專利名稱：成對電解制備甘露醇和碘酸鉀的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以蔗糖為原料，通過電解制取六元醇(甘露醇和山梨醇)的方法及裝置。
背景技術(shù)：
甘露醇又稱D-甘露糖醇，是山梨醇的同分異構(gòu)體，均為六元醇。甘露醇為白色或無色結(jié)晶性粉末，無臭，具有清涼甜味，甜度相當(dāng)于蔗糖的70％。甘露醇是一種重要的精細化工產(chǎn)品，可用作醫(yī)藥、醫(yī)藥添加劑、營養(yǎng)性甜味劑、增塑性表面活性劑等，隨著研究開發(fā)的不斷深入，甘露醇新的應(yīng)用領(lǐng)域不斷得到開發(fā)，應(yīng)用和發(fā)展前景十分廣闊。
碘酸鉀是一種白色棱柱狀的單斜晶系的無機化合物，其水溶液呈中性，不溶于乙醇。碘酸鉀是一種很重要的無機鹽，可作沉淀劑，農(nóng)業(yè)上作飼料添加劑，醫(yī)藥上可作防治地方甲狀腺腫病的食鹽添加劑和抗腫瘤藥物。另外自九十年代起，我國施行以碘酸鉀代替碘化鉀作為食鹽加碘劑，由于碘酸鉀性能穩(wěn)定、安全可靠，保存期可達三年之久。
甘露醇的制備方法主要是海帶提取法和高溫高壓催化加氫還原法并已實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，目前電解法也是研究得比較多的制備甘露醇的方法。河北師范大學(xué)顧登平在著作《有機電合成進展》和《精細化工》2000年第10期采用電解氫化蔗糖或葡萄糖制備甘露醇和山梨醇，糖的轉(zhuǎn)化率為74％-86％；《精細化工》2003年11期和《牙膏工業(yè)》2004年第一期分別報道河北師范大學(xué)劉艷春等用蔗糖作原料，經(jīng)水解生成轉(zhuǎn)化糖(等量的葡萄糖和果糖)，再經(jīng)鉬酸銨轉(zhuǎn)化成葡萄糖、果糖、甘露糖的混合物。Raney Ni粉電極做陰極，PbO2/Ti電極做陽極，在隔膜電解槽中電解還原制取甘露醇、山梨醇，轉(zhuǎn)化率可達84％。另外南昌高等?？茖W(xué)校胡仲禹等在《南昌高專學(xué)報》報道以富果糖漿為原料，用電化學(xué)還原的方法制成藥用甘露醇，糖的轉(zhuǎn)化率達到80.3％。
電解法制備碘酸鉀的研究國內(nèi)也有報道，福建師范大學(xué)的林文修等在莆田學(xué)院學(xué)報2005年第12卷第2期發(fā)表的“碘酸鉀電合成研究”和鹽湖研究1998年第6卷第4期發(fā)表的“碘酸鉀電化學(xué)制法的研究”報道了相關(guān)研究內(nèi)容以碘和氫氧化鉀為原料，陽極材料為Pb-PbO2，陰極為不銹鋼電極，應(yīng)用電化學(xué)方法制備碘酸鉀，電解制造碘酸鉀的產(chǎn)率為89.7％，電流效率為98％，產(chǎn)品純度為99.2％。另外，淮海工學(xué)院化工系的黃超等在化學(xué)世界1997年第5期發(fā)表的“食品級碘酸鉀的電解合成”探討了以C1為媒介的間接電解法和堿性介質(zhì)金屬陽極直接電氧化法合成食品級碘酸鉀的實驗條件，井進行了放大實驗，實驗總產(chǎn)率為98.5％，純度為99.2％，電效率為96.4％。但未見國內(nèi)有用成對電解合成碘酸鉀的文獻報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種電解法同時制備甘露醇和碘酸鉀的方法以及電還原制甘露醇與電氧化制碘酸鉀的電解電流密度相近的特點，通過成對電解，陽極電解氧化I2制備碘酸鉀，陰極電解還原蔗糖制備甘露醇的方法及裝置。
本發(fā)明采用成對電解法的氧化和還原反應(yīng)過程如下陽極氧化I2+2KOH+4H2O——→2KIO3+10H++10e陰極還原
本發(fā)明成對電解制備甘露醇和碘酸鉀的方法，選用板框式電解槽，所述的電解槽的特征是選用有隔膜式電解槽，陽極用石墨、不銹鋼，陰極用鎳，鈦鉛或其合金，隔膜用陰離子膜或雙極膜，陽極液含水、KOH、I2等，其中KOH濃度為1-5％，I2濃度為5-10％，陰極液含有蔗糖水解液、雷尼鎳催化劑，其中蔗糖濃度為20-50％，雷尼鎳催化劑的量為總重的10-40％，電解溫度30-60℃，電流密度3.0-5.0A/dm2，電解中陽極反應(yīng)是I2氧化為碘酸鉀，陰極反應(yīng)為蔗糖水解液還原為甘露醇及山梨醇，電解終點按反應(yīng)理論電量的100-130％來確定。電解反應(yīng)完成后，陽極液通過過濾去除少量固體雜質(zhì)，然后蒸發(fā)濃縮至大量結(jié)晶析出，自然冷卻到室溫后放進冰箱冷卻結(jié)晶，過濾，烘干后得到碘酸鉀白色結(jié)晶產(chǎn)品；陰極液過濾分離催化劑，催化劑留下次循環(huán)使用，濾液用活性炭脫色，再次進行過濾后濾液經(jīng)陰-陽離子交換樹脂交換，以除去殘余的催化劑和反應(yīng)生成的色素，然后溶液移入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器，將物料濃縮至60-70％濃度，先自然冷卻，加入少量甘露醇晶種，放入冰箱冷卻結(jié)晶，溫度控制在0-10℃，時間16-24小時，然后過濾分離，結(jié)晶為粗甘露醇，經(jīng)重結(jié)晶可得工業(yè)級和醫(yī)藥級甘露醇，過濾剩下的母液為工業(yè)級山梨醇，可以通過分析測定其含量，山梨醇達到較高含量后將濾液合起來一起提純。
本發(fā)明的電解裝置的特點是采用有隔膜式電解槽，隔膜式電解槽用隔離膜分開陽極室和陰極室、電解溶液通過輸送設(shè)備轉(zhuǎn)移和循環(huán)，隔離膜采用陰離子膜或雙極膜，通常市售的陰離子膜或雙極膜均可采用，其中陰離子膜用均相離子膜更好。
本發(fā)明的優(yōu)點在于成對電合成是指通過電解反應(yīng)在陰陽極同時得到各自的產(chǎn)物。
1、兩極同時出產(chǎn)品，可以大大提高電流效率；2、可以大大提高電合成的時空效率；3、與單極反應(yīng)相比，可降低生成成本，節(jié)省電能，提高電流效率。
4、本發(fā)明的工藝簡單，三廢少，效率高且收率高。


圖1是本發(fā)明的板框形電解槽結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1的部件序號1、陽極室罐，2、陽極液流量計；3、陽極液泵；4、陰極液流量計；5、陰極液泵；6、陰極室罐；7、陽極室；8、陰極室；9、陽離子膜。
本電解槽陽極用石墨、不銹鋼，陰極用鎳，鈦鉛或其合金，隔膜用陰離子膜或雙極膜。
從圖中看到本電解槽的電解室用隔離膜9將其分為陽極室7和陰極室8，陽極室7和陰極室8的溶液分別由陽極液泵3和陰極液泵5從陽極室罐2和陰極室罐輸入電解室的陽極室7和陰極室8中，管路上分別安裝有陽極液流量計2和陰極液流量計4。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例進一步詳細說明。
實例1使用本發(fā)明人設(shè)計的板框形電解槽，陽極用β-PO2/Ti，陰極用鎳板，隔膜采用市售的陰離子交換膜和雙極膜，電極和隔膜面積均為0.25dm2。稱取800克蒸餾水、I254.0克、KOH21.6克，配成陽極液；取339克蔗糖水解液(還原糖濃度為43.47％)、300克雷尼鎳催化劑、12克KOH還有適量的蒸餾水配成約800ml陰極液。電解溫度40℃左右，電流密度3.2A/dm2，電解電量57A·h。電解完成后，陰極液過濾分離催化劑，濾液經(jīng)分離提純得甘露醇254.1克；陽極液加熱近沸騰，趁熱過濾除去不溶物，溶液濃縮后冷卻結(jié)晶，過濾得到固體烘干，得粗碘酸鉀克，用蒸餾水溶解精制，可得碘酸鉀成品89.2克，含量100.2％。電解總電流效率為166.2％?？梢酝ㄟ^分析測定其含量，山梨醇達到較高含量后將濾液合起來一起提純。
實例2使用本發(fā)明人設(shè)計的板框形電解槽，陽極用β-PO2/Ti，陰極用鎳板，隔膜采用市售的陰離子交換膜和雙極膜，電極和隔膜面積均為0.25dm2。稱取800克蒸餾水、I254.0克、KOH21.6克，配成陽極液；取339克蔗糖水解液(還原糖濃度為43.47％)、300克雷尼鎳催化劑、12克KOH還有適量的蒸餾水配成約800ml陰極液。電解溫度40℃左右，電流密度3.2A/dm2，電解電量57A·h。陰陽極電解液處理方法同實例1，最后得到產(chǎn)品，含有甘露醇256.1克；碘酸鉀91.0克，含量100.1％。總電流效率為169.3％。
實例3使用本發(fā)明人設(shè)計的板框形電解槽，陽極用β-PO2/Ti，陰極用鎳板，隔膜采用市售的陰離子交換膜和雙極膜，電極和隔膜面積均為0.25dm2。稱取800克蒸餾水、I254.0克、KOH21.6克，配成陽極液；取339克蔗糖水解液(還原糖濃度為43.47％)、300克雷尼鎳催化劑、12克KOH還有適量的蒸餾水配成約800ml陰極液。電解溫度30℃左右，電流密度3.0A/dm2，電解電量57A·h。陰陽極電解液處理方法同實例1，最后得到產(chǎn)品，含有甘露醇245.3克；碘酸鉀87.0克，含量100.2％?？傠娏餍蕿?60.5％。
實例4使用自制的板框形電解槽，陽極用β-PO2/Ti，陰極用不銹鋼板，隔膜采用市售的均相離子交換膜和雙極膜，電極和隔膜面積均為0.25dm2。稱取800克蒸餾水、I254.0克、KOH21.6克，配成陽極液；取339克蔗糖水解液(還原糖濃度為43.47％)、300克雷尼鎳催化劑、12克KOH還有適量的蒸餾水配成約800ml陰極液。電解溫度50℃左右，電流密度5.0A/dm2，電解電量57A·h。陰陽極電解液處理方法同實例1，最后得到產(chǎn)品，含有甘露醇257.8克；碘酸鉀92.6克，含量100.0％?？傠娏餍蕿?72.1％。
實例5使用自制的板框形電解槽，陽極用β-PO2/Ti，陰極用鎳板，隔膜采用市售的陰離子交換膜和雙極膜，電極和隔膜面積均為0.25dm2。稱取800克蒸餾水、I281.0克、KOH32.4克，配成陽極液；取508.5克蔗糖水解液(還原糖濃度為43.47％)、300克雷尼鎳催化劑、12克KOH還有適量的蒸餾水配成約800ml陰極液。電解溫度40℃左右，電流密度3.2A/dm2，電解電量85.5A·h。陰陽極電解液處理方法同實例1，最后得到產(chǎn)品，含有甘露醇382.8克；碘酸鉀135.9克，含量100.1％。總電流效率為162.6％。
實例6使用自制的板框形電解槽，陽極用β-PO2/Ti，陰極用鎳板，隔膜采用市售的陰離子交換膜和雙極膜，電極和隔膜面積均為0.25dm2。稱取800克蒸餾水、I254.0克、KOH21.6克，配成陽極液；取339克蔗糖水解液(還原糖濃度為43.47％)、300克雷尼鎳催化劑、12克KOH還有適量的蒸餾水配成約800ml陰極液。電解溫度60℃左右，電流密度5.0A/dm2，電解電量48A·h。陰陽極電解液處理方法同實例1，最后得到產(chǎn)品，含有甘露醇242.7克；碘酸鉀85.0克，含量100.3％?？傠娏餍蕿?58.1％。
實例7使用自制的板框形電解槽，陽極用β-PO2/Ti，陰極用不銹鋼板，隔膜采用市售的均相離子交換膜和雙級膜，電極和隔膜面積均為0.25dm2。稱取800克蒸餾水、I254.0克、KOH8.6克，配成陽極液；取339克蔗糖水解液(還原糖濃度為43.47％)、300克雷尼鎳催化劑、12克KOH還有適量的蒸餾水配成約800ml陰極液。電解溫度50℃左右，電流密度5.0A/dm2，電解電量57A·h。陰陽極電解液處理方法同實例1，最后得到產(chǎn)品，含有甘露醇259.5克；碘酸鉀92.1克，含量100.1％?？傠娏餍蕿?72.3％。
實例8使用自制的板框形電解槽，陽極用β-PO2/Ti，陰極用不銹鋼板，隔膜采用市售的陰離子交換膜和雙極膜，電極和隔膜面積均為0.25dm2。稱取800克蒸餾水、I281.0克、KOH21.6克，配成陽極液；取508.5克蔗糖水解液(還原糖濃度為43.47％)、300克雷尼鎳催化劑、18克KOH還有適量的蒸餾水配成約800ml陰極液。電解溫度30℃左右，電流密度3.0A/dm2，電解電量85.5A·h。陰陽極電解液處理方法同實例1，最后得到產(chǎn)品，含有甘露醇381.7克；碘酸鉀134.7克，含量100.1％?？傠娏餍蕿?64.5％。
權(quán)利要求
1.一種成對電解制備甘露醇和碘酸鉀的方法，其特征在于選用有隔膜式電解槽，陽極用β-PbO2/Ti，陰極用不銹鋼、鎳板或其合金，隔膜用陰離子膜或雙極膜，陽極液含水、KOH、I2，陰極液含有蔗糖水解液、雷尼鎳催化劑，電解溫度30-60℃，電流密度3.0-5.0A/dm2，電解過程中陽極反應(yīng)為I2氧化為碘酸鉀，陰極反應(yīng)為蔗糖水解液還原為甘露醇及山梨醇，電解終點按反應(yīng)理論電量的100-130％來確定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成對電解制備甘露醇和碘酸鉀的方法，其特征在于所說的陽極液KOH濃度為1-5％，I2濃度為5-10％。
3.一種如權(quán)利要求1所述的成對電解制備甘露醇和碘酸鉀的方法采用的裝置，其特征在于該裝置采用有隔膜式電解槽，陽極用石墨、不銹鋼，陰極用鎳，鈦鉛或其合金，隔膜式電解槽用隔離膜成分開陽極室和陰極室、電解溶液通過輸送設(shè)備轉(zhuǎn)移和循環(huán)，隔離膜采用市售的陰離子交換膜和雙極膜，陰離子膜最好采用均相離子膜。
全文摘要
本發(fā)明提出成對電解制備甘露醇和碘酸鉀的方法及裝置，即陽極電解氧化I
文檔編號C25B9/10GK101078128SQ20071012930
公開日2007年11月28日 申請日期2007年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月30日
發(fā)明者韋少平, 莫炳輝, 張麗娟, 柯敏, 李致寶, 許朝芳, 翁德洪 申請人:廣西壯族自治區(qū)化工研究院