鹽析-萃取工藝分離2－甲基咪唑母液的研究

張 譯，丁一剛，楊昌炎，樂武陽，吳禎禎

（武漢工程大學(xué) 化工與制藥學(xué)院 湖北省新型反應(yīng)器與綠色化學(xué)工藝重點實驗室綠色化工過程省部共建教育部重點實驗室，湖北 武漢 430073）

工程師園地

鹽析-萃取工藝分離2－甲基咪唑母液的研究

張 譯，丁一剛，楊昌炎，樂武陽，吳禎禎

（武漢工程大學(xué) 化工與制藥學(xué)院 湖北省新型反應(yīng)器與綠色化學(xué)工藝重點實驗室綠色化工過程省部共建教育部重點實驗室，湖北 武漢 430073）

研究了2－甲基咪唑母液的鹽析-萃取法分離工藝?？疾炝薔aOH、NaCl的濃度、萃取溫度3個因素對2－甲基咪唑萃取率的影響，通過單因素實驗和正交實驗確定最佳分離條件為：NaOH濃度為2.5mol·L-1（NaOH的摩爾數(shù)：母液濃縮后體積，下同），NaCl濃度為2.6mol·L-1，萃取溫度為70℃，此時，萃取率為83.74%。鹽析-萃取法分離2－甲基咪唑母液具有工藝簡單、回收率高、成本低等特點，是適用于工業(yè)化生產(chǎn)的一種能有效分離2－甲基咪唑母液的方法。

鹽析-萃取；2－甲基咪唑；正交實驗

Abstract:The technology of the separation of 2-methylimidazole from 2-methylimidazole mother liquor by salting-out extraction was investigated.The effects of NaOH and NaCl concentration,the temperature on the extraction rate of 2-methylimidazole were studied．Through single factor experiment and orthogonal experiment,the optimum separation conditions were determined as follows:the NaOH concentration was 2.5mol·L-1（the mol of NaOH:the volume of concentrated mother liquor）,the NaCl concentration was 2.6mol·L-1and the extraction temperature was 70℃ ．Under above conditions,the rate of extraction was 83.74% ．The salting-out extraction can separate 2-methylimidazole from 2-methylimidazole mother liquor in higher extraction rate with simple process and less cost．It is a effectiveway to separate 2-methylimidazolemother liquor in industrialized production．

Key words:salting-out extraction;2-methylimidazole;orthogonal test

2－甲基咪唑是一種重要的精細化工產(chǎn)品，用于生產(chǎn)甲硝唑、二甲硝咪唑等藥物中間體，也可用作環(huán)氧樹脂等固化劑，纖維織品染料的輔助劑。另外，在制備泡沫塑料中也可用作添加劑。現(xiàn)在工業(yè)上一般用結(jié)晶的方法對2－甲基咪唑母液進行分離，經(jīng)過兩次結(jié)晶后產(chǎn)品能達到技術(shù)指標(biāo)要求，但經(jīng)兩次結(jié)晶后的母液仍含有大量2－甲基咪唑，如再進行第三次結(jié)晶，產(chǎn)品純度低、色度深、收率低，很難達到其技術(shù)指標(biāo)要求。本文采用鹽析-萃取[1，2]的方法對2－甲基咪唑母液進行分離，并對影響2－甲基咪唑母液分離的諸多因素進行考察，經(jīng)篩選得到了最佳的鹽析－萃取分離工藝。

1 實驗部分

1.1 主要試劑、原料及儀器

苯、NaOH、NaCl、AgNO3、NH3·H2O、濃 HNO3、硫酸鐵（Ш）銨、NH4SCN均為分析純。

實驗原料為湖北某企業(yè)提供的含19%～20%（質(zhì)量比）2－甲基咪唑母液，該母液是由乙二醛、乙醛和氨水經(jīng)環(huán)合反應(yīng)后得到。

集熱式恒溫加熱磁力攪拌器；電動機；循環(huán)水式真空泵；分析天平；電熱鼓風(fēng)干燥箱；真空干燥箱。

1.2 流程及方法

1.2.1 實驗流程 本實驗采用鹽析-萃取工藝分離2－甲基咪唑母液，其原理是利用鹽析效應(yīng)使過飽和的2－甲基咪唑從母液中析出，析出的2－甲基咪唑晶體不純物用苯進行萃取。

向含量為19%～20%的2－甲基咪唑母液中加入鹽析劑，鹽析劑由NaOH和NaCl組成，于室溫、攪拌的條件下鹽析15min，抽濾，濾渣用一定量的苯萃取，得到苯層，對苯層進行減壓蒸餾蒸，蒸出的苯循環(huán)再利用，蒸出苯后的晶體于真空干燥3h后，得2－甲基咪唑產(chǎn)品。其工藝簡圖見圖1。

圖1 鹽析—萃取工藝的工藝簡圖Fig.1 Technologic chatof salting-outextraction

1.2.2 分析方法 2－甲基咪唑含量采用Q/LH.J0202－95企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進行分析，該分析方法采用硫氰酸銨標(biāo)準(zhǔn)溶液反滴與2－甲基咪唑未反應(yīng)完的Ag+，以硫酸鐵（Ш）銨溶液為指示劑。

2 結(jié)果與討論

2.1 NaOH的濃度對萃取率的影響

取相比（O/W，苯的體積與2－甲基咪唑母液濃縮前的體積之比，下同）2∶1；萃取溫度70℃；萃取時間 30min；NaCl的濃度 2.91mol·L-1，考察 NaOH 的濃度對萃取率的影響，結(jié)果見圖2。

圖2 NaOH的濃度對萃取率的影響Fig.2 Effectof NaOH concentration on extraction rate

由圖2可知，當(dāng)NaOH濃度小于2.5mol·L-1時，萃取率隨著NaOH的濃度的增大而上升。而NaOH的濃度達到2.5mol·L-1時，萃取率已達到80%以上。再加入NaOH，萃取率上升已不明顯。NaOH的加入量過大時，溶液中的NaOH已達到飽和，起鹽析作用的是溶解于母液的NaOH，而溶解于母液的NaOH的量不再增加，故當(dāng)NaOH的加入量達到一定量時，再加入NaOH，萃取率上升已不明顯。

2.2 NaCl的濃度對萃取率的影響

萃取相比2∶1；萃取溫度70℃；萃取時間30min；NaOH 濃度 2.49mol·L-1，考察 NaCl的濃度對萃取率的影響，結(jié)果見圖3。

圖3 NaCl的濃度對萃取率的影響Fig.3 Effectof NaCl concentration on extraction rate

由圖3可知，萃取率隨著NaCl濃度的增大而上升。當(dāng)NaCl濃度達到2mol·L-1時，萃取率已達到80%以上。再加大NaCl的濃度，萃取率上升已不明顯。NaCl的加入量過大時，溶液中的NaCl已達到飽和，起鹽析作用的是溶解于母液的NaCl，而溶解于母液的NaCl的量不再增加，故當(dāng)NaCl的加入量達到一定量時，再加入NaCl，萃取率上升已不明顯。

2.3 萃取溫度對萃取率的影響

萃取相比 2∶1；萃取時間30min；鹽析劑2.00mol·L-1NaCl，2.50mol·L-1NaOH，考察萃取溫度對萃取率的影響，結(jié)果見圖4。

圖4 萃取溫度對萃取率的影響Fig.4 Effectof extraction temperature on extraction rate

由圖4可知，萃取率隨著萃取溫度的升高而上升。當(dāng)溫度上升到70℃時，萃取率超過了80%，苯開始沸騰。繼續(xù)提高溫度，萃取劑會有所損失。實驗選擇萃取溫度為55～70℃。

2.4 正交實驗及方差分析

在單因素實驗的基礎(chǔ)上，以NaOH濃度、NaCl濃度、萃取溫度為影響因素，以萃取率為考察指標(biāo)進行L9（33）正交實驗，其因素水平見表1，實驗數(shù)據(jù)見表2，對實驗數(shù)據(jù)進行方差分析的結(jié)果見表3。

表1 因素水平表Tab.1 Factors and levels

表2 實驗數(shù)據(jù)Tab.2 Date of experiment

表3 方差分析表Tab.3 Analysis of variance

由表3可以看出，在顯著水平a=0.1下，NaOH濃度，NaCl濃度影響顯著，萃取溫度影響較弱。各因素對萃取率的影響主次順序為：NaCl濃度＞NaOH濃度＞萃取溫度。綜合單因素實驗和正交實驗結(jié)果的方差分析，最佳的工藝條件為A3B3C3，即NaOH濃度為 2.5mol·L-1，NaCl濃度為 2.6mol·L-1，萃取溫度為70℃。補做該條件下的實驗，萃取率為83.20%，比表2中所有條件下的萃取率都高。

重復(fù)實驗：在最佳的工藝條件下，即NaOH濃度為 2.5mol·L-1，NaCl濃度為 2.6mol·L-1，萃取溫度為70℃，重復(fù)進行3次實驗，萃取率分別為83.20%、83.92%和84.10%，產(chǎn)品平均萃取率達到83.74%。

3 結(jié)論

（1）鹽析-萃取工藝分離2－甲基咪唑母液的最佳工藝條件為：NaOH 濃度為 2.5mol·L-1，NaCl濃度為2.6mol·L-1，萃取溫度為70℃，該工藝條件下萃取率達到83.74%。

（2）鹽析-萃取工藝分離2－甲基咪唑母液，具有回收率高、成本低廉，是適用于工業(yè)化生產(chǎn)的一種能有效分離2－甲基咪唑母液的方法。

（3）鹽析-萃取法實驗重現(xiàn)性好，是一種理想的分離2－甲基咪唑母液的方法。

［1］管國鋒，徐晨，姚虎卿.絡(luò)合萃取法分離多元羧酸鹽析效應(yīng)的研究［J］.化工環(huán)保，2004，24（4）：240-243．

［2］YAOZhong，LIJia-huang，WEIPing,et al.Salteffectin organic solvent extraction of pyruvic acid［J］.J.Chem.Eng.of Chinese Univ.，2001，15（6）：587-590.

Study of separation of 2-methylim idazole from 2-methylim idazolemother liquor by salting-out extraction

ZHANG Yi,DING Yi-gang,YANG Chang-yan,YUEWu-yang，WU Zhen-zhen
（School of Chemical Engineering＆ Pharmacy，Hubei Key Lab.of Novel Reactor&Green Chemical Technology，Key Lab.for Green Chemical Process of Ministry of Education，Wuhan Institute of Technology，Wuhan 430073,China）

TQ460.4

A

1002-1124（2011）02-0065-03

2010-12-03

張 譯（1985-），男，湖北仙桃人，在讀碩士研究生，師從丁一剛教授，研究方向：化工分離技術(shù)。

導(dǎo)師簡介：丁一剛，博士，現(xiàn)為武漢工程大學(xué)化學(xué)工程學(xué)科創(chuàng)新團隊責(zé)任教授，武漢工程大學(xué)化工與制藥學(xué)院副院長，曾主持過國家自然科學(xué)基金項目、國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)項目、國家“十一五”科技支撐計劃項目等，現(xiàn)從事超臨界流體技術(shù)，濕法磷酸凈化技術(shù)、熱壓敏材料合成，以及納米鈦酸鍶合成等方面的研究工作。