Способ очистки водного раствора пероксида водорода от уксусной кислоты

 

Изобретение относится к способу эффективной очистки водного раствора пероксида водорода от уксусной кислоты. Способ включает смешение водного раствора пероксида водорода, содержащего уксусную кислоту, с неорганическими соединениями, экстракцию пероксида водорода органическими растворителями с последующим его выделением. Для экстракции используют органические растворители, которые химически инертны в водном растворе пероксида водорода и для которых отношение коэффициентов распределения между органической и водной фазами пероксида водорода и ацетат-иона не менее 2. 2 табл.

Заявляемый способ относится к неорганической химии, а именно к очистке водных растворов пероксида водорода, содержащих в качестве основной примеси уксусную кислоту.

Известен способ очистки водного раствора пероксида водорода от уксусной кислоты с помощью ионообменных смол (Патент США N 3156531). Недостатком указанного способа является низкая обменная емкость анионообменных смол.

Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности является способ, защищенный авторским свидетельством N 1041514, принятый авторами за прототип.

В соответствии с прототипом очистку водного раствора пероксида водорода от уксусной кислоты осуществляют путем экстракции уксусной кислоты хлористым метиленом при массовом соотношении хлористого метилена и пероксида водорода (15:1)-(18:1) и при 5-15^oC.

Недостатками прототипа являются большой расход экстрагента, необходимость поддержания пониженной температуры в процессе проведения экстракции и необходимость регенерации экстрагента.

Техническая сущность заявляемого способа заключается в том, что уксусную кислоту переводят в ацетат-ион путем смешения водного раствора пероксида водорода и неорганического реагента или реагентов основного характера; из полученной смеси пероксид водорода экстрагируют смесью органических растворителей или органическим растворителем, которые инертны в водном растворе пероксида водорода и имеют отношение коэффициентов распределения пероксида водорода и ацетат-иона более 2, или пероксид водорода экстрагируют указанными растворителями и водой, или указанными растворителями и водным раствором неорганического реагента или реагентов основного характера; после этого выделяют целевой продукт.

Органический растворитель или смесь органических растворителей, а также содержащиеся в них примеси, не должны быть каталитически активны по отношению к пероксиду водорода и не должны вступать в химическое взаимодействие с пероксидом водорода или по крайней мере в результате взаимодействия не должны образовываться нежелательные примеси. Некоторые растворители могут иметь ограниченное применение. Например, этилацетат из-за гидролиза в водных растворах пероксида водорода с образованием уксусной кислоты может применяться в том случае, если содержание уксусной кислоты в очищенном растворе пероксида водорода существенно больше, чем возможное содержание уксусной кислоты, обусловленное гидролизом этилацетата.

Заявляемый способ обеспечивает также в той или иной мере снижение концентрации неорганических соединений, если они присутствуют в водном растворе пероксида водорода.

Ниже представлена табл. 1 сопоставительных данных прототипа и заявляемого способа.

Авторы утверждают, что заявляемый способ соответствует критерию изобретения "Изобретательский уровень", т.к. на основании ознакомления с научно-технической и патентной информацией, а также в силу своих опыта и знаний вся совокупность технических признаков заявляемого способа явным образом не вытекает из уровня техники, имеющей отношение к заявляемому объекту.

Осуществление заявляемого способа проводят следующим образом.

Вариант осуществления 1.

1. Определение пригодности органического растворителя для реализации способа.

1.1 Очистку водного раствора пероксида водорода от уксусной кислоты предполагают вести с использованием изоамилового спирта.

1.2 Коэффициент распределения (K₁) пероксида водорода между изоамиловым спиртом и водой (Ляшенко В.Д. и др. Коэффициент распределения перекиси водорода между водой и органическими индивидуальными и смешанными растворителями. В Сб. трудов Государственного института прикладной химии. Л. издание ГИПХ, 1960, с. 28 34). K₁ 0,14.

1.3 Готовят водный раствор ацетата калия с концентрацией 10 г/дм³, эквивалентной содержанию уксусной кислоты в очищающем растворе.

1.4 Определяют коэффициент распределения ацетата калия (K₂) между изоамиловым спиртом и водой по методике (Л. Альдерс. Жидкостная экстракция. М. изд. Иностранной литературы, 1962, с. 68). Получают значение K₂ 0,0066.

1.5 Рассчитывают отношение коэффициентов распределения K₁/K₂ 0,14/0,0066 21,2 (более 2).

Как видно из значения K1₁/K₂, данный растворитель может быть использован для реализации способа.

1,00 дм³ водного раствора пероксида водорода состава, г/дм³: пероксид водорода 395,5 уксусная кислота (0,015 г укс. кислоты на 1 г 100%-ного пероксида водорода) 6,0 вода остальное, смешивают с 18,1 г 30% раствора калия гидроксида. При этом осуществляется перевод уксусной кислоты в ацетат-ион.

3. К смеси, полученной по п.2, добавляют 1,00 дм³ изоамилового спирта. Полученную смесь встряхивают 15 мин. После расслоения получают два слоя: органический слой 1,12 дм³ состава, г/дм³: пероксид водорода 71,3
ацетат-ион (в пересчете на уксусную кислоту) (6,3·10^-4 укс. кислоты на 1 г 100%-ного пероксида водорода) 0,045
изоамиловый спирт 628
вода остальное
и водный слой 0,88 дм³ состава, г/дм³:
пероксид водорода 358
ацетат-ион (в пересчете на уксусную кислоту) 6,8
изоамиловый спирт 19
вода остальное
Коэффициент распределения пероксида водорода между изоамиловым спиртом и водой K₁ 71,3/358 0,2.

Коэффициент распределения ацетата калия между изоамиловым спиртом и водой K₂ 0,045/6,8 0,0066.

Отношение коэффициентов распределения K₁/K₂ 30,3.

4. К органическому слою по п. 3 добавляют 0,28 дм³ дистиллированной воды. Полученную смесь встряхивают 15 минут. После расслоения смеси отделяют водный слой. Из водного слоя на ректификационной колонне при давлении 250 гПа удаляют растворенный изоамиловый спирт и избыток воды. В кубе ректификационной колонны получают 0,12 дм³ раствора пероксида водорода состава, г/дм³:
пероксид водорода 406
ацетат-ион (в пересчете на уксусную кислоту) (9,9·10^-4 уксусной кислоты на 1 г 100%-ного пероксида водорода) 0,4
вода остальное
Содержание уксусной кислоты снижено в 15 раз. Заявляемый способ обеспечивает очистку раствора пероксида водорода от уксусной кислоты.

Другие варианты осуществления выполняют аналогично варианту 1, а их переменные параметры и показатели приведены в таблице 2, включающей вариант осуществления N 1.

Вариант осуществления N 9.

Вариант осуществления N 9 выполняют аналогично пп.1, 2, 3 варианта осуществления N 1, после чего к органическому слою, полученному по п. 3 варианта осуществления N 1, добавляют 0,112 дм³ дистиллированной воды, встряхивают 15 минут. После расслоения смеси получают 1,10 дм³ органического слоя состава, г/дм³:
пероксид водорода 43,6
ацетат-ион (в пересчете на уксусную кислоту) (менее 2,3·10^-4 г уксусной кислоты на 1 г 100%-ного пероксида водорода) менее 0,01
Выделение целевого продукта проводят по п. 5 варианта N 1.

Вариант осуществления N 10.

Вариант осуществления N 10 выполняют аналогично пп.1, 2, 3 варианта осуществления N 3, после чего к органическому слою, полученному по п. 3 варианта осуществления N 3, состава, г/дм³:
пероксид водорода 71,3
ацетат-ион (в пересчете на уксусную кислоту) 0,045
уксусная кислота 0,39
добавляют 0,112 дм³ дистиллированной воды, содержащей 0,34 г натрия гидроксида, встряхивают 15 минут. После расслоения смеси получают 1,10 дм³ органического слоя состава, г/дм³:
пероксид водорода 43,6
ацетат-ион (в пересчете на уксусную кислоту) менее 0,01
(менее 2,3·10^-4г уксусной кислоты на 1 г 100%-ного пероксида водорода)
Выделение целевого продукта проводят по п. 5 варианта N 1.

Все варианты осуществления заявляемого способа NN 1 10, описанные выше, приведены в таблице 2.

Формула изобретения

Способ очистки водного раствора пероксида водорода от уксусной кислоты путем экстракции, отличающийся тем, что уксусную кислоту переводят в ацетат-ион путем обработки исходного раствора неорганическим реагентом основного характера с последующей экстракцией из полученного раствора пероксида водорода органическим растворителем, или смесью органических растворителей, или органическими растворителями и водой, или органическими растворителями и водным раствором неорганического реагента основного характера, причем используют органические растворители, которые химически инертны в водном растворе пероксида водорода и для которых отношение коэффициентов распределения между органической и водной фазами пероксида водорода и ацетат-иона не менее 2, с последующим выделением целевого продукта.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3