阅读说明：本技术 一种用电吸附提纯碳酸氢铵的方法 (Method for purifying ammonium bicarbonate by using electric adsorption ) 是由 李颜利 邹伟 郑汶江 马小燕 杨虎 颜杰 张海波 李慧 刘波 于 2020-06-05 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种用电吸附提纯碳酸氢铵的方法,采用经过预处理的活性碳纤维作为电吸附模块的负极,对碳酸氢铵溶液进行电吸附；在电吸附过程中实时监测溶液的电导率,当电导率保持不变时停止电吸附；再将碳酸氢铵溶液冷冻干燥,得到高纯度碳酸氢铵。本发明获得的碳酸氢铵纯度高,采用冷冻干燥将碳酸氢铵溶液中的水分蒸发,使得碳酸氢铵的收率高,并且由于冷冻干燥的温度低,得到的碳酸氢铵不易分解,碳酸氢铵的收率高,还具有提纯过程快速、环保、无二次污染、设备简单、易操作、材料廉价易得等优点。(The invention discloses a method for purifying ammonium bicarbonate by using electro-adsorption, which adopts pretreated active carbon fiber as a negative electrode of an electro-adsorption module to carry out electro-adsorption on an ammonium bicarbonate solution; monitoring the conductivity of the solution in real time in the process of electro-adsorption, and stopping the electro-adsorption when the conductivity is kept unchanged; and then the ammonium bicarbonate solution is frozen and dried to obtain the high-purity ammonium bicarbonate. The ammonium bicarbonate obtained by the invention has high purity, the freeze drying is adopted to evaporate the water in the ammonium bicarbonate solution, so that the yield of the ammonium bicarbonate is high, the obtained ammonium bicarbonate is not easy to decompose due to low freeze drying temperature, the yield of the ammonium bicarbonate is high, and the method also has the advantages of quick purification process, environmental protection, no secondary pollution, simple equipment, easy operation, cheap and easily obtained materials and the like.)

一种用电吸附提纯碳酸氢铵的方法

技术领域

本发明涉及无机盐纯化技术领域，具体涉及一种用电吸附提纯碳酸氢铵的方法。

背景技术

碳酸氢铵（NH₄HCO₃）又称碳铵，是一种应用广泛的无机盐。在农业中可用作氮肥，适用于各种土壤，可同时提供作物生长所需的铵态氮和二氧化碳，能促进作物生长和光合作用，催苗长叶，可作追肥、也可作底肥直接施用。在工业中用作分析试剂，也用于合成铵盐和织物脱脂。作化学膨松剂，中国规定可用于各类需添加膨松剂的食品，按生产需要适量使用。还可以在食品中用作高级发酵剂，与碳酸氢钠合用可作面包、饼干、煎饼等膨松剂的原料，亦用作发泡粉末果汁的原料，还用于绿色蔬菜、竹笋等烫漂。以及医药及试剂，发酵粉亦以本品为主要成分，配以酸性物质。还可用于药学、生态治理等方面，可见碳铵具有良好的市场前景。因此制备高纯度碳酸氢铵具有重要的意义。

目前，高纯度碳酸氢铵的提纯主要采用结晶法。反应得到的碳酸氢铵悬浮液的固液比达到40%～70%，经过冷却，由于温度降低碳铵溶解度降低导致溶液过饱和，从而碳铵以晶体的形式析出，先沉淀，然后离心分离得到固体碳酸氢铵晶体干燥后得到产品。但是，结晶法制备碳酸氢铵存在以下不足：1、结晶过程中，碳酸氢铵的损失量大，在母液中还含有大量的碳酸氢铵，容易造成浪费。2、由于碳酸氢铵在36℃以上分解为二氧化碳、氨和水，60℃可分解完，而结晶过程中温度较高，析出的碳酸氢铵容易分解，导致碳酸氢铵的收率降低，碳酸氢铵的制备成本高，不利于工业化生产。3、传统的热风干燥损失较大。4、通过结晶法提纯的碳酸氢铵中含有金属离子等杂质，在结晶形成的碳酸氢铵中难以去除，使得碳酸氢铵的纯度不高。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于解决采用结晶法制备的碳酸氢铵容易分解、纯度不高的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种用电吸附提纯碳酸氢铵的方法，采用经过预处理的活性碳纤维作为电吸附模块的负极，石墨板作为电吸附模块的正极，对碳酸氢铵溶液进行电吸附；在电吸附过程中实时监测溶液的电导率，当电导率保持不变时停止电吸附；再将碳酸氢铵溶液冷冻干燥，得到高纯度碳酸氢铵。

其中，所述活性碳纤维的预处理方法为：将活性碳纤维用适量的丙酮洗涤浸泡后，用蒸馏水清洗2～3次；再用盐酸浸泡，同时超声辅助活化；最后用蒸馏水清洗至中性，真空抽滤，80~130℃真空干燥4~10 h得到活性碳纤维电极。

优选，所述丙酮洗涤浸泡的时间为2~4 h。所述盐酸的浓度为0.5~3 mol/L，超声功率为100~500W，频率为20~40kHz，超声时间为15~60min。

进一步，所述碳酸氢铵溶液的浓度为10%至饱和溶液。所述电吸附过程中通电电压为1.2~10V，极板间距为8~30 cm；碳酸氢铵溶液的流量为20~60 mL/min。

进一步，所述冷冻干燥的温度为- 40~-5℃。

进一步，还包括活性碳纤维电极脱附再生的步骤；将施加在电吸附模块上的电压短路或者交换电极，放入去离子水中，使活性碳纤维电极进行脱附，直到水溶液中的电导率恢复到初始值，取出活性碳纤维置于超声波中超声得到脱附再生电极，用于重复吸附。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明采用电吸附提纯碳酸氢铵的方法，由于电吸附的方式提纯碳酸氢铵溶液，然后采用冷冻干燥的方式制得碳酸氢铵，有效解决了采用结晶法制备碳酸氢铵时，碳酸氢铵容易分解，且制备的碳酸氢铵中含有金属离子、纯度不高、不能满足高纯度的要求的问题，并且快速、环保、无二次污染。

2、本发明根据同性相吸的原理，碳酸氢铵溶液中的杂质被吸附到作为负极的活性碳纤维上，从而实现碳酸氢铵溶液的提纯；并且采用冷冻干燥将碳酸氢铵溶液中的水分蒸发，使得碳酸氢铵的收率高，并且由于冷冻干燥的温度低，得到的碳酸氢铵不易分解，碳酸氢铵的损失量小。

3、采用活性碳纤维作为电吸附模块的电极，设备简单、易操作、材料便宜易得，工业上可以连续操作，活性碳纤维可循环使用，且制作成本低廉、效率高。

4、本发明还提供活性碳纤维电极脱附再生的步骤，经过吸附后的活性碳纤维电极达到饱和后，通过电机脱附即可实现再生，因此能够循环使用，降低碳酸氢铵的提纯成本。

附图说明

图1为本发明实施例5中的活性碳纤维循环吸附次数与吸附率和脱附率的关系图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：一种用电吸附提纯碳酸氢铵的方法，包括以下步骤：

（1）活性碳纤维的预处理：将活性碳纤维剪成10 cm × 5 cm大小，用丙酮浸泡2h，用蒸馏水清洗2～3次。用1mol/L的盐酸浸泡，同时放入功率为100W的超声波中超声30min，然后用大量的蒸馏水清洗，直至pH值为中性，真空抽滤，85℃真空干燥8h。

（2）碳酸氢铵的提纯：将步骤（1）处理后的活性碳纤维作为电吸附模块的负极、石墨板作为电吸附模块的正极。将碳酸氢铵配置成10%的溶液，加入到电吸附槽中进行电吸附；其中，碳酸氢铵溶液的流量为30mL/min，通电电压为2.0V，极板间距10cm，吸附时间30min。当电导率保持不变时，电吸附后的碳酸氢铵溶液经冷冻干燥得到高纯度碳酸氢铵。

碳酸氢铵纯度测试采用国标GB T 6276.1-2008检测，原碳酸氢铵纯度为98.4±0.03%，电吸附后碳酸氢铵纯度为99.96%。

实施例2~4：一种用电吸附提纯碳酸氢铵的方法，包括以下步骤：

（1）活性碳纤维的预处理如实施例1中（1）。

（2）碳酸氢铵的提纯：将步骤（1）处理后的活性碳纤维作为电吸附模块的负极、石墨板作为电吸附模块的正极。将碳酸氢铵配置成溶液，加入到电吸附槽中进行电吸附；电吸附的条件如下表所示，电吸附结束后的碳酸氢铵溶液经冷冻干燥得到高纯度碳酸氢铵，结果如下表所示。

碳酸氢铵溶液浓度

碳酸氢铵溶液流量

通电电压

极板间距

时间

碳酸氢铵纯度

实施例1

10%

30mL/min

2.0V

10cm

30min

99.960%

实施例2

10%

30mL/min

10.0V

15cm

20min

99.996%

实施例3

35%

30mL/min

2.0V

10cm

30min

99.950%

实施例4

35%

60mL/min

10.0V

15cm

20min

99.993%

实施例5：活性碳纤维电极的脱附再生，包括以下步骤：

将实施例1中的活性碳纤维电极达到吸附饱和后，将施加在电吸附模块上的电压短路，使活性碳纤维电极进行脱附，直到溶液中的电导率恢复到初始值，取出活性碳纤维置于超声波中，超声功率为100W，超声5min，得到脱附再生电极。

实施例6：活性碳纤维的循环电吸附

将实施例5中脱附再生的活性碳纤维电极再次用于电吸附提纯碳酸氢铵，碳酸氢铵溶液的浓度和流量，以及电吸附条件与实施例1相同。

参见附图1，将脱附后的活性碳纤维安装到吸附槽中进行第一次循环吸附实验后，活性碳纤维的吸附率为56.78%，经过五次循环吸附脱附实验后去除率仅降低了8.56%。

其中，吸附率的计算方法为：；

脱附率的计算方法：；

其中，m _初为未吸附时的活性炭纤维的质量，m _平为活性炭纤维吸附平衡时的质量。

可见，采用本发明提纯碳酸氢铵具有纯度高、收率高和损失量小等优点，尤其适合在工业上推广使用。本发明中的活性炭纤维经过处理后具有很好的再生性能，有利于工业生产中降低成本。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。