一種利用雙極膜電滲析技術制備亞硫酸的方法技術

一種利用雙極膜電滲析制備亞硫酸的方法，屬于分離純化技術領域。本發明專利技術以亞硫酸鈉/鉀為原料，經過制備亞硫酸鈉/鉀溶液、制備亞硫酸鈉/鉀電滲析液、制備亞硫酸濃縮液和制備氫氧化鈉/鉀濃縮液的步驟，快速制備出純度高達94.5～96.5％的亞硫酸和氫氧化鈉/鉀。本發明專利技術技術所用原料價格低廉，生產工藝簡單且設備投入少；制備得到的亞硫酸純度高、收率高、質量好；采用的雙極膜電滲析器體積小，生產效率高，可連續運作，價格低，容易進行工業化放大；整個生產過程分離條件溫和，分離效率高，能實現原料的全部利用，實現溶劑的全部回收再利用，無“三廢”排放，是典型的綠色工藝，適合規模化生產。

Method for preparing sulfurous acid by using bipolar membrane electrodialysis technique

The invention relates to a method for preparing sulfurous acid by bipolar membrane electrodialysis, which belongs to the technical field of separation and purification. The invention uses sodium sulfite / potassium as raw material, through the preparation of sodium / potassium solution preparation, sodium / potassium electrodialysis liquid, preparation of sulfite concentrate and preparation steps of sodium hydroxide / potassium concentration, fast preparation of high purity up to 94.5 ~ 96.5% of sulfite and sodium hydroxide / potassium. The invention uses cheap raw materials and has simple production process and less equipment investment; prepared sulfite with high purity, high yield and good quality; the bipolar membrane electrodialysis device has the advantages of small size, high production efficiency, continuous operation, low price, easy industrialization on the whole production process of separation conditions; mild, high separation efficiency, to achieve the full use of raw materials, to achieve full recovery of solvent recycling, no \three wastes\ emissions, is a typical green process, suitable for large-scale production.

【技術實現步驟摘要】
一種利用雙極膜電滲析技術制備亞硫酸的方法一、
本專利技術屬于分離純化
，具體涉及一種利用雙極膜電滲析技術制備亞硫酸的方法。二、
技術介紹
亞硫酸為無色透明酸性液體，具有硫酸的部分性質，有二氧化硫的特殊氣味，易分解，主要可作為漂白劑、還原劑、防腐劑及分析試劑用于紡織、造紙、冶金等工業。亞硫酸為二氧化硫的水合物，不穩定、易分解，有還原性，在空氣中逐漸氧化成硫酸。由于運輸和貯存較為困難，工業上所使用的亞硫酸，一般是就地以硫磺或硫鐵礦為原料，經燃燒或酸解制備出二氧化硫中間體，再通入水中形成的水合物。該方法的缺點是設備投入費用高、生產方法簡陋且環境污染嚴重，因此亟需研發新方法和工藝生產亞硫酸。現有亞硫酸的制備方法，例如申請號為201010538376.X、名稱為“用黃鐵礦制備亞硫酸的方法”的專利技術專利，該專利技術專利公開的生產亞硫酸方法是：以黃鐵礦為原料，按照黃鐵礦與焦炭重量比例為100∶7-9稱重后分別放置，向預熱的沸騰爐爐膛內先加焦炭，再加黃鐵礦；在30～40分鐘內將沸騰爐爐膛內溫度升到800～900℃，即連續穩定的產生二氧化硫含塵煙氣；將二氧化硫含塵煙氣除塵、冷卻后進入吸收塔，再與噴淋水逆向流動，被水吸收反應，生成亞硫酸。該方法的主要缺點是：①所需焦炭、設備多，生產工藝繁瑣復雜，生成成本高；②高溫煅燒黃鐵礦，能耗大；③副產物為礦渣，污染環境。④伴隨二氧化硫的含塵煙氣中還含有大量雜質，它們與二氧化硫共同溶解于水中，因此，該法制備的亞硫酸雜質含量高。三、
技術實現思路
本專利技術的目的是針對現有亞硫酸制備方法的不足，提供一種以亞硫酸鈉/鉀鹽為原料，以雙極膜電滲析器同時制備亞硫酸和氫氧化鈉/鉀溶液的方法，具有簡單高效、能耗低、成本低、綠色環保、雜質低和產率高的特點。本專利技術的原理是：雙極膜是一種可以進行離子交換的電驅動復合膜，它由陽離子交換層(N型膜)、界面親水層(催化層)和陰離子交換層(P型膜)復合而成。在直流電場作用下，雙極膜可將水離解，在膜兩側分別得到質子和氫氧根離子。將雙極膜分別與陰、陽離子交換膜組合，構成雙極膜電滲析系統，在適宜條件下，溶液中的陰離子透過陰離子交換膜，與在雙極膜上與產生的質子結合，生成酸；另一方面，水溶液中的陽離子則透過陽離子交換膜，與在雙極膜上產生的氫氧根結合，生成堿，于是就同時生產出酸和堿。亞硫酸鈉/鉀在水溶液中解離成亞硫酸根和鈉/鉀離子，在電場作用下，鈉/鉀離子通過陽離子交換膜，與雙極膜產生的氫氧根結合，生成氫氧化鈉/鉀；亞硫酸根則通過陰離子交換膜，與雙極膜產生的質子結合，生成亞硫酸。所以控制適當條件，可用雙極膜電滲析器同時生產出亞硫酸和氫氧化鈉/鉀溶液。本專利技術的目的是通過以下途徑實現的：一種利用雙極膜電滲析制備亞硫酸的方法，以亞硫酸鈉/鉀為原料，經過制備亞硫酸鈉/鉀溶液、制備亞硫酸鈉/鉀電滲析液、制備亞硫酸濃縮液和制備氫氧化鈉/鉀濃縮液的步驟，快速制備出純度高達94.5～96.5％的亞硫酸和氫氧化鈉/鉀。其具體的工藝步驟如下：(1)制備亞硫酸鈉/鉀溶液先將純凈水加入到調配罐中，再按照亞硫酸鈉/鉀質量與純凈水體積之比為1∶9～27(kg/L)的比例投入純度大于90％的亞硫酸鈉/鉀固體，在攪拌下處理10～30分鐘，接著再通過孔徑為1～10微米的微孔濾器。收集濾過液，即制備出亞硫酸鈉/鉀溶液，其質量濃度為3～10％，用于下步制備亞硫酸鈉/鉀電滲析液。(2)制備亞硫酸鈉/鉀電滲析液第(1)步完成后，將第(1)步制備的亞硫酸鈉/鉀溶液泵入到雙極膜電滲析器的料液室，將純水分別泵入酸室和堿室，將質量分數為5％的硫酸鉀溶液加入極液室。啟動雙極膜電滲析器，控制電流密度為0.2～20A/m2，電壓為20～50V，料液室、酸室和堿室的溫度為5～50℃。同時觀察料液室的電導率，當料液室的電導率降至1500～3000μS/cm后，分別收集料液室、堿室和酸室中的溶液，即為亞硫酸鈉/鉀電滲析液。對于收集的料液室溶液，為脫去亞硫酸鈉/鉀后的水，用于配制下批次亞硫酸鈉/鉀溶液；對收集的堿室溶液，即為氫氧化鈉/鉀溶液，用于制備氫氧化鈉/鉀濃縮液；對收集的酸室溶液，即為亞硫酸溶液，用于下步制備亞硫酸濃縮液。(3)制備亞硫酸濃縮液第(2)步完成后，將第(2)步收集的亞硫酸溶液泵入反滲透濃縮器中，控制表壓為0.5～0.8MPa，進行反滲透濃縮，直至濃縮液中亞硫酸質量百分濃度為15～18％時停止反滲透。分別收集反滲透濃縮液和透過的水溶液，對收集的透過的水溶液，用于再次配制亞硫酸鈉/鉀溶液；對收集的反滲透濃縮液，即為亞硫酸濃縮液，其總收率為95％～98％。(4)制備氫氧化鈉/鉀濃縮液第(2)步完成后，將第(2)步收集的氫氧化鈉/鉀溶液泵入反滲透濃縮器中，控制表壓為0.5～0.8MPa，進行反滲透濃縮，直至濃縮液中氫氧化鈉/鉀質量百分濃度為15～18％時停止反滲透。分別收集反滲透濃縮液和透過的水溶液，對收集的透過的水溶液，用于再次配制亞硫酸鈉/鉀溶液；對收集的反滲透濃縮液，即為氫氧化鈉/鉀濃縮液，其總收率為95％～98％。本專利技術采用了上述技術手段后，主要產生了以下效果：1、本專利技術制備亞硫酸的工藝中，僅以亞硫酸鈉/鉀和純凈水為原料，價格低廉，生產工藝簡單且設備投入少。2、本專利技術制備亞硫酸工藝中采用的雙極膜電滲析器體積小，生產效率高，可連續運作，價格低，容易進行工業化放大。3、制備得到的亞硫酸純度高、收率高、質量好，同時又獲得副產物氫氧化鈉/鉀濃縮液，原料利用率高，生產成本低。4、本專利技術的整個生產過程分離條件溫和，分離效率高，能實現原料的全部利用，實現溶劑的全部回收再利用，無“三廢”排放，是典型的綠色工藝，適合規模化生產。四、具體實施方式下面結合具體實施方式，進一步說明本專利技術。實施例1(1)制備亞硫酸鈉溶液先將純凈水加入到調配罐中，再按照亞硫酸鈉質量與純凈水體積之比為1∶9(kg/L)的比例投入純度大于90％的亞硫酸鈉固體，在攪拌下處理10分鐘，接著再通過孔徑為1微米的微孔濾器。收集濾過液，即制備出亞硫酸鈉溶液，其質量濃度為3％，用于下步制備亞硫酸鈉電滲析液。(2)制備亞硫酸鈉電滲析液第(1)步完成后，將第(1)步制備的亞硫酸鈉溶液泵入到雙極膜電滲析器的料液室，將純水分別泵入酸室和堿室，將質量分數為5％的硫酸鉀溶液加入極液室。啟動雙極膜電滲析器，控制電流密度為0.2A/m2，電壓為20V，料液室、酸室和堿室的溫度為5℃。同時觀察料液室的電導率，當料液室的電導率降至1500μS/cm后，分別收集料液室、堿室和酸室中的溶液，即為亞硫酸鈉電滲析液。對于收集的料液室溶液，為脫去亞硫酸鈉后的水，用于配制下批次亞硫酸鈉溶液；對收集的堿室溶液，即為氫氧化鈉溶液，用于制備氫氧化鈉濃縮液；對收集的酸室溶液，即為亞硫酸溶液，用于下步制備亞硫酸濃縮液。(3)制備亞硫酸濃縮液第(2)步完成后，將第(2)步收集的亞硫酸溶液泵入反滲透濃縮器中，控制表壓為0.5MPa，進行反滲透濃縮，直至濃縮液中亞硫酸質量百分濃度為15％時停止反滲透。分別收集反滲透濃縮液和透過的水溶液，對收集的透過的水溶液，用于再次配制亞硫酸鈉溶液；對收集的反滲透濃縮液，即為亞硫酸濃縮液，其總收率為95％～98％。(4)制備氫氧化鈉濃縮液第(2)步完成后，將第(2)步收集的氫氧化鈉溶液泵入本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種利用雙極膜電滲析技術制備亞硫酸的方法，其特征在于具體的工藝步驟如下：(1)制備亞硫酸鈉/鉀溶液先將純凈水加入到調配罐中，再按照亞硫酸鈉/鉀質量與純凈水體積之比為1∶9～27(kg/L)的比例投入純度大于90％的亞硫酸鈉/鉀固體，在攪拌下處理10～30分鐘，接著再通過孔徑為1～10微米的微孔濾器，收集濾過液，即制備出亞硫酸鈉/鉀溶液，其質量濃度為3～10％，用于下步制備亞硫酸鈉/鉀電滲析液；(2)制備亞硫酸鈉/鉀電滲析液第(1)步完成后，將第(1)步制備的亞硫酸鈉/鉀溶液泵入到雙極膜電滲析器的料液室，將純水分別泵入酸室和堿室，將質量分數為5％的硫酸鉀溶液加入極液室，啟動雙極膜電滲析器，控制電流密度為0.2～20A/m

【技術特征摘要】
1.一種利用雙極膜電滲析技術制備亞硫酸的方法，其特征在于具體的工藝步驟如下：(1)制備亞硫酸鈉/鉀溶液先將純凈水加入到調配罐中，再按照亞硫酸鈉/鉀質量與純凈水體積之比為1∶9～27(kg/L)的比例投入純度大于90％的亞硫酸鈉/鉀固體，在攪拌下處理10～30分鐘，接著再通過孔徑為1～10微米的微孔濾器，收集濾過液，即制備出亞硫酸鈉/鉀溶液，其質量濃度為3～10％，用于下步制備亞硫酸鈉/鉀電滲析液；(2)制備亞硫酸鈉/鉀電滲析液第(1)步完成后，將第(1)步制備的亞硫酸鈉/鉀溶液泵入到雙極膜電滲析器的料液室，將純水分別泵入酸室和堿室，將質量分數為5％的硫酸鉀溶液加入極液室，啟動雙極膜電滲析器，控制電流密度為0.2～20A/m2，電壓為20～50V，料液室、酸室和堿室的溫度為5～50℃，同時觀察料液室的電導率，當料液室的電導率降至1500～3000μS/cm后，分別收集料液室、堿室和酸室中的溶液，即為亞硫酸鈉/鉀電滲析液，對于收集的料液室溶液，為脫去亞硫酸鈉/鉀后的水，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：冉程，陳堯輝，周志明，周小華，王鵬，王芳，孫萬萬，付微婷，楊洋，
申請(專利權)人：湖南鑫利生物科技有限公司，重慶大學，
類型：發明
國別省市：湖南,43