成對電解製備甘露醇和碘酸鉀的方法及裝置的製作方法
2023-08-09 22:20:21
專利名稱：成對電解製備甘露醇和碘酸鉀的方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種以蔗糖為原料，通過電解製取六元醇(甘露醇和山梨醇)的方法及裝置。
背景技術：
甘露醇又稱D-甘露糖醇，是山梨醇的同分異構體，均為六元醇。甘露醇為白色或無色結晶性粉末，無臭，具有清涼甜味，甜度相當於蔗糖的70％。甘露醇是一種重要的精細化工產品，可用作醫藥、醫藥添加劑、營養性甜味劑、增塑性表面活性劑等，隨著研究開發的不斷深入，甘露醇新的應用領域不斷得到開發，應用和發展前景十分廣闊。
碘酸鉀是一種白色稜柱狀的單斜晶系的無機化合物，其水溶液呈中性，不溶於乙醇。碘酸鉀是一種很重要的無機鹽，可作沉澱劑，農業上作飼料添加劑，醫藥上可作防治地方甲狀腺腫病的食鹽添加劑和抗腫瘤藥物。另外自九十年代起，我國施行以碘酸鉀代替碘化鉀作為食鹽加碘劑，由於碘酸鉀性能穩定、安全可靠，保存期可達三年之久。
甘露醇的製備方法主要是海帶提取法和高溫高壓催化加氫還原法並已實現工業化生產，目前電解法也是研究得比較多的製備甘露醇的方法。河北師範大學顧登平在著作《有機電合成進展》和《精細化工》2000年第10期採用電解氫化蔗糖或葡萄糖製備甘露醇和山梨醇，糖的轉化率為74％-86％；《精細化工》2003年11期和《牙膏工業》2004年第一期分別報導河北師範大學劉豔春等用蔗糖作原料，經水解生成轉化糖(等量的葡萄糖和果糖)，再經鉬酸銨轉化成葡萄糖、果糖、甘露糖的混合物。Raney Ni粉電極做陰極，PbO2/Ti電極做陽極，在隔膜電解槽中電解還原製取甘露醇、山梨醇，轉化率可達84％。另外南昌高等專科學校胡仲禹等在《南昌高專學報》報導以富果糖漿為原料，用電化學還原的方法製成藥用甘露醇，糖的轉化率達到80.3％。
電解法製備碘酸鉀的研究國內也有報導，福建師範大學的林文修等在莆田學院學報2005年第12卷第2期發表的「碘酸鉀電合成研究」和鹽湖研究1998年第6卷第4期發表的「碘酸鉀電化學製法的研究」報導了相關研究內容以碘和氫氧化鉀為原料，陽極材料為Pb-PbO2，陰極為不鏽鋼電極，應用電化學方法製備碘酸鉀，電解製造碘酸鉀的產率為89.7％，電流效率為98％，產品純度為99.2％。另外，淮海工學院化工系的黃超等在化學世界1997年第5期發表的「食品級碘酸鉀的電解合成」探討了以C1為媒介的間接電解法和鹼性介質金屬陽極直接電氧化法合成食品級碘酸鉀的實驗條件，井進行了放大實驗，實驗總產率為98.5％，純度為99.2％，電效率為96.4％。但未見國內有用成對電解合成碘酸鉀的文獻報導。
發明內容
本發明提供一種電解法同時製備甘露醇和碘酸鉀的方法以及電還原制甘露醇與電氧化制碘酸鉀的電解電流密度相近的特點，通過成對電解，陽極電解氧化I2製備碘酸鉀，陰極電解還原蔗糖製備甘露醇的方法及裝置。
本發明採用成對電解法的氧化和還原反應過程如下陽極氧化I2+2KOH+4H2O——→2KIO3+10H++10e陰極還原
本發明成對電解製備甘露醇和碘酸鉀的方法，選用板框式電解槽，所述的電解槽的特徵是選用有隔膜式電解槽，陽極用石墨、不鏽鋼，陰極用鎳，鈦鉛或其合金，隔膜用陰離子膜或雙極膜，陽極液含水、KOH、I2等，其中KOH濃度為1-5％，I2濃度為5-10％，陰極液含有蔗糖水解液、雷尼鎳催化劑，其中蔗糖濃度為20-50％，雷尼鎳催化劑的量為總重的10-40％，電解溫度30-60℃，電流密度3.0-5.0A/dm2，電解中陽極反應是I2氧化為碘酸鉀，陰極反應為蔗糖水解液還原為甘露醇及山梨醇，電解終點按反應理論電量的100-130％來確定。電解反應完成後，陽極液通過過濾去除少量固體雜質，然後蒸發濃縮至大量結晶析出，自然冷卻到室溫後放進冰箱冷卻結晶，過濾，烘乾後得到碘酸鉀白色結晶產品；陰極液過濾分離催化劑，催化劑留下次循環使用，濾液用活性炭脫色，再次進行過濾後濾液經陰-陽離子交換樹脂交換，以除去殘餘的催化劑和反應生成的色素，然後溶液移入旋轉蒸發器，將物料濃縮至60-70％濃度，先自然冷卻，加入少量甘露醇晶種，放入冰箱冷卻結晶，溫度控制在0-10℃，時間16-24小時，然後過濾分離，結晶為粗甘露醇，經重結晶可得工業級和醫藥級甘露醇，過濾剩下的母液為工業級山梨醇，可以通過分析測定其含量，山梨醇達到較高含量後將濾液合起來一起提純。
本發明的電解裝置的特點是採用有隔膜式電解槽，隔膜式電解槽用隔離膜分開陽極室和陰極室、電解溶液通過輸送設備轉移和循環，隔離膜採用陰離子膜或雙極膜，通常市售的陰離子膜或雙極膜均可採用，其中陰離子膜用均相離子膜更好。
本發明的優點在於成對電合成是指通過電解反應在陰陽極同時得到各自的產物。
1、兩極同時出產品，可以大大提高電流效率；2、可以大大提高電合成的時空效率；3、與單極反應相比，可降低生成成本，節省電能，提高電流效率。
4、本發明的工藝簡單，三廢少，效率高且收率高。
圖1是本發明的板框形電解槽結構示意圖。
圖1的部件序號1、陽極室罐，2、陽極液流量計；3、陽極液泵；4、陰極液流量計；5、陰極液泵；6、陰極室罐；7、陽極室；8、陰極室；9、陽離子膜。
本電解槽陽極用石墨、不鏽鋼，陰極用鎳，鈦鉛或其合金，隔膜用陰離子膜或雙極膜。
從圖中看到本電解槽的電解室用隔離膜9將其分為陽極室7和陰極室8，陽極室7和陰極室8的溶液分別由陽極液泵3和陰極液泵5從陽極室罐2和陰極室罐輸入電解室的陽極室7和陰極室8中，管路上分別安裝有陽極液流量計2和陰極液流量計4。
具體實施例方式
下面結合實施例進一步詳細說明。
實例1使用本發明人設計的板框形電解槽，陽極用β-PO2/Ti，陰極用鎳板，隔膜採用市售的陰離子交換膜和雙極膜，電極和隔膜面積均為0.25dm2。稱取800克蒸餾水、I254.0克、KOH21.6克，配成陽極液；取339克蔗糖水解液(還原糖濃度為43.47％)、300克雷尼鎳催化劑、12克KOH還有適量的蒸餾水配成約800ml陰極液。電解溫度40℃左右，電流密度3.2A/dm2，電解電量57A·h。電解完成後，陰極液過濾分離催化劑，濾液經分離提純得甘露醇254.1克；陽極液加熱近沸騰，趁熱過濾除去不溶物，溶液濃縮後冷卻結晶，過濾得到固體烘乾，得粗碘酸鉀克，用蒸餾水溶解精製，可得碘酸鉀成品89.2克，含量100.2％。電解總電流效率為166.2％。可以通過分析測定其含量，山梨醇達到較高含量後將濾液合起來一起提純。
實例2使用本發明人設計的板框形電解槽，陽極用β-PO2/Ti，陰極用鎳板，隔膜採用市售的陰離子交換膜和雙極膜，電極和隔膜面積均為0.25dm2。稱取800克蒸餾水、I254.0克、KOH21.6克，配成陽極液；取339克蔗糖水解液(還原糖濃度為43.47％)、300克雷尼鎳催化劑、12克KOH還有適量的蒸餾水配成約800ml陰極液。電解溫度40℃左右，電流密度3.2A/dm2，電解電量57A·h。陰陽極電解液處理方法同實例1，最後得到產品，含有甘露醇256.1克；碘酸鉀91.0克，含量100.1％。總電流效率為169.3％。
實例3使用本發明人設計的板框形電解槽，陽極用β-PO2/Ti，陰極用鎳板，隔膜採用市售的陰離子交換膜和雙極膜，電極和隔膜面積均為0.25dm2。稱取800克蒸餾水、I254.0克、KOH21.6克，配成陽極液；取339克蔗糖水解液(還原糖濃度為43.47％)、300克雷尼鎳催化劑、12克KOH還有適量的蒸餾水配成約800ml陰極液。電解溫度30℃左右，電流密度3.0A/dm2，電解電量57A·h。陰陽極電解液處理方法同實例1，最後得到產品，含有甘露醇245.3克；碘酸鉀87.0克，含量100.2％。總電流效率為160.5％。
實例4使用自製的板框形電解槽，陽極用β-PO2/Ti，陰極用不鏽鋼板，隔膜採用市售的均相離子交換膜和雙極膜，電極和隔膜面積均為0.25dm2。稱取800克蒸餾水、I254.0克、KOH21.6克，配成陽極液；取339克蔗糖水解液(還原糖濃度為43.47％)、300克雷尼鎳催化劑、12克KOH還有適量的蒸餾水配成約800ml陰極液。電解溫度50℃左右，電流密度5.0A/dm2，電解電量57A·h。陰陽極電解液處理方法同實例1，最後得到產品，含有甘露醇257.8克；碘酸鉀92.6克，含量100.0％。總電流效率為172.1％。
實例5使用自製的板框形電解槽，陽極用β-PO2/Ti，陰極用鎳板，隔膜採用市售的陰離子交換膜和雙極膜，電極和隔膜面積均為0.25dm2。稱取800克蒸餾水、I281.0克、KOH32.4克，配成陽極液；取508.5克蔗糖水解液(還原糖濃度為43.47％)、300克雷尼鎳催化劑、12克KOH還有適量的蒸餾水配成約800ml陰極液。電解溫度40℃左右，電流密度3.2A/dm2，電解電量85.5A·h。陰陽極電解液處理方法同實例1，最後得到產品，含有甘露醇382.8克；碘酸鉀135.9克，含量100.1％。總電流效率為162.6％。
實例6使用自製的板框形電解槽，陽極用β-PO2/Ti，陰極用鎳板，隔膜採用市售的陰離子交換膜和雙極膜，電極和隔膜面積均為0.25dm2。稱取800克蒸餾水、I254.0克、KOH21.6克，配成陽極液；取339克蔗糖水解液(還原糖濃度為43.47％)、300克雷尼鎳催化劑、12克KOH還有適量的蒸餾水配成約800ml陰極液。電解溫度60℃左右，電流密度5.0A/dm2，電解電量48A·h。陰陽極電解液處理方法同實例1，最後得到產品，含有甘露醇242.7克；碘酸鉀85.0克，含量100.3％。總電流效率為158.1％。
實例7使用自製的板框形電解槽，陽極用β-PO2/Ti，陰極用不鏽鋼板，隔膜採用市售的均相離子交換膜和雙級膜，電極和隔膜面積均為0.25dm2。稱取800克蒸餾水、I254.0克、KOH8.6克，配成陽極液；取339克蔗糖水解液(還原糖濃度為43.47％)、300克雷尼鎳催化劑、12克KOH還有適量的蒸餾水配成約800ml陰極液。電解溫度50℃左右，電流密度5.0A/dm2，電解電量57A·h。陰陽極電解液處理方法同實例1，最後得到產品，含有甘露醇259.5克；碘酸鉀92.1克，含量100.1％。總電流效率為172.3％。
實例8使用自製的板框形電解槽，陽極用β-PO2/Ti，陰極用不鏽鋼板，隔膜採用市售的陰離子交換膜和雙極膜，電極和隔膜面積均為0.25dm2。稱取800克蒸餾水、I281.0克、KOH21.6克，配成陽極液；取508.5克蔗糖水解液(還原糖濃度為43.47％)、300克雷尼鎳催化劑、18克KOH還有適量的蒸餾水配成約800ml陰極液。電解溫度30℃左右，電流密度3.0A/dm2，電解電量85.5A·h。陰陽極電解液處理方法同實例1，最後得到產品，含有甘露醇381.7克；碘酸鉀134.7克，含量100.1％。總電流效率為164.5％。
權利要求
1.一種成對電解製備甘露醇和碘酸鉀的方法，其特徵在於選用有隔膜式電解槽，陽極用β-PbO2/Ti，陰極用不鏽鋼、鎳板或其合金，隔膜用陰離子膜或雙極膜，陽極液含水、KOH、I2，陰極液含有蔗糖水解液、雷尼鎳催化劑，電解溫度30-60℃，電流密度3.0-5.0A/dm2，電解過程中陽極反應為I2氧化為碘酸鉀，陰極反應為蔗糖水解液還原為甘露醇及山梨醇，電解終點按反應理論電量的100-130％來確定。
2.根據權利要求1所述的成對電解製備甘露醇和碘酸鉀的方法，其特徵在於所說的陽極液KOH濃度為1-5％，I2濃度為5-10％。
3.一種如權利要求1所述的成對電解製備甘露醇和碘酸鉀的方法採用的裝置，其特徵在於該裝置採用有隔膜式電解槽，陽極用石墨、不鏽鋼，陰極用鎳，鈦鉛或其合金，隔膜式電解槽用隔離膜成分開陽極室和陰極室、電解溶液通過輸送設備轉移和循環，隔離膜採用市售的陰離子交換膜和雙極膜，陰離子膜最好採用均相離子膜。
全文摘要
本發明提出成對電解製備甘露醇和碘酸鉀的方法及裝置，即陽極電解氧化I
文檔編號C25B9/10GK101078128SQ20071012930
公開日2007年11月28日 申請日期2007年6月30日 優先權日2007年6月30日
發明者韋少平, 莫炳輝, 張麗娟, 柯敏, 李致寶, 許朝芳, 翁德洪 申請人:廣西壯族自治區化工研究院