一種純化工業過氧化氫溶液的方法與流程
2023-05-28 17:02:21 2
本發明涉及純化工業過氧化氫溶液的方法。
背景技術：
蒽醌法是目前工業過氧化氫溶液主要生產技術。由於該技術生產過程中需加入穩定劑、萃取劑等，並依靠金屬管道、設備進行輸送和貯存，使生產的工業過氧化氫溶液含有較多的有機物、無機物和顆粒物等雜質。有機雜質(以總有機碳計)含量在100～500ppm，其主要包括芳烴、烷基蒽醌、酯、醇、酚、酮類化合物等；無機雜質含量130～500ppm，其主要包括金屬陽離子及其絡合物、無機酸根陰離子等。食品、有機合成等領域對過氧化氫溶液的雜質含量都有嚴格的要求，其中有機碳含量≤80ppm、不揮發物≤60ppm、磷酸鹽≤50ppm、金屬離子≤10ppm。因此，工業過氧化氫溶液需要經過純化處理，以達到符合實際應用的質量要求。
為了去除工業過氧化氫溶液中的雜質，本領域技術人員相繼開發了許多純化方法。目前，使用較為廣泛的純化技術是吸附樹脂和離子交換樹脂相組合的方法，其中，陰離子交換樹脂主要用來去除磷酸根等雜質。由於過氧化氫溶液具有強氧化性和弱酸性，其會破壞陰離子交換樹脂的骨架結構，使其失去離子交換能力，同時可能產生有機過氧化物或環氧化物，嚴重時甚至會引起劇烈爆炸，所以陰離子交換樹脂的應用條件比較苛刻，其操作溫度通常控制在5～10℃，若操作溫度超出此範圍，使用陰離子交換樹脂存在安全隱患，同時過氧化氫存在分解的危險，隨著溫度上升，過氧化氫分解會加劇，甚至會引起爆炸。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是提供一種純化工業過氧化氫溶液的方法。該方法工藝條件溫和，易於實施；不使用陰離子交換樹脂，消除其產生有機過氧化物或環氧化物和與過氧化氫接觸發生分解的危險，可實現連續化大規模生產。
本發明的技術方案為：採用工業過氧化氫溶液為原料，通過一級過濾器過濾去除75μm以上大顆粒雜質，過濾後的物料通過吸附樹脂柱去除有機物雜質；然後通過至少一組串聯的氧化鋁柱和陽離子交換樹脂柱去除離子雜質，最後物料進入二級過濾器去除小顆粒雜質，從而製得純化過氧化氫溶液產品。該產品品質符合食品、有機合成等領域需求。
上述去除有機物雜質的吸附樹脂柱可以採用單一吸附樹脂柱或串聯的兩種吸附樹脂柱。吸附樹脂為非極性樹脂，或為串聯的非極性和弱極性兩種吸附樹脂。
工業過氧化氫溶液的濃度一般為27.5％～50.0wt％。氧化鋁柱操作溫度在5～40℃。氧化鋁中Al2O3≥90wt％，其粒徑為1～4mm，比表面積≥100m2/g，孔容0.6～1.1cm3/g。氧化鋁使用前需採用無機鹼、無機酸、純水進行預處理或再生。無機鹼為鹼金屬氫氧化物水溶液，如氫氧化鈉、氫氧化鉀水溶液等，無機酸為硫酸、硝酸水溶液等。鹼金屬氫氧化物和無機酸水溶液的濃度均為0.1％～10wt％，使用量2～8BV，處理速率1～8BV/h。
該方法設備簡單、工藝條件溫和、安全性高、產品穩定度好、可實現連續化大規模生產。
本發明和現有技術相比，具有如下優點：解決了過氧化氫與陰離子交換樹脂接觸易分解、操作條件苛刻和工藝安全性差等技術難題。同時有效去除過氧化氫溶液中有機物、陰陽離子和顆粒雜質，所製得精製過氧化氫溶液為無色透明液體、產品穩定性好，產品質量符合食品、有機合成等領域的質量要求。
具體實施方式
以下結合實施例對本發明做進一步說明。
非極性吸附樹脂、弱極性吸附樹脂、氧化鋁、陽離子交換樹脂的型號及廠家分別為LSA-5/LSA-5BG(西安電力樹脂廠)、AB-8(南開大學化工廠)、AO-18(黎明化工研究設計院有限責任公司)、LSA-101A(西安電力樹脂廠)。吸附柱直徑為φ133mm，交換柱直徑為φ100mm，裝填高徑比6.5，且陽離子交換樹脂為氫型。
純化工藝：將原料工業過氧化氫溶液，通過泵提供動力進入一級過濾器除去大顆粒雜質，經流量計控制流量後依次進入單一或串聯的兩種吸附樹脂柱，去除料液中有機物雜質，料液依次進入串聯的氧化鋁柱和陽離子交換樹脂柱，去除離子雜質，最後料液進入二級過濾器去除小顆粒雜質。
實施例1
在本實施例中，氧化鋁預處理工藝如下：首先採用4倍床層體積、濃度為0.5wt％的氫氧化鈉水溶液、以2.5BV/h流速處理氧化鋁，然後同樣體積、濃度為10wt％的硝酸以相同流速處理氧化鋁，最後用純水洗滌氧化鋁至接近中性。
工業過氧化氫溶液濃度為35.8wt％。氧化鋁指標為：Al2O3含量為97.35wt％、粒度為2.24mm、比表面積為135m2/g、孔容0.93cm3/g。
純化工藝如上所述，採用兩級過濾器去除顆粒雜質，通過吸附樹脂柱去除有機物雜質，通過氧化鋁柱和陽離子交換樹脂柱去除離子雜質。氧化鋁柱操作溫度為30℃，過氧化氫溶液每小時生產量為氧化鋁體積的5倍，且其產量可根據原料和產品需求品質進行調節。過氧化氫溶液的穩定度由純化前的90.9％提高到98.2％，磷酸鹽、鉛和砷等含量未檢出，錫≤100ppb、鐵≤15ppb，符合食品、消毒劑領域對過氧化氫溶液的雜質含量要求。
實施例2
本實施例中氧化鋁為再生後的氧化鋁，其再生工藝如下：首先採用2倍床層體積、濃度為2wt％的氫氧化鉀水溶液、以4BV/h流速處理氧化鋁，然後採用1.25倍床層體積、濃度為0.5wt％的硫酸溶液、以6BV/h流速處理氧化鋁，最後用純水洗滌氧化鋁球至接近中性。氧化鋁的工作吸附量再生恢復率可以達到氧化鋁的92％以上。
氧化鋁柱操作溫度為25℃，其他同實施例1。純化後產品指標為：濃度35.6wt.％、穩定度98.4％、酸度0.016％、不揮發物0.0046％、磷酸鹽0.0005％、總有機碳0.0030％、錫63ppb、鐵10ppb、鉛和砷指標未檢出。其符合食品、消毒劑領域對過氧化氫溶液的雜質含量要求。
實施例3
在本實施例中，氧化鋁預處理工藝如下：首先採用8倍床層體積、10wt.％氫氧化鈉水溶液、以8BV/h流速處理氧化鋁，然後同樣體積、2.5wt.％硫酸以相同流速處理氧化鋁，最後用純水洗滌氧化鋁至接近中性。
以50％工業級過氧化氫溶液為原料，氧化鋁柱的操作溫度10℃，過氧化氫溶液每小時生產量為氧化鋁體積的5倍。其他同實施例1。
氧化鋁和陽離子交換樹脂去除磷酸鹽和陽離子雜質效果顯著，純化產品符合有機合成領域對過氧化氫溶液的雜質含量要求。
實施例4
在本實施例中，氧化鋁預處理工藝如下：首先採用6倍床層體積、4wt.％氫氧化鉀水溶液、以2.0BV/h流速處理氧化鋁，然後同樣體積、2wt.％硝酸、以相同流速處理氧化鋁，最後用純水洗滌氧化鋁至接近中性。
以28.4wt.％工業過氧化氫溶液為原料，氧化鋁指標為：Al2O3≥95.4wt.％、粒度為1.6mm、比表面積為150m2/g、孔容0.85mL/g。氧化鋁柱的操作溫度40℃，過氧化氫溶液每小時生產量為氧化鋁體積的6倍，且其產量可根據原料和產品需求品質進行調節。其他同實施例1。所得產品過氧化氫溶液的穩定度得到改善，其品質符合食品、消毒劑領域對過氧化氫溶液的雜質含量要求。