三室两膜电解法制备四甲基氢氧化铵研究

摘要

高纯度四甲基氢氧化铵(TMAH)主要应用于液晶显示屏和印刷电路板,随着电子产业的快速发展,国内外对其需求量正逐年递增,但传统TMAH制备工艺存在产品纯度不高、工艺污染环境等缺点。基于此,本文对制各TMAH的新工艺进行研究,获得了高效、绿色的TMAH制备工艺技术。
　　 针对传统TMAH制备工艺中存在的问题,通过对比分析两种典型制备工艺,确定本文以四甲基碳酸氢铵(TMAC)为原料,采用三室两膜电解法制备TMAH。
　　 首先,对TMAC的合成工艺进行了放量试验。在课题组前期得到的小试工艺条件下进行了放量预实验,得到碳酸二甲酯(DMC)转化率为83.6％、水解转化率92.8%,并通过红外光谱和核磁共振对制得的产品进行了表征。在此基础上,考察了原料摩尔比、反应温度、反应时间及反应压力对关键原料DMC转化率的影响,得到适宜的工艺参数为:原料摩尔比1∶1.3、反应温度130℃、反应时间6 h、反应压力2.6 Mpa,在该条件下,DMC转化率达到90.7%,与小试实验的结果接近。
　　 然后,进行了三室两膜电解法制备TMAH的预实验。通过预实验,确定旭化成F4602为阳离子交换膜,并通过红外光谱和核磁共振对制得的产品进行了表征,实验所得图谱与标准图谱吻合,表明该产品为TMAH。
　　 最后,以电流效率为指标,对三室两膜电解法制备TMAH的工艺进行了优化,考察了原料液浓度、电解温度和电流密度对电流效率的影响,通过单因素和正交设计实验,得到适宜的工艺条件为:旭化成F4602阳离子交换膜,Nepem417阴离子交换膜,TMAC浓度2.5 mol/L,反应时间50 min,阳极液(Na2SO4)浓度0.2 mol/L,电流密度1600 A/m2,电解温度35-50℃,在该条件下,电流效率可达87.4%,产品中所含金属离子含量小于5 ppb,通过3次平行实验,所得电流效率较为接近,表明采用的电解工艺比较稳定。并对TMAC浓度和电流密度对槽电压和能耗的影响进行了考察,结果表明:电流密度为1600A/m2时,槽电压和能耗均随TMAC浓度的增加而下降;当TMAC浓度为2.5mol/L时,槽电压和能耗均随电流密度的增大而增大。