一种分离2-氨基丁醇的双极膜电渗析系统的制作方法

1.本技术涉及2-氨基丁醇分离提纯领域，更具体地说，它涉及一种采用双极膜电渗析系统分离2-氨基丁醇的方法。


背景技术：

2.2-氨基丁醇是一种手性氨基醇，为无色或淡黄色液体，在医药、化工领域有着广泛的应用，可作为重要的中间体，生产具有生物活性的丁醇衍生物，也可用于制备乳化剂、表面活性剂、硫化促进剂和酸性气体吸收剂。由2-氨基丁醇经过拆分得到的(+)2-氨基丁醇，可用于生产抗结核药乙胺丁醇。
3.目前，2-氨基丁醇主要采用高压氢化还原的方法进行合成，在该合成方法中，是以2-氨基丁酸为起始原料，并添加水、硫酸和催化剂，然后通入氢气，进行高压氢化还原反应，再将含2-氨基丁醇硫酸盐水溶液的反应液经过分离提纯得到产物2-氨基丁醇。由于2-氨基丁醇是很多手性药物的关键中间体，其纯度的高低对药物的品质起着至关重要的作用。
4.现有的中国专利cn 102584606a中提供了一种利用双极膜电渗析装置制备氨基丙醇的方法，该电渗析装置由两侧的极液室和夹在极液室中间的电渗析隔室构成，其中电渗析隔室由双极膜和阴离子交换膜间隔排列构成的料液室和酸室单元组排列组成，极液室分为阳极室和阴极室，并通入直流电源。在制备氨基丙醇时，以氨基丙醇硫酸盐水溶液作为原料，经微孔处理器后，进入电渗析装置的料液室中，然后启动电渗析装置，并监测料液室的电导率，当料液室电导率下降至2000μs/cm时，停止运行。此时料液室中为氨基丙醇水溶液，酸室中为硫酸水溶液，之后再将氨基丙醇水溶液浓缩后得到氨基丙醇。由该方法得到的氨基丙醇具有较高的纯度，且生产成本较低。
5.但是，在上述方法中，氨基丙醇水溶液是在料液室中逐渐由氨基丙醇硫酸盐转化得到的，转化完成后料液室中不仅含有氨基丙醇水溶液，同时还有少部分未完全转化的氨基丙醇硫酸盐水溶液，为了提高产品的转化率，需要增加膜尾端处理来使料液室中尽可能少的存在氨基丙醇硫酸盐溶液，但是膜尾端处理会显著增加系统的能耗，而且还无法使氨基丙醇硫酸盐溶液完全转化为氨基丙醇水溶液。并且，由于氨基丙醇的分子较小，极易通过浓度差扩散到酸室中去，既降低了氨基丙醇产品的得率，也降低了副产物硫酸的纯度。


技术实现要素：

6.为了解决上述技术问题，本技术提供一种分离2-氨基丁醇的双极膜电渗析系统。
7.本技术提供的一种分离2-氨基丁醇的双极膜电渗析系统，采用如下的技术方案：一种分离2-氨基丁醇的双极膜电渗析系统，该系统包括位于两侧的极液室和夹在两侧极液室中间的电渗析隔室，所述电渗析隔室由双极膜、阴离子交换膜和阳离子交换膜间隔排列构成的酸室、料液室和碱室单元组排列组成；所述2-氨基丁醇的分离方法具体为：将2-氨基丁醇硫酸盐溶液通入料液室中，通电，并监测料液室的电导率，当料液室的电导率降低至5ms/cm以下时停止运行，酸室、料液室和碱室中分别获得硫酸水溶液、残液和2-氨基
丁醇水溶液，将2-氨基丁醇水溶液浓缩得到2-氨基丁醇。
8.通过采用上述技术方案，本技术将电渗析隔室设置为三隔室，在酸室和料液室的基础上增加了碱室。当通电开启装置后，料液室内的2-氨基丁醇硫酸盐溶液中的so
42-离子通过阴离子交换膜进入酸室中，形成硫酸水溶液，2-氨基丁醇硫酸盐溶液中的阳离子通过阳离子交换膜进入碱室中，形成2-氨基丁醇水溶液。当装置运行结束后，直接对碱室中获得的2-氨基丁醇水溶液进行浓缩即可获得2-氨基丁醇，无需再为了分离2-氨基丁醇水溶液和少量未反应的2-氨基丁醇硫酸盐溶液而加大膜尾端处理，大大降低了系统的能耗，并且本技术是直接在碱室中获得2-氨基丁醇，降低了反应副产物、杂质以及未反应的2-氨基丁醇硫酸盐对2-氨基丁醇纯度的影响，显著提高了2-氨基丁醇的纯度。
9.同时，由于本技术的2-氨基丁醇是直接在碱室中获得的，因此，2-氨基丁醇通过浓度差扩散到酸室去的可能性极低，从而提高了酸室中获得的硫酸的纯度，并且还降低了2-氨基丁醇的损失，提高了2-氨基丁醇的得率。除此之外，本技术酸室中获得的硫酸可以被直接套用到产品的前端反应中去，节约了生产成本。
10.优选的，所述阴离子交换膜和阳离子交换膜均为异相膜或均相膜。
11.优选的，所述阴离子交换膜和阳离子交换膜均为均相膜。
12.通过采用上述技术方案，本技术的阴离子交换膜和阳离子交换膜进一步选用均相膜，均相膜具有较强的耐强酸和耐强碱能力，并且传导离子的阻力小于异相膜，降低了系统的能耗。
13.优选的，采用纳滤膜分离所述残液，得到2-氨基丁醇硫酸盐溶液。
14.通过采用上述技术方案，当系统停止运行后，料液室内剩余的残液中包括反应的副产物和少量的未完全转化的2-氨基丁醇硫酸盐。本技术采用纳滤膜进一步从残液中分离提取剩余的2-氨基丁醇硫酸盐，并将纳滤浓水套用到料液室中，继续进行膜处理，不仅提高了2-氨基丁醇的得率，而且还极大程度的节约了膜转化尾端的能耗。
15.优选的，所述纳滤膜采用以下方法制得：先将无水哌嗪、三乙胺和聚乙烯醇溶于水中配成水相溶液，同时将均苯三甲酰氯溶于正己烷中配成油相溶液，然后将聚砜基膜浸入水相溶液中3-5min后取出，排除表面多余水相溶液，再浸入油相溶液中反应1-3min，取出晾干后，在50-55℃的温度下，热处理10-15min，得到抗污染纳滤膜；其中，无水哌嗪的用量为3-3.5g/l，三乙胺的用量为1.8-2g/l，聚乙烯醇的用量为0.54-0.63g/l，均苯三甲酰氯的用量为1-1.2g/l。
16.通过采用上述技术方案，本技术以聚砜超滤膜为基膜，利用哌嗪(pip)和均苯三甲酰氯(tmc)通过界面聚合制备了聚酰胺纳滤膜，并将聚乙烯醇加入纳滤膜中，降低了纳滤膜的接触角，增加了亲水性，同时提高了纳滤膜的成膜性，使其表面变得光滑，从而提高了纳滤膜的抗污染性能。本技术进一步采用抗污染纳滤膜分离提取残液中的2-氨基丁醇硫酸盐，降低了纳滤膜由于多次使用后被污染而引起的性能下降的可能性，提高了2-氨基丁醇硫酸盐的提取效率，并且延长了纳滤膜的使用寿命，节约了生产成本。
17.优选的，所述2-氨基丁醇硫酸盐溶液的浓度为6-25％。
18.优选的，所述电渗析系统的电流为4.4-225a，电压为35-360v，反应温度为20-40℃。
19.优选的，所述电渗析隔室由4-80组酸室、料液室、碱室构成的单元组串联排列组
成。
20.优选的，所述2-氨基丁醇水溶液精馏浓缩的具体过程为：先在50-55℃的温度下，将2-氨基丁醇水溶液旋蒸除水至无馏分蒸出，然后在130-132℃的温度下减压蒸馏至无馏分蒸出，得到2-氨基丁醇。
21.综上所述，本技术具有以下有益技术效果：1.本技术的方法可以获得纯度较高的2-氨基丁醇和硫酸，并且产品的得率较高；2.本技术的方法缩短了2-氨基丁醇的生产工艺路线，生产效率较高，并且极大程度的降低了膜转化尾端的能耗，节约了生产成本。
附图说明
22.图1是本技术电渗析隔室的结构示意图；图2是本技术采用双极膜电渗析系统分离2-氨基丁醇的工艺流程图。
具体实施方式
23.以下结合附图和实施例对本技术作进一步详细说明。
24.本技术的2-氨基丁醇硫酸盐溶液可以为d-2-氨基丁醇硫酸盐溶液、l-2-氨基丁醇硫酸盐溶液、dl-2-氨基丁醇硫酸盐溶液，本技术实施例中选用dl-2-氨基丁醇硫酸盐溶液。
25.本技术实施例的分离方法采用电渗析系统进行，如图1和图2所示，一种分离2-氨基丁醇的双极膜电渗析系统，包括直流电源、阴极板和阳极板，直流电源的正极与阳极板相连，直流电源的负极与阴极板相连。阴极板和阳极板之间设有电渗析隔室，电渗析隔室由双极膜、阴离子交换膜和阳离子交换膜间隔排列构成的酸室、料液室和碱室单元组排列组成，根据生产所需酸室、料液室、碱室构成的单元组数量可以为4-80组，本技术实施例中的电渗析隔室由20组单元组串联组成。酸室、料液室和碱室分别外接酸罐、料液罐和碱罐，并通过循环泵形成回路，每个隔室的进液口处连接的一段管道均为循环盘管，且循环盘管置于冰水中，使循环盘管中的料液可以得到充分的冷却，以此来控制反应过程中的温度。阳极板、阴极板分别与相邻的双极膜之间构成极液室，极液室外接极液罐，并通过循环泵形成回路。当通电开启装置后，被通入料液室内的2-氨基丁醇硫酸盐溶液中的so
42-离子会通过阴离子交换膜进入酸室中，形成硫酸水溶液，2-氨基丁醇硫酸盐溶液中的阳离子通过阳离子交换膜进入碱室中，形成2-氨基丁醇水溶液。
26.《物料来源》本技术所用原料均为市售产品。
27.《实施例》实施例1一种采用双极膜电渗析系统分离2-氨基丁醇的方法，将1000ml浓度为6％的dl-2-氨基丁醇硫酸盐溶液加入料液罐中，并向酸罐和碱罐中加入纯水，向极液罐中加入浓度为4％的硫酸，打开循环泵，调节各隔室的流量为30l/h，设置电压为35v、电流为4.4a，启动电渗析系统，料液罐中的dl-2-氨基丁醇硫酸盐溶液进入料液室中，酸罐和碱罐中的纯水进入酸室和碱室中作为接收液，极液罐中的硫酸进入极液室作为极液，运行过程中监测料液室的电导率，并控制反应温度为20℃，当料液室的电导率降低至5ms/cm以下时停止运行，酸
罐、料液罐和碱罐中分别获得硫酸水溶液、残液和dl-2-氨基丁醇水溶液，之后将dl-2-氨基丁醇水溶液先在50℃的温度下采用旋转蒸发仪旋蒸至无馏分蒸出，再在130℃的温度下采用水冲泵减压蒸馏至无馏分蒸出，得到dl-2-氨基丁醇；其中，电渗析系统中所用的阴离子交换膜和阳离子交换膜采用异相膜。
28.实施例2一种采用双极膜电渗析系统分离2-氨基丁醇的方法，将1000ml浓度为25％的dl-2-氨基丁醇硫酸盐溶液加入料液罐中，并向酸罐和碱罐中加入纯水，极液罐中加入浓度为4％的硫酸，打开循环泵，调节各隔室的流量为30l/h，设置电压为360v、电流为225a，启动电渗析系统，料液罐中的dl-2-氨基丁醇硫酸盐溶液进入料液室中，酸罐和碱罐中的纯水进入酸室和碱室中作为接收液，极液罐中的硫酸进入极液室作为极液，运行过程中监测料液室的电导率，并控制反应温度为40℃，当料液室的电导率降低至5ms/cm以下时停止运行，酸罐、料液罐和碱罐中分别获得硫酸水溶液、残液和dl-2-氨基丁醇水溶液，之后将dl-2-氨基丁醇水溶液先在55℃的温度下采用旋转蒸发仪旋蒸至无馏分蒸出，再在132℃的温度下采用水冲泵减压蒸馏至无馏分蒸出，得到dl-2-氨基丁醇；其中，电渗析系统中所用的阴离子交换膜和阳离子交换膜采用异相膜。
29.实施例3一种采用双极膜电渗析系统分离2-氨基丁醇的方法，将1000ml浓度为15％的dl-2-氨基丁醇硫酸盐溶液加入料液罐中，并向酸罐和碱罐中加入纯水，极液罐中加入浓度为4％的硫酸，打开循环泵，调节各隔室的流量为30l/h，设置电压为120v、电流为60a，启动电渗析系统，料液罐中的dl-2-氨基丁醇硫酸盐溶液进入料液室中，酸罐和碱罐中的纯水进入酸室和碱室中作为接收液，极液罐中的硫酸进入极液室作为极液，运行过程中监测料液室的电导率，并控制反应温度为30℃，当料液室的电导率降低至5ms/cm以下时停止运行，酸罐、料液罐和碱罐中分别获得硫酸水溶液、残液和dl-2-氨基丁醇水溶液，之后将dl-2-氨基丁醇水溶液先在53℃的温度下采用旋转蒸发仪旋蒸至无馏分蒸出，再在131℃的温度下采用水冲泵减压蒸馏至无馏分蒸出，得到dl-2-氨基丁醇；其中，电渗析系统中所用的阴离子交换膜和阳离子交换膜采用异相膜。
30.实施例4一种采用双极膜电渗析系统分离2-氨基丁醇的方法，与实施例1的不同之处在于：电渗析系统中所用的阴离子交换膜和阳离子交换膜采用均相膜。
31.实施例5一种采用双极膜电渗析系统分离2-氨基丁醇的方法，与实施例1的不同之处在于，将料液罐中的残液通入纳滤分离系统，采用市售纳滤膜nf90-400对残液进行分离，再将纳滤浓水套用回料液室继续转化。
32.实施例6一种采用双极膜电渗析系统分离2-氨基丁醇的方法，与实施例5的不同之处在于，纳滤膜采用以下方法制得：先将3g无水哌嗪、2g三乙胺和0.54g聚乙烯醇溶于1l水中配成水相溶液，同时将1g均苯三甲酰氯溶于1l正己烷中配成油相溶液，然后将聚砜基膜浸入水相溶液中3min后取出，排除表面多余水相溶液，再浸入油相溶液中反应1min，取出晾干后，在50℃的温度下，热
处理10min，得到抗污染纳滤膜。
33.实施例7一种采用双极膜电渗析系统分离2-氨基丁醇的方法，与实施例5的不同之处在于，纳滤膜采用以下方法制得：先将3.5g无水哌嗪、1.8g三乙胺和0.63g聚乙烯醇溶于1l水中配成水相溶液，同时将1.2g均苯三甲酰氯溶于1l正己烷中配成油相溶液，然后将聚砜基膜浸入水相溶液中5min后取出，排除表面多余水相溶液，再浸入油相溶液中反应3min，取出晾干后，在55℃的温度下，热处理15min，得到抗污染纳滤膜。
34.《对比例》对比例1采用公告号为cn 102584606a的中国专利中实施例1的电渗析装置分离得到dl-2-氨基丁醇。
35.对比例2参考公告号为cn 102584606a的中国专利中实施例2的电渗析装置分离得到dl-2-氨基丁醇。
36.《数据分析》计算实施例1-7和对比例1-2得到的dl-2-氨基丁醇的得率，并检测实施例1-7和对比例1-2得到dl-2-氨基丁醇的纯度，结果如表1所示。
37.表1检测结果表项目得率(％)纯度(％)实施例198.899.78实施例298.199.75实施例398.699.78实施例499.099.81实施例599.599.80实施例699.899.81实施例799.799.80对比例189.599.23对比例294.899.71从表1可知，本技术实施例1-3的方法分离得到的dl-2-氨基丁醇的纯度大于99.7％，产品得率在98％以上，说明本技术在酸室和料液室的基础上进一步增加碱室，并在碱室中直接获得dl-2-氨基丁醇水溶液，可以显著提高产品的得率和纯度。
38.实施例4的得率和纯度高于实施例1，说明本技术的电渗析系统中，阴离子交换膜和阳离子交换膜进一步选用均相膜，可以进一步提高产品的得率和纯度。
39.实施例5的得率高于实施例1，说明本技术进一步采用纳滤膜对残液进行分离提取，可以进一步提高产品的得率。
40.实施例6-7的得率高于实施例5，说明本技术进一步采用抗污染纳滤膜可以进一步提高产品的得率。
41.对比例1-2的得率和纯度明显小于实施例1，说明本技术在酸室和料液室的基础上
进一步增加碱室，并在碱室中直接获得dl-2-氨基丁醇水溶液，可以显著提高产品的得率和纯度。
42.本具体实施方式的实施例均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。

技术特征：
1.一种分离2-氨基丁醇的双极膜电渗析系统，该系统包括位于两侧的极液室和夹在两侧极液室中间的电渗析隔室，其特征在于：所述电渗析隔室由双极膜、阴离子交换膜和阳离子交换膜间隔排列构成的酸室、料液室和碱室单元组排列组成；所述2-氨基丁醇的分离方法具体为：将2-氨基丁醇硫酸盐溶液通入料液室中，通电，并监测料液室的电导率，当料液室的电导率降低至5ms/cm以下时停止运行，酸室、料液室和碱室中分别获得硫酸水溶液、残液和2-氨基丁醇水溶液，将2-氨基丁醇水溶液浓缩得到2-氨基丁醇。2.根据权利要求1所述的一种分离2-氨基丁醇的双极膜电渗析系统，其特征在于：所述阴离子交换膜和阳离子交换膜均为异相膜或均相膜。3.根据权利要求2所述的一种分离2-氨基丁醇的双极膜电渗析系统，其特征在于：所述阴离子交换膜和阳离子交换膜均为均相膜。4.根据权利要求1所述的一种分离2-氨基丁醇的双极膜电渗析系统，其特征在于：采用纳滤膜分离所述残液，得到2-氨基丁醇硫酸盐溶液。5.根据权利要求4所述的一种分离2-氨基丁醇的双极膜电渗析系统，其特征在于，所述纳滤膜采用以下方法制得：先将无水哌嗪、三乙胺和聚乙烯醇溶于水中配成水相溶液，同时将均苯三甲酰氯溶于正己烷中配成油相溶液，然后将聚砜基膜浸入水相溶液中3-5min后取出，排除表面多余水相溶液，再浸入油相溶液中反应1-3min，取出晾干后，在50-55℃的温度下，热处理10-15min，得到抗污染纳滤膜；其中，无水哌嗪的用量为3-3.5g/l，三乙胺的用量为1.8-2g/l，聚乙烯醇的用量为0.54-0.63g/l，均苯三甲酰氯的用量为1-1.2g/l。6.根据权利要求1所述的一种分离2-氨基丁醇的双极膜电渗析系统，其特征在于：所述2-氨基丁醇硫酸盐溶液的浓度为6-25%。7.根据权利要求1所述的一种分离2-氨基丁醇的双极膜电渗析系统，其特征在于：所述电渗析系统的电流为4.4-225a，电压为35-360v，反应温度为20-40℃。8.根据权利要求1所述的一种分离2-氨基丁醇的双极膜电渗析系统，其特征在于，所述电渗析隔室由4-80组酸室、料液室、碱室构成的单元组串联排列组成。9.根据权利要求1所述的一种分离2-氨基丁醇的双极膜电渗析系统，其特征在于：所述2-氨基丁醇水溶液精馏浓缩的具体过程为：先在50-55℃的温度下，将2-氨基丁醇水溶液旋蒸除水至无馏分蒸出，然后在130-132℃的温度下减压蒸馏至无馏分蒸出，得到2-氨基丁醇。

技术总结
本申请涉及2-氨基丁醇分离提纯领域，具体公开了一种分离2-氨基丁醇的双极膜电渗析系统。该系统包括位于两侧的极液室和夹在两侧极液室中间的电渗析隔室，所述电渗析隔室由双极膜、阴离子交换膜和阳离子交换膜间隔排列构成的酸室、料液室和碱室单元组排列组成；分离方法具体为：将2-氨基丁醇硫酸盐溶液通入料液室中，通电，并监测料液室的电导率，当料液室的电导率降低至5ms/cm以下时停止运行，酸室、料液室和碱室中分别获得硫酸水溶液、残液和2-氨基丁醇水溶液，将2-氨基丁醇水溶液浓缩得到2-氨基丁醇。本申请可以获得纯度较高的2-氨基丁醇和硫酸，并且产品的得率较高，同时还降低了膜转化尾端的能耗，节约了生产成本。节约了生产成本。节约了生产成本。


技术研发人员：张琼 陈振华 严间浪 陈飞飞 张一彬 张鹏飞 郭红宇 刘定华 高道林 陈佳慧
受保护的技术使用者：绍兴众昌化工股份有限公司
技术研发日：2023.03.21
技术公布日：2023/8/1