利用微通道萃取硫酸铵水溶液中丁酮肟的方法

摘要

本发明公开了一种利用微通道萃取硫酸铵水溶液中丁酮肟的方法。包括如下步骤：(1)将含丁酮肟的硫酸铵水溶液作为水相，离子液体[BMIM]PF

说明书

技术领域

本发明涉及微管通道萃取技术领域，特别是涉及一种利用微通道萃取硫酸 铵水溶液中丁酮肟的方法。

技术背景

2-丁酮肟(以下简称丁酮肟)作为抗氧剂广泛应用于聚氨酯封闭剂，锅炉除 氧剂，涂料、油漆、油墨的防结皮剂中,也可作为硅橡胶类密封剂的有机合成中 间体。目前，国内生产丁酮肟的方法是酮胺法，该法会副产含有丁酮肟 (1000-10000ppm)的硫酸铵水溶液。由于硫酸铵结晶过程中排放的丁酮肟会污 染环境，同时也不利于结晶后工艺废水的循环使用，因此对于硫酸铵水溶液中 的丁酮肟应进行分离回收。申请者所在课题组的研究表明疏水性离子液体 [BMIM]PF₆在萃取回收硫酸铵水溶液中的丁酮肟方面有良好的效果(公开号 CN103588675A，名称为利用离子液体[BMIM]PF₆萃取硫酸铵溶液中丁酮肟的方法 的发明专利)，相比以前工艺中所用的传统有机溶剂，更为绿色、安全和节能。

而在传统的萃取工艺中多采用混合澄清槽、萃取塔等设备，普遍存在效率 低、设备体积大、操作和维修费用高等缺点。因此，对于硫酸铵水溶液中丁酮 肟的萃取，开发新的高效萃取分离技术和设备具有重要意义。

微化工系统是利用微加工和精密加工技术制造的小型化化工系统，其特点 是“三传一反”过程发生在特征尺度处于纳米级到微米级的微小空间内。微通 道是微化工系统的基本组成单位和关键组成部分，与传统设备相比，微通道具 有比表面积大、传质传热快、反应用量少、安全性能高、体积小、易于集成与 放大等优点，在化学、化工、生物、医学、能源等领域具有广泛的应用前景。

目前，在微通道用于萃取分离方面已有相关研究及应用，但具体到用离子 液体[BMIM]PF₆萃取丁酮肟生产过程中副产的硫酸铵溶液里的丁酮肟还未见报 道。

发明内容

本发明的目的是克服传统的萃取设备存在的效率低、体积大、操作和维修 费用高等缺点，提供一种利用微管通道萃取硫酸铵水溶液中丁酮肟的方法。

利用微通道萃取硫酸铵水溶液中丁酮肟的方法包括如下步骤：

(1)将含丁酮肟的硫酸铵水溶液作为水相，离子液体[BMIM]PF₆作为萃取剂， 水相和离子液体相分别通过两台流量泵注入微通道设备内，水相流量为 0.25-19.8mL/min，离子液体相流量为0.25-1.32mL/min，萃取温度为20℃，两 相在微通道设备内的停留时间为1-48s；

(2)两相进行传质后流出微通道设备，在出口处收集产物，静置分相，丁 酮肟从水相中被萃取到离子液体相中。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的微通道设备包括微混合 器和微管通道，流体在微混合器内混合后，在微管通道内进行传质，所述的微 管通道的内径为0.5-1mm，外径为1.50mm，长度为1m，微混合器为T型三通， 孔径为0.5-1mm，含丁酮肟的硫酸铵溶液中的丁酮肟含量为1000-10000ppm，硫 酸铵浓度小于40wt％。

与现有的传统萃取设备萃取方法相比，本发明的创新点在于利用微管通道 萃取硫酸铵水溶液中的丁酮肟，该方法具有比表面积大、传质快、体积小、易 于集成与放大等优点。

具体实施方式

利用微通道萃取硫酸铵水溶液中丁酮肟的方法包括如下步骤：

(1)将含丁酮肟的硫酸铵水溶液作为水相，离子液体[BMIM]PF₆作为萃取剂， 水相和离子液体相分别通过两台流量泵注入微通道设备内，水相流量为 0.25-19.8mL/min，离子液体相流量为0.25-1.32mL/min，萃取温度为20℃，两 相在微通道设备内的停留时间为1-48s；

(2)两相进行传质后流出微通道设备，在出口处收集产物，静置分相，丁 酮肟从水相中被萃取到离子液体相中。

所述的微通道设备包括微混合器和微管通道，流体在微混合器内混合后， 在微管通道内进行传质，所述的微管通道的内径为0.5-1mm，外径为1.50mm， 长度为1m，微混合器为T型三通，孔径为0.5-1mm，含丁酮肟的硫酸铵溶液中 的丁酮肟含量为1000-10000ppm，硫酸铵浓度小于40wt％。

本发明的有益效果：本发明提供的在微管通道中利用离子液体萃取硫酸铵 水溶液中的丁酮肟的方法，萃取效率高，大大缩短了萃取达到平衡的时间，从 传统萃取方式的几十分钟缩短到秒级范围。

本发明通过分光光度法测定水相中的丁酮肟浓度，分析原理为：丁酮肟在 酸性条件下水解，生成丁酮和羟胺，在加入过硫酸铵的条件下，羟胺与甲醛反 应生成甲酰氧肟酸，甲酰氧肟酸可与三价铁离子生成红色络合物，用紫外可见 分光光度计测量此络合物的吸光度即可得到水相中丁酮肟的浓度。

本发明用以下实施例作进一步说明，但并不限于以下实施例，在不脱离前 后所述宗旨的范围内，变化实施都包含在本发明的技术范围内。

实施例1

将丁酮肟浓度为10g/L(10000ppm)、硫酸铵浓度为0wt％的水溶液作为水相， 离子液体[BMIM]PF₆作为萃取剂，分别通过两台流量泵将两相注入微管通道，水 相和离子液体相流量均为0.735mL/min，两条管路用三通接头连接，两相在三通 接头处混合并在后续的1m长微管通道中进行传质，微管通道内径0.75mm，两相 停留时间为18s，温度控制为20℃。收集流出微管通道的两相，上层为水相， 下层为离子液体相。取上层水相，用去离子水稀释后用分光光度法分析其中所 含丁酮肟的浓度，然后再根据总体系丁酮肟的质量守恒，可以计算出离子液体 相中丁酮肟的浓度。由此可计算出萃取率为32.7％。

实施例2

将丁酮肟浓度为10g/L(10000ppm)、硫酸铵浓度为20wt％的水溶液作为水相， 离子液体[BMIM]PF₆作为萃取剂，分别通过两台流量泵将两相注入微管通道，水 相和离子液体相流量均为0.735mL/min，两条管路用三通接头连接，两相在三通 接头处混合并在后续的1m长微管通道中进行传质，微管通道内径0.75mm，两相 停留时间为18s，温度控制为20℃。收集流出微管通道的两相，上层为水相， 下层为离子液体相。取上层水相，用去离子水稀释后用分光光度法分析其中所 含丁酮肟的浓度，然后再根据总体系丁酮肟的质量守恒，可以计算出离子液体 相中丁酮肟的浓度。由此可计算出萃取率为66.5％。

实施例3

将丁酮肟浓度为10g/L(10000ppm)、硫酸铵浓度为40wt％的水溶液作为水相， 离子液体[BMIM]PF₆作为萃取剂，分别通过两台流量泵将两相注入微管通道，水 相和离子液体相流量均为0.735mL/min，两条管路用三通接头连接，两相在三通 接头处混合并在后续的1m长微管通道中进行传质，微管通道内径0.75mm，两相 停留时间为18s，温度控制为20℃。收集流出微管通道的两相，上层为水相， 下层为离子液体相。取上层水相，用去离子水稀释后用分光光度法分析其中所 含丁酮肟的浓度，然后再根据总体系丁酮肟的质量守恒，可以计算出离子液体 相中丁酮肟的浓度。由此可计算出萃取率为86.0％。

实施例4

将丁酮肟浓度为1g/L(1000ppm)、硫酸铵浓度为20wt％的水溶液作为水相， 离子液体[BMIM]PF₆作为萃取剂，分别通过两台流量泵将两相注入微管通道，水 相和离子液体相流量均为0.735mL/min，两条管路用三通接头连接，两相在三通 接头处混合并在后续的1m长微管通道中进行传质，微管通道内径0.75mm，两相 停留时间为18s，温度控制为20℃。收集流出微管通道的两相，上层为水相， 下层为离子液体相。取上层水相，用去离子水稀释后用分光光度法分析其中所 含丁酮肟的浓度，然后再根据总体系丁酮肟的质量守恒，可以计算出离子液体 相中丁酮肟的浓度。由此可计算出萃取率为62.9％。

实施例5

将丁酮肟浓度为10g/L(10000ppm)、硫酸铵浓度为20wt％的水溶液作为水相， 离子液体[BMIM]PF₆作为萃取剂，分别通过两台流量泵将两相注入微管通道，水 相流量设置为0.25mL/min，离子液体相流量设置为1.25mL/min，停留时间为 17.7s，两条管路用三通接头连接，两相在三通接头处混合并在后续的1m长微 管通道中进行传质，微管通道内径0.75mm，两相停留时间为18s，温度控制为 20℃。收集流出微管通道的两相，上层为水相，下层为离子液体相。取上层水 相，用去离子水稀释后用分光光度法分析其中所含丁酮肟的浓度，然后再根据 总体系丁酮肟的质量守恒，可以计算出离子液体相中丁酮肟的浓度。由此可计 算出萃取率为65.0％。

实施例6

将丁酮肟浓度为10g/L(10000ppm)、硫酸铵浓度为20wt％的水溶液作为水相， 离子液体[BMIM]PF₆作为萃取剂，分别通过两台流量泵将两相注入微管通道，水 相流量设置为1.25mL/min，离子液体相流量设置为0.25mL/min，停留时间为 17.7s，两条管路用三通接头连接，两相在三通接头处混合并在后续的1m长微 管通道中进行传质，微管通道内径0.75mm，两相停留时间为18s，温度控制为 20℃。收集流出微管通道的两相，上层为水相，下层为离子液体相。取上层水 相，用去离子水稀释后用分光光度法分析其中所含丁酮肟的浓度，然后再根据 总体系丁酮肟的质量守恒，可以计算出离子液体相中丁酮肟的浓度。由此可计 算出萃取率为35.5％。

实施例7

将丁酮肟浓度为10g/L(10000ppm)、硫酸铵浓度为20wt％的水溶液作为水相， 离子液体[BMIM]PF₆作为萃取剂，分别通过两台流量泵将两相注入微管通道，水 相和离子液体相流量均为0.325mL/min，两条管路用三通接头连接，两相在三通 接头处混合并在后续的1m长微管通道中进行传质，微管通道内径0.5mm，两相 停留时间为18s，温度控制为20℃。收集流出微管通道的两相，上层为水相， 下层为离子液体相。取上层水相，用去离子水稀释后用分光光度法分析其中所 含丁酮肟的浓度，然后再根据总体系丁酮肟的质量守恒，可以计算出离子液体 相中丁酮肟的浓度。由此可计算出萃取率为71.4％。

实施例8

将丁酮肟浓度为10g/L(10000ppm)、硫酸铵浓度为20wt％的水溶液作为水相， 离子液体[BMIM]PF₆作为萃取剂，分别通过两台流量泵将两相注入微管通道，水 相和离子液体相流量均为1.305mL/min，两条管路用三通接头连接，两相在三通 接头处混合并在后续的1m长微管通道中进行传质，微管通道内径1mm，两相停 留时间为18s，温度控制为20℃。收集流出微管通道的两相，上层为水相，下 层为离子液体相。取上层水相，用去离子水稀释后用分光光度法分析其中所含 丁酮肟的浓度，然后再根据总体系丁酮肟的质量守恒，可以计算出离子液体相 中丁酮肟的浓度。由此可计算出萃取率为59.4％。

实施例9

将丁酮肟浓度为10g/L(10000ppm)、硫酸铵浓度为20wt％的水溶液作为水相， 离子液体[BMIM]PF₆作为萃取剂，分别通过两台流量泵将两相注入微管通道，水 相和离子液体相流量均为0.275mL/min，两条管路用三通接头连接，两相在三通 接头处混合并在后续的1m长微管通道中进行传质，微管通道内径0.75mm，两相 停留时间为48s，温度控制为20℃。收集流出微管通道的两相，上层为水相， 下层为离子液体相。取上层水相，用去离子水稀释后用分光光度法分析其中所 含丁酮肟的浓度，然后再根据总体系丁酮肟的质量守恒，可以计算出离子液体 相中丁酮肟的浓度。由此可计算出萃取率为73.2％。

实施例10

将丁酮肟浓度为10g/L(10000ppm)、硫酸铵浓度为20wt％的水溶液作为水相， 离子液体[BMIM]PF₆作为萃取剂，分别通过两台流量泵将两相注入微管通道，水 相流量设置为19.8mL/min，离子液体相流量设置为1.32mL/min，两条管路用三 通接头连接，两相在三通接头处混合并在后续的1m长微管通道中进行传质，微 管通道内径0.75mm，两相停留时间为1s，温度控制为20℃。收集流出微管通道 的两相，上层为水相，下层为离子液体相。取上层水相，用去离子水稀释后用 分光光度法分析其中所含丁酮肟的浓度，然后再根据总体系丁酮肟的质量守恒， 可以计算出离子液体相中丁酮肟的浓度。由此可计算出萃取率为13.9％。