸溶液各1L分别作为阴、阳极室溶液，在10V操作电压，淡室流量为35L/h的操作条件下，对十六酰胺丙基磺丙基甜菜碱溶液进行循环脱盐。待淡室液的电导率不再降低时渗析结束。脱盐率为97％，十六酰胺丙基磺丙基甜菜碱的回收率为85.3％。
实施例5  2-十一烷基-N-羧甲基-N-(2-羟乙基)咪唑啉溶液的电渗析脱盐
将含有未知无机盐的2-十一烷基-N-羧甲基-N-(2-羟乙基)咪唑啉溶液调pH值至7.0。测得其中2-十一烷基-N-羧甲基-N-(2-羟乙基)咪唑啉及无机盐的质量百分含量分别为31％和8.0％。将1L上述溶液放入淡室储槽中，以0.05mol/L的NaCl溶液1L作为浓室初始溶液，浓度均为0.05mol/L的氢氧化钠和硫酸溶液各1L分别作为阴、阳极室溶液，在18V操作电压，淡室流量为25L/h的操作条件下，对2-十一烷基-N-羧甲基-N-(2-羟乙基)咪唑啉溶液进行循环脱盐。待淡室液的电导率不再降低时渗析结束。脱盐率为95％，2-十一烷基-N-羧甲基-N-(2-羟乙基)咪唑啉的回收率为76.4％。
实施例6  N-十二烷基-β-氨基丙酸钠溶液的电渗析脱盐
将含有未知无机盐的N-十二烷基-β-氨基丙酸钠溶液调pH值至7.0。测得其中N-十二烷基-β-氨基丙酸钠及无机盐的质量百分含量分别为30％和5.6％。将1L上述溶液放入淡室储槽中，以1L 0.05mol/L的NaNO3溶液作为浓室初始溶液，浓度均为0.05mol/L的氢氧化钠和硫酸溶液各1L分别作为阴、阳极室溶液，在18V操作电压，淡室流量为20L/h的操作条件下，对N-十二烷基-β-氨基丙酸钠溶液进行循环脱盐。待淡室液的电导率不再降低时渗析结束。脱盐率为95％，N-十二烷基-β-氨基丙酸钠的回收率为76.4％。

Claims (4)

1.一种用电渗析脱盐提纯两性表面活性剂的方法，其特征是在所纯化的两性表面活性剂等电点范围内，将含有无机盐杂质的两性表面活性剂溶液作为淡室液，淡室液中无机盐的质量百分含量不超过15％，表面活性剂的质量百分含量不超过35％，以0.05mol/L的钠盐溶液1L作为浓室初始溶液，浓度均为0.05mol/L的氢氧化钠和硫酸溶液各1L分别作为阴、阳极室溶液，调节淡室流量为10L/h～40L/h，在操作电压为8V～18V的直流电场作用下进行电渗析脱盐，待淡室液的电导率不再降低时渗析结束。
2.根据权利要求1所述电渗析脱盐提纯两性表面活性剂的方法，其特征是浓室所用钠盐溶液为氯化钠或硝酸钠。
3.权利要求1所述电渗析脱盐提纯两性表面活性剂方法的应用，其特征是被纯化的两性表面活性剂具有甜菜碱结构，具有如下通式：
其中R1代表具有8～22个碳原子的烷基或11～25个碳原子的烷基酰胺丙基，R2、R3及R4代表相同或不同的每个具有1～3个碳原子的烷基，M为羧基或磺基。
4.权利要求1所述电渗析脱盐提纯两性表面活性剂方法的应用，其特征是此过程同样适合被纯化的两性表面活性剂具有咪唑啉型结构，有如下通式：
其中R1代表7～21个碳原子的烷基或烯基，R2和R3代表相同或不同的具有1～3个碳原子的亚烷基，X代表氢原子或R3COO-基团。
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