一种连续制备连二亚硫酸盐的方法及装置

本发明涉及一种连二亚硫酸盐的制备方法，具体涉及一种连续制备连二亚硫酸盐的方法及装置，属于电解工艺。

背景技术：

1、现有技术当中，连二亚硫酸盐制备主要以甲酸钠法为主，生产流程长，能耗较高，且会释放大量co2气体。迫切需要开发新技术以取代高能耗生产的生产方式。随着我国对风电、光电等可再生能源的大力支持与发展，开发电化学合成连二亚硫酸盐技术以取代传统化学合成方法具有广泛的市场潜力与需求。

2、此外，连二亚硫酸盐是一种强还原剂，多用作造纸行业的漂白剂。其化学性质不稳定，具有易燃、自燃、爆炸等危险属性，存储、运输困难。在实际使用中需要现配现用，增加了使用成本。而电化学合成连二亚硫酸盐具有现场制备与利用的潜力，这将极大的降低连二亚硫酸盐的使用成本。

3、对于上述技术问题，现有技术多以阳离子交换膜或阴离子交换膜为隔膜，从而实现连二亚硫酸盐的快速制备，但这也将导致随着电解时间延长电解液ph的剧烈变化，甚至严重降低产物的选择性。为解决长时间电解液ph变化的问题，目前文献中报道的方法多为添加一定浓度的乙酸、磷酸等缓冲试剂，这额外引入了杂质，且没有从根本上解决问题。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明的第一个目的在于提供一种连续制备连二亚硫酸盐的装置，该装置采用双极膜为隔膜，通过电解液循环装置，在保证产率不降低的前提下，极大程度的稳定电极附近的ph值，解决了连二亚硫酸盐过程中电解液ph波动的问题，保证了产物的选择性稳定维持在较高水平。

2、本发明的第二个目的在于提供一种续制备连二亚硫酸盐的方法，该方法基于本发明所提供的装置，通过控制反应过程中原料的浓度及流速比，从而调节产物的产率，该方法全程无需添加任何缓冲溶液，不引入新的杂质，所得产物的纯度较高，且在连续化生产过程中，产物的选择性可稳定维持在80％左右。

3、为实现上述技术目的，本发明提供了一种连续制备连二亚硫酸盐的电解装置，该装置包括电解槽和连接在电解槽上的电解液循环系统；所述电解槽包括由上至下的阴极端板(1)、带有流道的阴极集流板(2)、阴极电极(3)、隔膜(4)、阳极电极(5)、带有流道的阳极集流板(6)、阳极端板(7)和开设有阴极电极和阳极电极槽孔的垫片(8)；所述隔膜为双极膜。

4、作为一项优选的方案，所述阴极端板和阳极端板的材料为硬质绝缘材料。

5、作为一项优选的方案，所述带有流道的阴极集流板和阳极集流板的材料为高导电性金属材料。

6、作为一项优选的方案，所述高导电性金属材料为碳、钛、铁、铜、银和金中的至少一种。进一步优选，所述高导电性金属材料为碳和/或钛。

7、作为一项优选的方案，所述带有流道的阴极集流板和阳极集流板的流道结构为插指型、蛇型和回型中的一种。进一步优选，所述阴极集流板和阳极集流板的流道结构为插指型。

8、作为一项优选的方案，所述阴极电极的材料为亲水性高导电多孔材料。

9、作为一项优选的方案，所述高导电性多孔材料为碳、铁、铜、铅、银和金中的至少一种。

10、作为一项优选的方案，所述高导电性多孔材料为碳纸、碳布、泡沫铜、泡沫银、泡沫金和以碳纸或碳布负载银、金、铜金属中的至少一种。

11、作为一项优选的方案，所述阳极电极的材料为泡沫镍、铂碳纸和氧化铱碳纸中的一种。

12、作为一项优选的方案，所述垫片为硅胶垫片。

13、作为一项优选的方案，所述电解液循环系统包括阴极电解液储液罐、阳极电解液储液罐、蠕动泵及相应管路。

14、作为一项优选的方案，所述阴极电解液储液罐可调节罐体曝气和密封。

15、作为一项优选的方案，所述阴极电解液储液罐与电解槽阴极、蠕动泵通过管路相连。

16、作为一项优选的方案，所述阳极电解液储液罐与电解槽阳极、蠕动泵通过管路相连。

17、本发明还提供了一种连续制备连二亚硫酸盐的方法，通过上述任意一项所述的装置电解获得。

18、作为一项优选的方案，所述连续制备连二亚硫酸盐的方法包括以下步骤：

19、1)向阴极电解液储液罐和阴极电解液储液罐中分别加入亚硫酸氢盐溶液和强碱溶液；

20、2)启动蠕动泵，向电解装置阴极和阳极泵送阴极电解液和阳极电解液，并向阴极电解液储液罐中通入保护气排除空气和溶解氧，通电电解。

21、作为一项优选的方案，所述强碱溶液为氢氧化钾溶液和/或氢氧化钠溶液，其浓度为0.5～2mol l-1。

22、作为一项优选的方案，所述亚硫酸氢盐溶液的浓度为浓度为0.1～3mol l-1。

23、作为一项优选的方案，所述亚硫酸氢盐溶液与强碱溶液的流量比为1:1～3。

24、作为一项优选的方案，所述保护气为氮气、氩气和氦气中的至少一种。

25、相对于现有技术，本发明的有益技术效果如下：

26、1)本发明提供的电解装置采用双极膜为隔膜，通过电解液循环装置，在保证产率不降低的前提下，极大程度的稳定了阴极电解液的ph值，解决了连二亚硫酸盐过程中电解液ph波动的问题，保证了产物的选择性稳定维持在较高水平。

27、2)本发明所提供的连续制备方法基于本发明所提供的装置，通过控制反应过程中原料的浓度及流速比，从而调节产物的产率，该方法全程无需添加任何缓冲溶液，不引入新的杂质，所得产物的纯度较高，且在连续化生产过程中，产物的选择性可稳定维持在80％左右。

技术特征：

1.一种连续制备连二亚硫酸盐的电解装置，其特征在于：包括电解槽和连接在电解槽上的电解液循环系统；所述电解槽包括由上至下的阴极端板(1)、带有流道的阴极集流板(2)、阴极电极(3)、隔膜(4)、阳极电极(5)、带有流道的阳极集流板(6)、阳极端板(7)和开设有阴极电极和阳极电极槽孔的垫片(8)；所述隔膜为双极膜。

2.根据权利要求1所述的一种连续制备连二亚硫酸盐的电解装置，其特征在于：所述阴极端板和阳极端板的材料为硬质绝缘材料；所述带有流道的阴极集流板和阳极集流板的材料为高导电性金属材料；所述带有流道的阴极集流板和阳极集流板的流道结构为插指型、蛇型和回型中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种连续制备连二亚硫酸盐的电解装置，其特征在于：所述阴极电极的材料为亲水性高导电多孔材料。

4.根据权利要求1所述的一种连续制备连二亚硫酸盐的电解装置，其特征在于：所述阳极电极的材料为泡沫镍、铂碳纸和氧化铱碳纸中的一种；所述垫片为硅胶垫片。

5.根据权利要求1所述的一种连续制备连二亚硫酸盐的电解装置，其特征在于：所述电解液循环系统包括阴极电解液储液罐、阳极电解液储液罐、蠕动泵及相应管路；所述阴极电解液储液罐可调节罐体曝气和密封。

6.根据权利要求5所述的一种连续制备连二亚硫酸盐的电解装置，其特征在于：所述阴极电解液储液罐与电解槽阴极、蠕动泵通过管路相连；所述阳极电解液储液罐与电解槽阳极、蠕动泵通过管路相连。

7.一种连续制备连二亚硫酸盐的方法，其特征在于：通过权利要求1～6任意一项所述的装置电解获得。

8.根据权利要求7所述的一种连续制备连二亚硫酸盐的方法，其特征在于：包括以下步骤：

9.根据权利要求7所述的一种连续制备连二亚硫酸盐的方法，其特征在于：所述强碱溶液为氢氧化钾溶液和/或氢氧化钠溶液，其浓度为0.5～2mol l-1；所述亚硫酸氢盐溶液的浓度0.1～3mol l-1；所述亚硫酸氢盐溶液与强碱溶液的流量比为1:1～3。

10.根据权利要求7所述的一种连续制备连二亚硫酸盐的方法，其特征在于：所述保护气为氮气、氩气和氦气中的至少一种。

技术总结本发明公开了一种连续制备连二亚硫酸盐的方法及装置。该装置包括电解槽和连接在电解槽上的电解液循环系统；所述电解槽包括由上至下的阴极端板(1)、带有流道的阴极集流板(2)、阴极电极(3)、隔膜(4)、阳极电极(5)、带有流道的阳极集流板(6)、阳极端板(7)和开设有阴极电极和阳极电极槽孔的垫片(8)；所述隔膜为双极膜。在连续化生产时，分别向阴极和阳极泵送阴极电解液和阳极电解液，排除空气后再进行电解。该装置采用双极膜为隔膜，通过电解液循环装置，在保证产率不降低的前提下，极大程度的稳定了阴极电解液的pH值，解决了电化学制备连二亚硫酸盐过程中阴极电解液pH升高的问题，保证了产物的选择性稳定维持在较高水平。技术研发人员：刘恢,付迎雪,向开松,沈峰华,刘旭东,伍琳,王珠江,许开龙,龙嘉琦受保护的技术使用者：中南大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18