ES3032619T3 - Method of producing ammonium persulfate - Google Patents

Abstract

Se proporciona un método para producir persulfato de amonio mediante la electrolisis de sulfato de amonio. Este método se caracteriza porque se suministra una solución acuosa de sulfato de amonio como materia prima anódica, una solución acuosa que contiene menos de 1,0 mol de iones de hidrógeno derivados de ácido capaces de disociar el ácido por cada 1,0 mol de transferencia de carga se suministra como materia prima catódica, y se realiza una electrólisis para producir persulfato de amonio en el ánodo y al menos amoníaco en el cátodo. El sulfato de amonio, independiente del sulfato de amonio producido en el sistema, puede utilizarse como materia prima principal, lo cual resulta ventajoso para fines industriales. Además, un método electrolítico permite la coproducción no solo de persulfato de amonio, sino también de materiales valiosos como amoníaco e hidrógeno, y permite producir persulfato de amonio con una alta eficiencia de corriente. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Método de producción de persulfato de amonio

Campo técnico de la invención

La presente invención se refiere a un método de producción de persulfato de amonio usando sulfato de amonio como materia prima, y específicamente a un método de producción de persulfato de amonio que puede producir persulfato de amonio y simultáneamente coproducir amoniaco.

Antecedentes de la técnica de la invención

El sulfato de amonio también se denomina mediante una abreviatura del mismo, y en su momento se sintetizó como sustancia objetivo, pero ahora se comercializa principalmente como un subproducto obtenido en la industria para productos químicos orgánicos tales como caprolactama, laurolactama, acrilonitrilo, metacrilato de metilo o en un procedimiento de producción de coque mediante destilación en seco de carbón. Puesto que el sulfato de amonio contiene aproximadamente un 20 % de nitrógeno amoniacal, es posible usarlo como fertilizante, y la mayor parte del sulfato de amonio obtenido como subproducto en los procedimientos descritos anteriormente se usa para fertilizante. Sin embargo, puesto que el sulfato de amonio tiene una base de ácido sulfúrico, también tiene aspectos negativos en el crecimiento de las plantas, tales como la acidificación del suelo y la formación de sal, y la cantidad de fertilización es limitada. Por esta razón, la mayor parte del sulfato de amonio obtenido como subproducto actualmente en Japón se exporta en las presentes circunstancias.

Como método para abordar tales problemas, de manera convencional se han desarrollado procedimientos de producción de caprolactama, acrilonitrilo o metacrilato de metilo que no produzcan sulfato de amonio como subproducto. Sin embargo, estos procedimientos presentan problemas tales como que son procedimientos complicados o la dificultad de conversión a partir de procedimientos existentes. Por tanto, todavía sigue produciéndose un gran exceso de sulfato de amonio como subproducto, y actualmente se exportan a bajo precio. Por otro lado, el persulfato de amonio se utiliza en la industria y de manera amplia principalmente como iniciador de polimerización para la polimerización en emulsión, blanqueador de oxidación, agente de grabado de cobre y similares. Como método de producción de persulfato de amonio que se ha conocido hasta ahora, como materia prima de lado de ánodo de un procedimiento electrolítico, se conocen un método que usa una disolución acuosa que contiene hidrogenosulfato de amonio tal como se describe en el documento de patente 1, un método que usa una disolución acuosa de sulfato de amonio solo tal como se describe en el documento de patente 2, y un método que usa sulfato de amonio y persulfato de amonio como tal se describe en el documento de patente 3. Como materia prima del lado de cátodo, en cualquiera de los métodos, solo se selecciona una disolución acuosa de ácido sulfúrico o una disolución acuosa de ácido sulfúrico que contiene sal y, en cualquier caso, la cantidad de transferencia de carga debida a la electrólisis se ha controlado a menos de la cantidad de iones de hidrógeno disociables por ácido derivados de ácido sulfúrico. Dicho de otro modo, todas las reacciones electrolíticas de lado de cátodo se han llevado a cabo únicamente en la reacción en la que el ion de hidrógeno derivado de ácido sulfúrico se convierte en una molécula de hidrógeno tal como se muestra en la siguiente fórmula de reacción.

2H<+>+ 2e<->^ H<2>

En este método, dado que se consume el ion de hidrógeno del ácido sulfúrico, y se intercambia con el ion amonio que se ha sometido a electroforesis desde el lado de ánodo, se obtiene una disolución acuosa de sulfato de amonio como producto de lado de cátodo. Esta disolución acuosa se ha reutilizado como materia prima de lado de ánodo.

Por ejemplo, tal como se muestra en la figura 1, se suministra sulfato de amonio ((NHW<2>SO<4>) al lado 2 de ánodo del electrolizador 1 como materia prima de lado de ánodo, y como reacción de ánodo, se hace reaccionar (se consume) ácido sulfúrico de la siguiente manera, y se produce ion persulfúrico.

2SO<42->^ S<2>O<82->+ 2e-El ion disuelto es tal como sigue:

antes de la electrólisis: NH<4+>, SO<42->= disolución acuosa de sulfato de amonio,

después de la electrólisis: NH<4+>, S<2>O<82->= disolución acuosa de persulfato de amonio,

el ion amonio se somete a electroforesis hacia el lado de cátodo, y se produce una disolución acuosa de persulfato de amonio.

Por otro lado, en el lado 3 de cátodo, se suministra ácido sulfúrico, y como reacción de cátodo, los iones de hidrógeno derivados del ácido sulfúrico reaccionan (se consumen) y se genera gas hidrógeno tal como se muestra en la siguiente fórmula de reacción.

2H<+>+ 2e<->^ H<2>

El ion disuelto es tal como sigue:

antes de electrólisis: H<+>, SO<42->= disolución acuosa de ácido sulfúrico,

después de la electrólisis: NH<4+>, H<+>, SO<42->= disolución acuosa de sulfato de amonio,

el ion amonio se somete a electroforesis desde el lado de ánodo y se concentra, y se produce una disolución acuosa de sulfato de amonio. Se añade adicionalmente amoniaco a esta disolución acuosa de sulfato de amonio para convertirla en sulfato de amonio, y el sulfato de amonio se reutiliza como materia prima de lado de ánodo. El documento no de patente 1 se refiere a un método para producir persulfato de amonio mediante electrolización de sulfato de amonio. La materia prima de lado de ánodo incluye sulfato de amonio, un agente de polarización de fluoruro de amonio y ácido sulfúrico al 20 %. La materia prima de lado de cátodo incluye una disolución saturada de sulfato de amonio y ácido sulfúrico como impureza inevitable.

E documento de patente 4 se refiere a un método para producir persulfato de amonio mediante electrolización de sulfato de amonio. La materia prima de lado de ánodo incluye sulfato de amonio. La materia prima de lado de cátodo incluye una disolución acuosa que contiene sulfato de amonio y ácido sulfúrico.

Documentos de la técnica anterior

Documento de patente 1: JP-A-SHO 57-198275

Documento de patente 2: JP-A-HEI 11-293484

Documento de patente 3: JP-A-2001-220695

Documento de patente 4: KR 101528911 B1

Documento no de patente 1: SUGINO, Kiichiroet al.,The Journal of Chemical Society of Japan Chemistry Section, vol. 50, n.° 4-5, páginas 34-38

Sumario de la invención

Problemas que va a resolver la invención

Tal como se describió anteriormente, en la técnica anterior, aunque se utiliza sulfato de amonio como materia prima de lado de ánodo, dado que se genera disolución acuosa de sulfato de amonio en el lado de cátodo y se reutiliza como materia prima de lado de ánodo, en un procedimiento de este tipo de producción de persulfato de amonio, no era posible usar una gran cantidad de sulfato de amonio, que es un subproducto producido a partir de otros procedimientos de manera económica y en exceso, y era necesario usar amoniaco y ácido sulfúrico como materias primas.

Por consiguiente, en vista de la técnica anterior tal como se describió anteriormente, un objeto de la presente invención es proporcionar un método que pueda utilizar una gran cantidad de sulfato de amonio, producido como subproducto en otros procedimientos de manera económica y en exceso, como materia prima de lado de ánodo en el procedimiento de la presente invención, en particular, que pueda producir amoniaco que pueda utilizarse de manera efectiva en diversos procedimientos sin generar sulfato de amonio, que se ha reutilizado de manera convencional, y que además pueda producir persulfato de amonio con alta eficiencia.

Medios para resolver los problemas

Para lograr os objetos descritos anteriormente, un método de producción de persulfato de amonio según la presente invención es un método de producción de persulfato de amonio (fórmula química: (NH<4>)<2>S<2>O<8>) mediante electrolización de sulfato de amonio (fórmula química: (NH<4>)<2>SO<4>) caracterizado porque, en un electrolizador que está separado en una cámara de ánodo y una cámara de cátodo mediante una membrana de intercambio de cationes, se suministra una disolución acuosa de sulfato de amonio como materia prima de lado de ánodo, una disolución que contiene menos de 1,0 mol de iones de hidrógeno disociables por ácido derivados de ácido por 1,0 mol de cantidad de transferencia de carga, se suministra una disolución acuosa de sulfato de amonio como materia prima de lado de cátodo, y se realiza electrólisis para producir persulfato de amonio en el lado de ánodo y al menos amoniaco en el lado de cátodo.

Concretamente, el método de producción de persulfato de amonio según la presente invención es un método de supresión de la cantidad de iones de hidrógeno disociables por ácido de la materia prima de lado de cátodo en una cantidad menor que la cantidad de transferencia de carga debido a la electrólisis, y de suministro de la materia prima al lado de cátodo (cámara de cátodo), y mediante electrólisis, producir persulfato de amonio en el lado de ánodo de manera similar a la tecnología convencional y producir al menos amoniaco, más específicamente, por ejemplo, hidróxido de amoniaco/gas amoniaco y gas hidrógeno en el lado de cátodo.

En el método de producción de persulfato de amonio según la presente invención, dado que la disolución contiene menos de 1,0 mol de iones de hidrógeno disociables por ácido derivados de ácido por 1,0 mol de cantidad de transferencia de carga, que se suministra como la materia prima de lado de cátodo descrita anteriormente, aunque también puede usarse agua, con el fin de realizar de manera eficiente la electrólisis y la reacción en la presente invención, se prefiere usar una disolución que contiene electrolito. Como tal disolución de materia prima de lado de cátodo se usa una disolución de sulfato de amonio. En algunas realizaciones la concentración de la disolución acuosa de sulfato de amonio como materia prima de lado de cátodo está preferiblemente en un intervalo del 30 al 45 % en peso.

En algunas realizaciones, la concentración de la disolución acuosa de sulfato de amonio como materia prima de lado de ánodo está preferiblemente en un intervalo del 30 al 45 % en peso. Más preferiblemente, es del 40 al 45 % en peso. Mediante el uso de una disolución acuosa de sulfato de amonio de concentración tan alta como materia prima de lado de ánodo, puede producirse ventajosamente persulfato de amonio de manera industrial. Tanto el lado de ánodo como el lado de cátodo pueden ser un sistema discontinuo para los sistemas de suministro de materias primas y entrega de producto, pero el sistema continuo resulta más favorable desde el punto de vista industrial.

Tal como se mencionó anteriormente, el persulfato de amonio producido mediante el método de producción de persulfato de amonio según la presente invención puede usarse ampliamente en la industria como iniciador de polimerización para la polimerización en emulsión, blanqueador de oxidación, agente de grabado de cobre, etc., y puede utilizarse amoniaco en diversos procedimientos además de en el procedimiento de producción de lactama descrito más adelante, y puede utilizarse hidrógeno como procedimiento de hidrogenación en la industria de la química orgánica, combustible para pilas de combustible, o similares.

Efecto según la invención

Por tanto, según el método de producción de persulfato de amonio según la presente invención, debido a que puede usarse como materia prima principal sulfato de amonio que no depende del sulfato de amonio que se genera en el sistema, resulta ventajoso desde el punto de vista industrial, y además, debido a que es un procedimiento electrolítico, no solo puede coproducirse persulfato de amonio, sino también materiales valiosos tales como amoniaco e hidrógeno, y además, es posible proporcionar un método de producción de persulfato de amonio que pueda producirlo con una alta eficiencia de corriente de producción de persulfato de amonio del 80 % o más, más preferiblemente del 85 % o más, de manera particularmente preferible del 90 % o más.

Breve explicación de los dibujos

[Figura 1] La figura 1 es un diagrama de bloques esquemático que muestra un ejemplo del método convencional de producción de persulfato de amonio.

[Figura 2] La figura 2 es un diagrama de bloques esquemático que muestra un método de producción de persulfato de amonio según una realización de la presente invención.

Realizaciones para llevar a cabo la invención

A continuación en el presente documento, se explicará la presente invención en más detalle junto con realizaciones.

El método de producción de persulfato de amonio según la presente invención es un método de producción de persulfato de amonio mediante electrolización de sulfato de amonio, caracterizado porque se suministra una disolución acuosa de sulfato de amonio como materia prima de lado de ánodo, se suministra una disolución que contiene menos de 1,0 mol de iones de hidrógeno disociables por ácido derivados de ácido por 1,0 mol de cantidad de transferencia de carga como materia prima de lado de cátodo, y se realiza electrólisis para producir persulfato de amonio en el lado de ánodo y al menos amoniaco en el lado de cátodo.

Como materia prima de lado de ánodo, por ejemplo, puede usarse una disolución acuosa de sulfato de amonio que contiene ion amonio de cantidad de transferencia de carga o más, y pueden estar en un estado en exceso ácido sulfúrico e hidróxido de amonio. Aunque la concentración no está particularmente limitada, desde el punto de vista industrial, cuanto mayor es la concentración, más ventajoso es, y es preferible un intervalo de concentración del 30 al 45%en peso de sulfato de amonio. Aunque la materia prima de lado de ánodo contiene una cantidad necesaria de polarizador, el polarizador no está particularmente limitado siembre que sea ventajoso para una producción conocida de persulfato. Como polarizadores preferidos, se usan guanidina, sal de guanidina, tiocianato, cianuro, cianato, fluoruro y similares. Se prefiere en particular la guanidina o sal de guanidina. Como sal de guanidina, pueden ejemplificarse sulfamato de guanidina, nitrato de guanidina, sulfato de guanidina, fosfato de guanidina, carbonato de guanidina, o similares. Como concentración del polarizador puede ejemplificarse del 0,01 al 1 % en peso con respecto a la materia prima de lado de ánodo, y preferiblemente es del 0,01 al 0,05 % en peso.

La materia prima de lado de cátodo es una disolución acuosa de sulfato de amonio. Al usar una disolución acuosa de sulfato de amonio, se reduce la resistencia eléctrica porque contiene un electrolito, y dado que está compuesta por iones que tienen la misma composición que la materia prima de lado de ánodo separada por un diafragma, y además no existen iones de hidrógeno de ácido derivados de ácido sulfúrico sometidos a una reacción de cátodo, puede producirse una cantidad máxima de amoniaco. Aunque la concentración no está particularmente limitada, con respecto al sulfato de amonio, desde el punto de vista industrial, cuanto mayor es la concentración, más ventajoso es, y es más preferible un intervalo de concentración del 30 al 45 % en peso. Además, desde el punto de vista industrial, es más preferible usar una disolución acuosa de sulfato de amonio que usar ácido sulfúrico, desde el punto de vista de la eficiencia en la producción de amoniaco y la selección de los materiales usados para el cátodo reduciendo la corrosividad provocada por el ácido sulfúrico.

La siguiente fórmula de reacción (1) se prioriza en el intervalo en el que están presentes iones de hidrógeno derivados de ácido sulfúrico en el líquido de ánodo, y se genera hidrógeno como producto de lado de cátodo, pero una vez que el hidrógeno derivado de ácido ha alcanzado una condición de deficiencia, se priorizan reacciones tales como la siguiente fórmula de reacción (2) y la siguiente fórmula de reacción (3). Dado que la reacción de equilibrio de la siguiente fórmula de reacción (4) existe en el sistema, pueden generarse hidrógeno y amoniaco como productos de lado de cátodo en cualquiera de la fórmula de reacción (2) y la fórmula de reacción (3).

2H<+>+ 2e<->^ H<2>(1)

2NH4<+>+ 2e<->^ 2NH<a>+ H<2>(2)

2H<2>O 2e<->^ H<2>+ 2OH<->(3)

NH<4+>+ OH<->^ NH<3>+ H<2>O (4)

El electrolizador usado en la presente invención no está particularmente limitado, y puede ser un electrolizador que está dividido en una cámara de ánodo y una cámara de cátodo, que están separadas por un diafragma. Puede usarse un electrolizador de tipo caja o un electrolizador de tipo filtro prensa. En este caso, para el diafragma que separa la cámara ánodo y la cámara de cátodo, se usa un diafragma que puede inhibir la electroforesis del anión generado en la cámara de ánodo hacia la cámara de cátodo. Como diafragma, se usa una membrana de intercambio de cationes.

El ánodo es preferiblemente de platino o del grupo de platino, pero también puede usarse un material conocido con una alta sobretensión de oxígeno tal como un electrodo de diamante conductor. Como cátodo, pueden usarse preferiblemente plomo, circonio, platino, níquel y un acero inoxidable tal como SUS 316. Además, como electrodo, puede usarse una malla de alambre realizada de estos metales.

La densidad de corriente del ánodo es preferiblemente de 20 A/dm2 o más. Si es menor que esto, la eficiencia de corriente puede ser baja. Preferiblemente, es de 40 A/dm2 o más, y preferiblemente 500 A/dm2 o menos, más preferiblemente 200 A/dm2 o menos, y de manera particularmente preferible 80 A/dm2 o menos. Desde el punto de vista industrial, se prefiere más el funcionamiento a una alta densidad de corriente porque puede reducirse el tamaño del dispositivo. La temperatura en el electrolizador es preferiblemente de 15 a 40 °C. Ajustando este intervalo, la disolución de sales en el electrolizador puede mantenerse en un intervalo apropiado, y pueden suprimirse reacciones secundarias indeseables, lo que se prefiere.

Empleando el método de producción de la presente invención, puede producirse persulfato de amonio con una alta eficiencia de corriente. En condiciones preferibles, puede producirse persulfato de amonio a una eficiencia de corriente del 80 % o más, más preferiblemente a una eficiencia de corriente del 85 % o más, de manera particularmente preferible del 90 % o más. El límite superior de la eficiencia de corriente es teóricamente del 100 %. En este caso, la eficiencia de corriente (%) es un valor representado por (ion persulfúrico generado (mol) x 2)/magnitud de corriente (F) x 100, y puede calcularse midiendo la cantidad de ion persulfúrico generado por la unidad de magnitud de corriente.

Dado que el ion persulfúrico se genera en la disolución de ánodo mediante electrólisis en un estado en el que la disolución de ánodo se llena en la cámara de ánodo, esta disolución producida en el ánodo se suministra, por ejemplo, a un tanque de cristalización ampliamente usado de manera similar a la tecnología convencional, haciendo posible de este modo realizar una cristalización por concentración. La suspensión que contiene persulfato de amonio después de la cristalización se separa en cristales de persulfato de amonio y un líquido madre de cristalización mediante un separador de sólido-líquido tal como un separador centrífugo usado de manera amplia y común. Los cristales de persulfato de amonio obtenidos pueden secarse y comercializarse usando un secador de polvo. El líquido madre de cristalización puede volver a suministrarse al procedimiento como materia prima de lado de ánodo.

Además, al realizar la electrólisis aplicando una corriente eléctrica de la cantidad de transferencia de carga mencionada anteriormente o más en un estado en el que se hace pasar una disolución de cátodo a través de la cámara de cátodo, se produce un gas mixto de hidrógeno y amoniaco en un gas producido en el cátodo en la cámara de cátodo y/o hidróxido de amonio (agua que contiene amoniaco) en la disolución producida en el cátodo. El gas mixto hidrógeno-amoníaco producido en el lado de cátodo puede separarse mediante métodos de separación de gas amoníaco usados de manera amplia y común, por ejemplo, tales como separación criogénica y separación por compresión. Además, en el caso de que el destino del suministro del amoniaco producido sea un procedimiento al que se suministra como agua amoniacal, por ejemplo, tal como un procedimiento de conversión de sal neutralizada en un procedimiento de lactama, puede separarse usando una torre de absorción de gas usada de manera amplia y común y también puede recuperarse como agua amoniacal.

El gas hidrógeno separado puede purificarse y comprimirse usando un método de adsorción por oscilación de presión o similar, y puede utilizarse para un procedimiento de hidrogenación de la industria química orgánica o como combustible para pilas de combustible.

En el método de producción de persulfato de amonio según la presente invención, puede usarse como materia prima sulfato de amonio que se produce como subproducto en el procedimiento de producción mencionado anteriormente de lactama, acrilonitrilo, metacrilato de metilo o similares y en el procedimiento de producción de coque mediante destilación en seco de carbón. A este respecto, los subproductos que contienen sulfato de amonio en diversos procedimientos pueden contener impurezas distintas del sulfato de amonio, etc., y dependiendo de sus componentes y contenidos, por la aparición de reacciones secundarias, puede disminuir la eficiencia de corriente en el procedimiento de producción de persulfato de amonio. En tal caso, se prefiere purificar el subproducto que contiene sulfato de amonio por adelantado para reducir los componentes que reducen la eficiencia de corriente, y luego suministrarlo al procedimiento de producción de persulfato de amonio. Como ejemplo concreto del método de producción de persulfato de amonio según la presente invención, la figura 2 ejemplifica un caso de uso de disolución de sulfato de amonio (abreviatura de la misma) como disolución de materia prima de lado de cátodo. En la figura 2, el símbolo 11 indica un electrolizador, y se suministra sulfato de amonio ((NHW2SO4) producido como un subproducto, por ejemplo, en un procedimiento de producción de lactama 14 como otros procedimientos de producción 14 al lado 12 de ánodo del electrolizador 11 como materia prima de lado de ánodo, y como la reacción del ánodo, se hace reaccionar (se consume) el ion sulfúrico para generar ion persulfúrico, tal como se muestra en la siguiente descripción, de manera similar a en la tecnología convencional.

2SO42" ^ S2O82- 2e-El ion disuelto es tal como sigue:

antes de la electrólisis: NH4+, SO42" = disolución acuosa de sulfato de amonio,

después de la electrólisis: NH4+, S2O82" = disolución acuosa de persulfato de amonio,

el ion amonio se somete a electroforesis hacia el lado de cátodo, y se produce una disolución acuosa de persulfato de amonio. Esta disolución producida en el lado de ánodo se concentra y se cristaliza para separarse en un líquido madre de cristalización y cristales, y los cristales pueden comercializarse como una sal de persulfato de amonio mediante, por ejemplo, un secador de polvo. El líquido madre de cristalización puede volver a suministrarse al procedimiento como materia prima de lado de ánodo.

Por otro lado, en el lado 13 de cátodo, se suministran agua y una disolución de sulfato de amonio (una abreviatura de la misma disolución) que comprende sulfato de amonio que se produce como subproducto en, por ejemplo, el procedimiento de producción de lactama 14 y como la reacción de ánodo, debido a que el ion de hidrógeno de la fuente de reacción no está presente o es escaso, tal como se muestra en la siguiente fórmula de reacción, el ion amonio sometido a electroforesis desde el ánodo se hace reaccionar para producir amoniaco e hidrógeno. Además, en el caso de que esté presente una pequeña cantidad de ácido en el lado 13 de cátodo, los iones de hidrógeno derivados del ácido reaccionan (se consumen) para generar gas hidrógeno tal como se muestra en la siguiente fórmula de reacción.

2NH4+ 2e- ^ 2NH3 H2

2H<+>+ 2e<->^ H<2>(caso en el que está presente una pequeña cantidad de ácido)

El ion disuelto, para explicar el caso en el que se suministra disolución de sulfato de amonio (abreviatura de la misma disolución) que comprende sulfato de amonio al lado 13 de cátodo, es tal como sigue:

antes de la electrólisis: NH<4+>, SO<42->= disolución acuosa de sulfato de amonio,

después de la electrólisis: NH<4+>, SO<42->= disolución acuosa de sulfato de amonio,

y sustancialmente no hay cambio. Concretamente, excepto en el caso en el que esté presente una pequeña cantidad de ácido en el lado 13 de cátodo y el ion de hidrógeno derivado del ácido reaccione (se consuma) tal como se describió anteriormente, el ion disuelto en el lado 13 de cátodo no cambia sustancialmente.

Por tanto, en el lado 13 de cátodo, se producen amoniaco, agua que contiene amoniaco e hidrógeno sin producir sulfato de amonio, y el amoniaco y el agua que contiene amoniaco pueden usarse para el procedimiento de producción de lactama, etc., y el hidrógeno se recupera y puede usarse en diversos campos.

Ejemplos

A continuación en el presente documento, la presente invención se explicará de manera concreta por medio de ejemplos, pero la presente invención no está limitada en absoluto por estos ejemplos. La eficiencia de corriente en los ejemplos se representa por (ion persulfúrico generado (moles) x 2)/magnitud de corriente (F) x 100 %, y representa la razón del ion persulfúrico generado por unidad de magnitud de corriente.

(Ejemplo 1)

Mediante el uso de un electrolizador acrílico transparente separado por una membrana de intercambio de cationes (Nafion (marca registrada) 117, suministrada por Chemours Corporation) como diafragma, se usó como ánodo un electrodo que comprendía una abertura de 80 por malla de alambre de platino de 25,4 mm (malla de 80) y titanio, y se usó como cátodo un electrodo que comprendía una abertura de 80 por malla de alambre SUS 316 de 25,4 mm (malla de 80). A la cámara de ánodo, se suministraron 500 g de una disolución acuosa añadiendo el 0,03 % en peso de sulfamato de guanidina como polarizador a una disolución acuosa de sulfato de amonio al 43 % en peso. Como masa de sustancia de los iones respectivos, el ion amonio constituye 3,25 moles, y el ion sulfúrico constituye 1,63 moles. Se suministraron 500 g de disolución acuosa de sulfato de amonio al 43 % en peso a la cámara de cátodo. Después del suministro, la densidad de corriente del ánodo se energizó a 45 A/dm<2>La cantidad de transferencia de carga fue de 0,67 moles. La cantidad de transferencia de carga puede determinarse por un valor de la cantidad de flujo de corriente x el tiempo de flujo de corriente. Después de la energización, la concentración de persulfato de amonio en la disolución producida en el ánodo resultante se midió por valoración. En el ánodo, se produjeron 0,315 moles de persulfato de amonio, y la eficiencia de corriente fue del 94 %. Además, se reconoció la generación de hidrógeno y amoniaco correspondiente a las cantidades de la reacción electrolítica a partir del gas generado en el cátodo durante la electrólisis.

(Ejemplo 2)

Se realizó la energización a una densidad de corriente del ánodo de 6,43 A/dm<2>usando el mismo dispositivo que en el ejemplo 1 y la misma composición de disolución de alimentación de la cámara de ánodo y la misma composición de disolución de alimentación de la cámara de cátodo. La cantidad de transferencia de carga fue de 0,67 moles. Después de la energización, se midió la concentración de persulfato de amonio en la disolución producida en el ánodo resultante mediante valoración. En el ánodo, se produjeron 0,311 moles de persulfato de amonio, y la eficiencia de corriente fue del 93 %. Además, se reconoció la generación de hidrógeno y amoniaco correspondiente a las cantidades de la reacción electrolítica a partir del gas generado en el cátodo durante la electrólisis.

(Ejemplo 3)

Se realizó la energización a una densidad de corriente del ánodo de 2,86 A/dm<2>usando el mismo dispositivo que en el ejemplo 1 y la misma composición de disolución de alimentación de la cámara de ánodo y la misma composición de disolución de alimentación de la cámara de cátodo. La cantidad de transferencia de carga fue de 0,30 moles. Después de la energización, se midió la concentración de persulfato de amonio en la disolución producida en el ánodo resultante mediante valoración. En el ánodo, se produjeron 0,140 moles de persulfato de amonio, y la eficiencia de corriente fue del 93 %. Además, se reconoció la generación de hidrógeno y amoniaco correspondiente a las cantidades de la reacción electrolítica a partir del gas generado en el cátodo durante la electrólisis.

(Ejemplo comparativo 2)

se usó un diafragma de alúmina neutra como diafragma, y el otro dispositivo experimental tal como un electrolizador y similares y la composición de disolución de alimentación de la cámara de ánodo fueron iguales que en el ejemplo 1. A la cámara de cátodo, se suministraron 500 g de una disolución acuosa de amoniaco al 10 % en peso. Después del suministro, se realizó la energización a una densidad de corriente del ánodo de 45 A/dm2 La cantidad de transferencia de carga fue de 0,67 moles. Después de la energización, se midió la concentración de persulfato de amonio en la disolución producida en el ánodo resultante mediante valoración. En el ánodo, se produjeron 0,295 moles de persulfato de amonio, y la eficiencia de corriente fue del 88 %. Además, se reconoció la generación de hidrógeno y amoniaco correspondiente a las cantidades de la reacción electrolítica a partir del gas generado en el cátodo durante la electrólisis.

(Ejemplo 5)

En el mismo dispositivo que en el ejemplo 1, se usó directamente sulfato de amonio que contenía una impureza producida como subproducto en el procedimiento de lactama para preparar las composiciones de disolución de alimentación para la cámara de ánodo y la cámara de cátodo, de manera similar a en el ejemplo 1. La densidad de corriente del ánodo fue de 45 A/dm2, y se aplicó electricidad para lograr la cantidad de transferencia de carga mediante la cual la concentración de la concentración de persulfato de amonio en la disolución producida en el ánodo se convirtió en la misma que en el ejemplo 1. Se midió la concentración de persulfato de amonio en la disolución producida en el ánodo resultante mediante valoración. En el ánodo, se produjeron 0,535 moles de persulfato de amonio, y la eficiencia de corriente fue del 80 %. La disolución producida en el ánodo obtenida se deshidrató y se concentró a presión reducida mientras se agitaba en un recipiente de vidrio de doble tubo para cristalizar persulfato de amonio. La presión en el recipiente de vidrio en el momento de la concentración fue de aproximadamente 2,67 kPa (20 torr), la temperatura de la disolución contenida fue de aproximadamente 30 °C y la tasa de deshidratación fue del 34,1 %. La suspensión resultante se filtró para separarla en líquido madre y torta, y la torta se secó adicionalmente a temperatura ambiente para obtener cristales de persulfato de amonio. Cuando se determinó la pureza de este cristal de persulfato amónico, fue del 98,4 %. Al líquido madre obtenido mediante la filtración se le añadió una disolución acuosa de sulfato de amonio producida como subproducto en el procedimiento de lactama por una cantidad equivalente de sulfato de amonio consumido en la electrólisis, y se recicló como disolución de alimentación de cámara de ánodo, y como disolución de alimentación de cámara de cátodo, se preparó por separado la misma que en la primera electrólisis realizada previamente. Se aplicó electricidad en las mismas condiciones que en la primera electrólisis realizada previamente, y cuando se midió la concentración de persulfato de amonio en la disolución producida en el ánodo, se produjeron en el ánodo 0,510 mol de persulfato de amonio, y la eficiencia de corriente fue del 86 %. Cuando la disolución electrolítica obtenida se concentró, se deshidrató y se cristalizó en el mismo dispositivo y en las mismas condiciones que en la primera cristalización realizada previamente, la tasa de deshidratación fue del 25,9 % y la pureza del cristal de persulfato de amonio fue del 98,7 %. Además, el líquido madre se recicló mediante la misma operación y la electrólisis y la cristalización se realizaron dos veces, durante un total de 4 ciclos, y la eficiencia de corriente en el 4° ciclo fue del 85 %, la tasa de deshidratación fue del 31,8 %, y la pureza del cristal de persulfato de amonio fue del 99,4 %. Además, en cada una de las electrólisis, se reconoció la generación de hidrógeno y amoniaco correspondiente a las cantidades de reacción electrolítica a partir del gas generado por el cátodo durante la electrólisis.

(Ejemplo comparativo 1)

La electrolisis del persulfato de amonio se llevó a cabo con la composición y la cantidad de transferencia de carga basada en la descripción del documento de patente 2. El dispositivo experimental tal como un electrolizador fue el mismo que en el ejemplo 1. A la cámara de ánodo, se suministraron 500 g de una disolución acuosa añadiendo el 0,05 % en peso de sulfamato de guanidina como polarizador a una disolución acuosa de sulfato de amonio al 43 % en peso. Como la masa de sustancia de cada ion, el ion amonio fue de 3,26 moles y el ion sulfúrico fue de 1,63 moles. A la cámara de cátodo, se suministraron 500 g de disolución acuosa de ácido sulfúrico al 18,9 % en peso y sulfato de amonio al 28,4 % en peso. Como la masa de sustancia de cada ion, el ion amonio fue de 2,15 moles, el ion sulfúrico fue de 2,14 moles y el ion de hidrógeno fue de 1,93 moles. Después del suministro, se controlaron la cantidad de flujo de corriente y el tiempo de flujo de corriente, de modo que la cantidad de transferencia de carga fuera de 1,92 moles. Después de la energización, se analizaron mediante valoración la composición de la disolución en la que el gas se recogió con un exceso de agua de la disolución producida en el ánodo, la disolución producida en el cátodo y el gas de generación de cátodo. En el lado de ánodo, se produjeron 0,84 moles de persulfato de amonio, y en el lado de cátodo, se produjeron 0,84 moles de sulfato de amonio e hidrógeno correspondientes a la cantidad de la reacción electrolítica y se consumieron 0,84 moles de ácido sulfúrico, pero no se produjo amoniaco. La eficiencia de corriente en ese momento fue del 87 %.

Aplicabilidad industrial

El método según la presente invención puede producir persulfato de amonio con una alta eficiencia mediante la electrolización de sulfato de amonio como materia prima, y puede coproducir amoniaco que puede utilizarse de manera eficiente para diversos procedimientos sin producir sulfato de amonio que se reutiliza como en el método convencional, y puede aplicarse de manera extremadamente adecuada a la producción de persulfato de amonio que se requiere para consumir de manera eficiente el sulfato de amonio que se produce en exceso como subproducto.

Explicación de los símbolos

1, 11: electrolizador

2, 12: lado de ánodo

3, 13: lado de cátodo

14: otros procedimientos de producción

Claims (8)

REIVINDICACIONES

1. Método de producción de persulfato de amonio mediante electrolización de sulfato de amonio que se caracteriza porque, en un electrolizador que está separado en una cámara de ánodo y una cámara de cátodo mediante una membrana de intercambio de cationes, se suministra una disolución acuosa de sulfato de amonio como materia prima de lado de ánodo, se suministra una disolución que contiene menos de 1,0 mol de iones de hidrógeno disociables por ácido derivados de ácido por 1,0 mol de cantidad de transferencia de carga, disolución que es una disolución acuosa de sulfato de amonio, como materia prima de lado de cátodo, y se realiza electrólisis para producir persulfato de amonio en el lado de ánodo y al menos amoniaco en el lado de cátodo.

2. Método de producción de persulfato de amonio según la reivindicación 1, en el que la concentración de la disolución acuosa de sulfato de amonio como materia prima de lado de ánodo está en un intervalo del 30 al 45 % en peso.

3. Método de producción de persulfato de amonio según la reivindicación 1 ó 2, en el que la concentración de la disolución acuosa de sulfato de amonio como materia prima de lado de cátodo está en un intervalo del 30 al 45 % en peso.

4. Método de producción de persulfato de amonio según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que se añade un polarizador a la materia prima de lado de ánodo.

5. Método de producción de persulfato de amonio según la reivindicación 4, en el que el polarizador es guanidina, sal de guanidina o tiocianato.

6. Método de producción de persulfato de amonio según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el ánodo es de platino, del grupo de platino o de un diamante conductor.

7. Método de producción de persulfato de amonio según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el sulfato de amonio en la disolución de materia prima de lado de ánodo incluye uno producido como subproducto en un procedimiento de producción de lactama.

8. Método de producción de persulfato de amonio según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el amoniaco producido en el lado de cátodo se usa para un procedimiento de producción de lactama.