Патент 2293076

Способ получения и выделения салициловой кислоты

Изобретение относится к усовершенствованному способу получения и выделения салициловой кислоты путем электролиза салицилата натрия в трехкамерном электролизере, в котором в среднюю камеру дополнительно добавляют раствор сульфита натрия, процесс ведут при плотности тока 0,1-0,3 А/см2, а в качестве катодного материала используется сталь 3. Наиболее эффективно изобретение может быть использовано при изготовлении красителей, при консервировании пищевых продуктов, при качественном анализе химических веществ в аналитической химии, в фармацевтической, медицинской, текстильной и пищевой промышленности. Задача настоящего изобретения состоит в повышении производительности процесса и вместо дорогостоящего платинового электрода используется сталь 3. 1 табл.

Изобретение относится к области электрохимии и аналитической химии, точнее к технологии производства химических веществ.

Наиболее эффективно предложенное изобретение может быть использовано при изготовлении красителей, при консервировании пищевых продуктов, при качественном анализе химических веществ в аналитической химии, в фармацевтической, медицинской, текстильной и пищевой промышленности.

Известен промышленный химический способ выделения салициловой кислоты (Эйдус Я.Т. «Синтезы органических соединений на основе окиси углерода. М.: Наука, 1984 г.; Журнал «Успехи химии», т.64, №9, 1995, с.935-958). Согласно химическому способу выделения салициловой кислоты салицилат натрия, образующийся карбоксилированием фенолята натрия двуокисью углерода при повышенных температуре и давлении, обрабатывают серной кислотой. В результате реакции между растворами салицилата натрия и серной кислоты осаждается салициловая кислота, а в растворе накапливается сульфат натрия.

Недостатком данного способа является то, что для осаждения салициловой кислоты используется ценное химическое соединение - серная кислота, а в качестве побочного продукта образуется сульфат натрия, являющийся многотоннажным отходом химических производств.

Ближайшим аналогом предлагаемого изобретения является способ выделения салициловой кислоты, согласно которому исходный раствор предварительно подкисляют минеральной кислотой до рН 6,5-7,5; отделяют от осадка и обрабатывают сульфокатионитом в аммиачной форме (а.с. СССР №559917, кл. С 07 С 65/10, 1977).

Недостатками способа являются использование серной кислоты для осаждения салициловой кислоты, применение сульфокатионита для удаления ионов натрия и получения раствора серной кислоты для повторного испытания; необходимость регенерации сульфокатионита с использованием химического реагента.

Из известных способов выделения салициловой кислоты наиболее близким по технической сущности является «Способ выделения салициловой кислоты», описанный в патенте (РФ №2135459 С1, 6 С 07 С 65/10 от 27.08.1999 г. Бюл. №24). В данном способе электролиз проводят в трехкамерном электролизере с двумя катионитовыми мембранами. Салицилат натрия подвергают электролизу при разных плотностях тока. В боковые камеры электролизера наливают серную кислоту и щелочь натрия. В среднюю - раствор салицилата натрия. При приложении напряжения катионы водорода из анодной камеры переходят в среднюю, где раствор подкисляется и осаждается салициловая кислота, а ионы натрия из средней камеры переходят в катодную, где концентрируется щелочь натрия.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относится то, что в качестве и катода, и анода используются платиновые пластинки. Кроме того, скорость реакции невысокая из-за того, что частично салициловая кислота осаждается на мембране. Из-за образования осадка в средней камере напряжение на электролизере со временем увеличивается.

Задача настоящего изобретения состоит в повышении производительности процесса.

Поставленная задача достигается проведением электролиза в 3-камерном электролизере с двумя катионитовыми мембранами МК-40. В катодную камеру заливают раствор щелочи, в анодную - раствор кислоты, в среднюю - раствор салицилата натрия и сульфита натрия.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что электролиз салицилата натрия проводят в трехкамерном электролизере, при этом в среднюю камеру дополнительно добавляют раствор сульфита натрия, процесс ведут при плотности тока 0,1-0,3 А/см2, а в качестве катодного материала используют сталь 3.

Электролиз проводят при плотностях тока (0,25; 0,5 и 0,75 А). При плотности тока менее 0,1 А/см2 производительность процесса низка, а при плотности тока более 0,3 А/см2 напряжение резко возрастает и электролизер нагревается.

Данная концентрация сульфита натрия (0,1 м/л) обусловлена необходимостью предотвращения выпадения осадка салициловой кислоты в средней камере электролизера.

Салицилат натрия гидролизуется с образованием салициловой кислоты, ионов натрия и гидроксид ионов. Ионы натрия под воздействием тока проходят через катионовую мембрану в катодную камеру, где соединяются со свободной гидроксогруппой, образуя щелочь натрия. Таким образом, щелочь концентрируется в катодной камере. В анодной камере происходит окисление воды с образованием молекулярного кислорода и свободных катионов водорода, которые проникают в среднюю камеру электролизера через катионитовую мембрану. За счет выделения кислорода в анодной камере концентрируется кислота.

В средней камере образуется сернистая кислота за счет переноса ионов натрия в катодную камеру, которая как более сильная вытесняет салициловую кислоту и осаждается за пределами электролизера за счет понижения температуры.

Способ выделения салициловой кислоты в системе «салицилат натрия + сульфит натрия» состоит в следующем: в среднюю камеру заливают 100 мл 0,1 м раствора салицилата натрия и сульфита натрия. В анодную камеру заливают 100 мл 0,05 м раствора серной кислоты. В катодную камеру - 100 мл 0,1 м раствора щелочи натрия. Электролиз проводят при плотностях тока: 0,25 А; 0,5 А; 0,75 А. В качестве анода используется платина, а в качестве катодного материала - сталь 3. После окончания электролиза растворы сливают в специальную посуду, проверяют титрованием концентрацию растворов и измеряют рН растворов. Полученная салициловая кислота выгружается из средней камеры, отфильтровывается и высушивается. Затем кислота взвешивается на аналитических весах и определяется выход кислоты по току. Растворы кислоты и щелочи титруются до и после проведения электролиза для выяснения точной концентрации.

Влияние плотности тока на выход салициловой кислоты в системе «салицилат натрия + сульфит натрия» представлено в таблице.

J, А/см2U, BВТ, %
0,11084
0,251589
0,32591

По данным таблицы видно, что с увеличением плотности тока выход салициловой кислоты увеличивается.

Предложенное электрохимическое выделение салициловой кислоты в системе «салицилат натрия + сульфит натрия» по сравнению с известными методами позволяет за счет добавления в среднюю камеру сульфита натрия ускорить процесс в 2 раза, т.к. при этом образуется сернистая кислота, которая как более сильная вытесняет салициловую кислоту из раствора. Кроме того, вместо дорогостоящего платинового электрода используется более дешевый материал - сталь 3.

Для заявленного способа в том виде, как он охарактеризован, подтверждена возможность его осуществления, а средство, воплощающее заявленный способ при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно при изготовлении красителей, при консервировании пищевых продуктов, при качественном анализе химических веществ в аналитической химии, в фармацевтической, медицинской, текстильной и пищевой промышленности.

Способ получения и выделения салициловой кислоты путем электролиза салицилата натрия в трехкамерном электролизере, отличающийся тем, что в среднюю камеру дополнительно добавляют раствор сульфита натрия, процесс ведут при плотности тока 0,1-0,3 А/см2, а в качестве катодного материала используется сталь 3.