电解法制备四甲基氢氧化铵的研究.pdf

第7卷第4期
材料研究与应用
2013年12月
MATERIALS RESEARCH AND APPLICATION
Dec,2013
文章编号:1673-9981(2013)04-0256-04
电解法制备四甲基氢氧化铵的研究
李杏英
广东省工业技术研究院(广州有色金属研究院),广东广州510650
摘要:在以四甲基氯化铵为原料,涂层钛阳极为阳极,不锈钢仟阴极, Nafion900阳离子膜为电解隔膜
的条件下,通过电解制备了四甲基氢氧化铵,并研究了电流密度、原料浓度、电解温度等因素对产物纯度
和电流效率的影响,以及电解液循环速率对钛阳极使用寿命的影响.实验结果表明,电流密度和电解液
循环速率是影响电流效率的主要因素,而电解温度对产物纯度的影响最大,电解液的循环速率对钛阳极
使用寿命的影响较大用该工艺制备四甲基氢氧化铵,电流效率可达74.7%,产品中CI质量分数低于
0.01%
关鍵词:电解;四甲基氢氧化铵;四甲基氯化铵
中图分类号:TQ226.3
文献标识码:A
四甲基氢氧化铵(TMAH是硅橡胶、硅树脂和
硅油等有机硅产品合成中一种重要的催化剂,有机1试验部分
环硅氧烷(简称D4)在催化剂TMAH存在下的开环
聚合反应是有机硅聚合物生产中应用最广泛的一种
1试验原理
方法.用这种方法制备羟基封端的聚二甲基硅氧烷,
电极反应时,电解液中的离子在电场力的作用
反应产物收率高,工艺操作简单,又能控制产物的分
子量,尤其是在反应加热过程中催化剂被分解,不用
下定向移动,由于阳离子交换膜具有选择透过性,因
在反应结束时再除去催化剂,保证了硫化胶的稳定此阴离子不能通过阳离子交换膜进行迁移.电解过
性.制备TMAH的方法很多,如氢氧化钾法、氧化程中阳极液中的CI在阳极放电,同时被阳离子交
银法和电解法等.氢氧化钾法生产TMAH是较传换膜阻隔不能进入阴极,而(CH3)4N在电场力的
统的方法,其工艺简单,成本不高,但由于其中的碱作用下可以透过阳离子交换膜进入阴极液并在阴极
金属离子较难除去,导致产品纯度不高.氧化银法因室富集;阴极液中的水分子在阴极上分解为氢气和
产品不可避免地含有微量银离子,因此用这种方法等当量的OH-,OH由于被阳离于交换膜阻隔也
制备的TMAH无论质量上还是成本上都难以符合不能进入阳极区,OH与(CH3),N'在阴极室结合
市场要求国外从七十年代开始采用电解法制备为(CH1),NOH且.这样,经过不断循环,阳极室的
TMAH,该法制备工艺简单、产品质量好、成本低.(CH),NCI逐渐消耗,而阴极液中的(CH3)1NOH
近年来,电解法制备TMAH的技术在我国逐步成浓度逐步提高.电极反应如ド:
熟并得到迅速推广[,本文主要介绍了以四甲基氯
阳极反应:2Cl--2e-Cl2↑
化铵(TMAC)为原料,用 Nafion900阳离子交换膜
阴极反应:2H2O+2e-→H2↑+2H(2
为电解隔膜的两室一膜电解法制备TMAH的
总反应:2(CH3)4NCI-2H2O
工艺
2(CH3)NOH+H2↑+Cl2个(3)
收稿日期:2013-08-02
作者简介:李杏英(1968-),女,湖南醴陵人,高级T程师,本科.
万方数据
第7卷第4期
李杏英:电解法制备四甲基氧化铵的研究
1.2试验原料
四甲基氯化铵溶液
四甲基氯化铵(化学纯):江苏省金坛市华东化
工研究所生产,其化学成分列于表1
表1四甲基氯化铵的化学成分
四甲基氢氧化铵溶液
Table 1 Quality standards of TMAC
成分四甲基氯化铵水分游离胺及胺盐灰分
质量分数u/%9.0%≤0.25%≤0.15%≤0.2%
离心分离
1.3试验方法
图2制备四甲基氢氧化铵的工艺流程图
图1为试验装置的示意图.试验装置中的阳离Fig2 Process flow diagram for preparing four methy!am
子交换膜是 Nafion900系列膜,其有效面积为
monium hydroxide
0.0376m2(140mm×340mm).用涂层钛阳极作阳
极,不锈钢作阴极,阳极液经过排氯增浓后返回阳极
液循环槽,以维持阳极液一定的(CH2)4NC!浓度,2试验结果和讨论
阴极液中的(CH)4NOH达到一定浓度后不断取
为了选择最佳工艺条件,我们分别对影响电流
出,同时添加离子水以维持阴极室中一定的
效率及产物纯度的因素如电流密度、原料浓度、电解
(CH3)4NOH浓度
温度等进行了试验,同时对电解液循环速率对钛阳
极使用寿命的影响也进行了试验
原料
夹板
夹板水
2.1电流密度的影响
在阳极液TMAC溶液的浓度为2.75mol/L,
阳极端板
阴板端板
阴极液TMAH溶液的浓度为2.75mol/L,电解温
温度计
阳离子隔温度计
度为35℃的条件下,进行电流密度对电流效率及产
阳极室
阴极室
物纯度影响的实验,实验结果列于表2.
阳极
阴极
阳极隔板
一阴极隔板
表2电流密度对电流效率和产物纯度影响的实验结果
Table 2 Effects of current density on current efficiency and
product purity results
电流密度电流效率产物TMAH溶液中Cl浓度
/(A?dm-3)/%
/(mmol?L1)
图1试验装置的示意图
Fig. 1 Schematic diagram of experimental unit
用水银温度计检测电解液的温度,用HZ1943
型数字万用表测槽电压.电解过程中定期分析检测
阴极液中的碱浓度及氯离子浓度,其中碱浓度用标
74.2
准盐酸溶液以甲基橙为指示剂滴定,阴极液中的氯
由表2可知,随着电流密度提高,电流效率降
离子以硝酸银为标准溶液用电位滴定法测定,杂质
低,而产物TMAH溶液中CI浓度的变化不明显
离子(Na-,K)用原子吸收分光光度法分析,重金
主要原因是随着电流密度提高,槽电压上升,电耗增
属离子用比色法测定
大.同时,在高电场力的作用下,CI的定向迁移占
1.4工艺流程
主导地位,而Cl的扩散迁移受到抑制.但是电流密
电解制备四甲基氢氧化铵的工艺流程如图2度也不是越低越好,因为电流密度过低,生产效率会
所示.
随之降低,所以在生产过程中电流密度一般控制在
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