专利名称：酸的水溶液的纯化方法
技术领域：
本发明涉及酸的水溶液的纯化方法，更具体地涉及有效地、且高效地除去以羟乙磺酸为代表的羟基链烷磺酸或链烷磺酸等酸的水溶液所含的硫酸等杂质的这些酸的水溶液的纯化方法。
背景技术：
以羟乙磺酸为代表的羟基链烷磺酸或链烷磺酸等的水溶液由于在其制造过程中含有杂质硫酸，一直以来需要从上述水溶液中除去硫酸，但由于这些酸与硫酸特性相似，难以通过蒸馏等操作进行分离，因此使用离子交换树脂来从上述被处理的水溶液中除去硫酸，例如专利文献1中，使用氯型碱性阴离子交换树脂来除去甲磺酸水溶液中所含的杂质硫酸。
然而，这种方法中，由于氯离子会混入得到的酸的水溶液中，所以需要使用反萃取处理等从上述得到的酸的水溶液中除去氯离子，此外，无法将氯离子从上述得到的酸的水溶液中完全除去。
另一方面，作为避免氯离子混入得到的酸的水溶液中的方法，可以考虑使用OH型碱性阴离子交换树脂作为离子交换树脂，但是若在酸的水溶液的纯化中使用OH型碱性阴离子交换树脂，则伴随着该离子交换树脂和酸的中和热引起的温度上升，给离子交换体自身和柱带来损伤，离子交换体(包括柱)的使用寿命短，制造设备的成本上升，纯化酸的水溶液的工业化适应性欠缺。
专利文献1日本专利特开2001-64249公报发明的揭示发明要解决的课题因此，本发明的目的在于提供不需要除去氯离子等多余的工序，而且可以减低离子交换体(包括柱)的损伤，重复使用离子交换体，能够延长离子交换体的使用寿命，降低制造成本的酸的水溶液的纯化方法。
解决课题的方法本发明人鉴于上述问题认真研究，从而完成了本发明。即，本发明提供的酸(A)的水溶液的纯化方法是通过使含有酸(A)和作为杂质的酸(B)的被处理水溶液通过填充了对酸(A)和酸(B)具有阴离子的吸附选择性的阴离子交换树脂(C)的离子交换塔来进行的酸(A)的水溶液的纯化方法，其特征在于，在通过比上述被处理水溶液的浓度低的酸(A)的水溶液(下称“稀的酸(A)的水溶液”)后通过上述被处理水溶液。
在上述的本发明中较好是阴离子交换树脂(C)为OH型碱性阴离子交换树脂；稀的酸(A)的水溶液的酸浓度在30质量％以下；稀的酸(A)的水溶液通过稀释被处理水溶液得到；被处理水溶液是在阴离子交换树脂(C)对作为杂质的酸(B)的吸附饱和后从离子交换塔流出的溶液；稀的酸(A)的水溶液是在对被处理水溶液进行纯化处理后将纯水通过离子交换塔而流出的酸(A)的水溶液；稀的酸(A)的水溶液的通过量是使稀的酸(A)的水溶液中酸的总量不低于离子交换塔内的阴离子交换树脂(C)的离子交换基团总量的量；稀的酸(A)的水溶液的通过量是使稀的酸(A)的水溶液中酸的总量与离子交换塔内的阴离子交换树脂(C)的离子交换基团总量等当量的量；稀的酸(A)的水溶液和被处理水溶液以上流方式通过；酸(B)为硫酸，酸(A)为链烷磺酸；酸(A)为羟基链烷磺酸，尤其是羟乙磺酸。
此外，本发明提供的羟乙磺酸的水溶液的纯化方法是通过使含有羟乙磺酸和杂质硫酸的被处理水溶液通过填充了针对羟乙磺酸和硫酸的OH型碱性阴离子交换树脂的离子交换塔来进行的羟乙磺酸的水溶液的纯化方法，其特征在于，在通过比上述被处理水溶液的浓度低的羟乙磺酸的水溶液后通过上述被处理水溶液。
发明的效果本发明的效果在于提供不需要除去氯离子等多余的工序，而且可以减低离子交换体(包括柱)的损伤，重复使用离子交换体，能够延长离子交换体的使用寿命，降低制造成本的酸的水溶液的纯化方法。
实施发明的最佳方式本发明中，作为纯化对象的被处理水溶液，即含有作为杂质的酸(B)的酸(A)的水溶液，没有特别限定，只要是难以用蒸馏等操作除去被处理水溶液中所含的作为杂质的酸(B)的酸(A)的水溶液即可，具体可以例举例如以链烷磺酸或羟基链烷磺酸为主要成分并含有硫酸的水溶液。另外，上述被处理水溶液在以下说明的本发明的方法中，可以是在阴离子交换树脂(C)对作为杂质的酸(B)的吸附饱和后从离子交换塔流出的溶液。
上述的链烷磺酸或羟基链烷磺酸的水溶液由于其制造方法作为杂质含有微量的硫酸，硫酸与这些链烷磺酸或羟基链烷磺酸性质相似，难以通过蒸馏等操作将上述作为杂质的硫酸从该水溶液中除去。
因此，本发明中被处理水溶液中所含的作为杂质的酸(B)的具体例子可以例举例如硫酸。
本发明通过使含有酸(A)和作为杂质的酸(B)的被处理水溶液通过填充了对酸(A)和酸(B)具有阴离子的吸附选择性(即，吸附酸(A)和酸(B)的能力不同)的阴离子交换树脂(C)的离子交换塔来纯化酸(A)的水溶液。即，得到被处理水溶液中的酸(B)的含量显著降低了的酸(A)的水溶液。
本发明所使用的阴离子交换树脂(C)没有特别限定，只要是对酸(A)和酸(B)具有阴离子的吸附选择性都可以使用，为了省去除去氯离子的工序等目的，较好是OH型碱性阴离子交换树脂，可以使用例如OH型弱碱性阴离子交换树脂等。更具体地，较好是使用例如ロ一ムアンドハ一ス公司制的デユオライトA-561(商品名)、三菱化学制的ダイヤイオンWA-20(商品名)和类似性质的市场上销售的OH型弱碱性阴离子交换树脂等。
本发明的纯化方法从可以减低离子交换体(包括柱)的损伤、重复使用离子交换体、延长离子交换体的使用寿命、降低纯化酸(A)水溶液的制造成本的方面来看，在让上述被处理水溶液通过填充了阴离子交换树脂(C)的离子交换塔时，先让稀的酸(A)的水溶液通过离子交换塔后再让被处理水溶液通过离子交换塔。
稀的酸(A)的水溶液没有特别限定，可以是例如酸(A)的浓度在30质量％以下，较好是在20质量％以下。如果是浓度超过30质量％的酸(A)的水溶液，阴离子交换树脂、特别是OH型碱性阴离子交换树脂会与酸(B)发生反应，放热引起膨胀等现象，造成离子交换体和柱损伤，进而缩短装置的寿命。如果酸(A)的浓度过低，则产业上的纯化效率降低，所以较好是在5质量％以上。
稀的酸(A)的水溶液可以是纯的或者高纯度的酸(A)的水溶液，也可以是稀释被处理水溶液得到的水溶液。另外，如后所述，稀的酸(A)的水溶液可以是在对被处理水溶液进行纯化处理后将纯水通过离子交换塔而流出的酸(A)的水溶液。
本发明的纯化方法中，上述稀的酸(A)的水溶液通过离子交换体后再将被处理水溶液通过离子交换体。
在这里，对本发明中纯化酸(A)的水溶液的结构进行说明。将羟基链烷磺酸中的羟乙磺酸作为酸(A)、将硫酸作为酸(B)举例，以作为被处理水溶液的将含有微量硫酸的羟乙磺酸水溶液以及作为稀的酸(A)的水溶液的被处理水溶液的稀释液作为例子进行说明，但本发明并不局限于这些例子。
首先将上述稀的羟乙磺酸水溶液通过填充了具有阴离子的吸附选择性的阴离子交换树脂(C)的离子交换塔，由于硫酸和羟乙磺酸中阴离子交换树脂对硫酸的吸附选择性高，因此自近离子交换塔内的导入口侧的阴离子交换树脂的离子交换基团依次被硫酸置换。硫酸是杂质，它的量少，而且羟乙磺酸在离子交换塔内的移动速度比硫酸快，所以除了导入口附近的离子交换基团之外，其后直到离子交换塔的流出口的离子交换基团全部被羟乙磺酸置换。
这时，如果稀的酸(A)的水溶液的通过量使稀的酸(A)的水溶液中酸(A)的总量低于离子交换塔内的阴离子交换树脂(C)的离子交换基团总量，则离子交换塔的流出口侧残存有未置换的离子交换基团，由于与之后通过的被处理水溶液中的硫酸反应离子交换体等会受到损伤，所以较好是设定稀的酸(A)的水溶液的通过量为，使稀的酸(A)的水溶液中酸(A)的总量不低于离子交换塔内的阴离子交换树脂(C)的离子交换基团总量的量。考虑到产业上的纯化效率，在允许的范围内，酸(A)的总量可以稍稍低于离子交换基团总量，当然这样的范围包括在上述优选的范围内。
此外，如果稀的羟乙磺酸水溶液大量通过，稀的羟乙磺酸水溶液中的羟乙磺酸的总量超过离子交换塔内的阴离子交换树脂(C)的离子交换基团总量，则稀的羟乙磺酸水溶液直接流出离子交换塔外，羟乙磺酸水溶液的工业上的纯化效率下降，此外，被所含的杂质硫酸置换的离子交换树脂的量也增加，所以更好是设定稀的酸(A)的水溶液的通过量为，使稀的酸(A)的水溶液中酸的总量与离子交换塔内的阴离子交换树脂(C)的离子交换基团总量等当量的量。考虑到羟乙磺酸的产业上的纯化效率，在允许的范围内，上述羟乙磺酸可以稍稍超出该当量，当然这样的范围包括在上述优选的范围内。
通过这样使稀的羟乙磺酸水溶液通过，阴离子交换树脂暂时被羟乙磺酸置换，所以之后即使通过被处理水溶液阴离子交换树脂等也几乎不会受到损伤。
接着，将作为被处理水溶液的含有硫酸的羟乙磺酸水溶液通过这种状态下的离子交换塔。如上所述，阴离子交换树脂已经暂时被羟乙磺酸置换，所以被处理水溶液的羟乙磺酸浓度没有特别限定，可以是稀的羟乙磺酸水溶液，也可以是高浓度的羟乙磺酸水溶液，从产业上的纯化效率的角度来看，较好是使用高浓度的羟乙磺酸水溶液，具体地，较好是浓度超过30质量％，更好是在40质量％以上。被处理水溶液的羟乙磺酸浓度没有特定的上限，但如果浓度过高产业上的纯化效率下降，所以较好是在60质量％以下。
将作为被处理水溶液的羟乙磺酸水溶液通过离子交换塔，移动速度快的羟乙磺酸先到达离子交换塔的流出口(这时，例如可以通过如下的方法来知道，即测定流出液的pH，确认pH在3以下)，所以若从这里收集流出液，则可以得到硫酸含量极少的精制羟乙磺酸水溶液。
离子交换树脂的离子交换基团随着作为被处理水溶液的含有硫酸的羟乙磺酸水溶液的通过，从离子交换塔的导入口侧到流出口侧吸附于离子交换树脂的羟乙磺酸依次被硫酸置换，所以当所有的离子交换基团置换成硫酸时，可以停止羟乙磺酸水溶液的收集。该时间可以通过随时分析收集液进行硫酸浓度的分析从而得知，如果以同样的条件保证再现性，则通过进行预实验，分析被处理水溶液中的硫酸浓度，计算被处理水溶液的通过量可以知道收集停止的时间。
停止收集后的离子交换树脂可以以公知的方法，例如通过氢氧化钠水溶液等再生，重复上述的操作。
在本发明的纯化方法中，从进一步减低离子交换体等的损伤的角度来看，被处理水溶液较好是以上流(向上流动)的方式通过离子交换塔。
实施例以下，例举本发明的实施例，对本发明进行进一步的说明，但本发明并不局限于这些实施例。
〔实施例1〕
在容积31.4L(内径20cm、高1m)的聚氯乙烯树脂制的塔内装入25.5LOH型弱碱性阴离子交换树脂(ロ一ムアンドハ一ス制，商品名デユオライトA-561)，构成离子交换塔。准备羟乙磺酸浓度46质量％、硫酸浓度1.6质量％的水溶液作为被处理水溶液，将该被处理水溶液用纯水稀释至2倍的水溶液作为稀释羟乙磺酸水溶液。
将24.5L上述稀释羟乙磺酸水溶液以上流方式通过上述离子交换塔(11L/hr)，接着以上流方式通过上述被处理水溶液(16L/hr)。测定来自塔的流出液的pH，pH低于3时收集流出液进行分析，得到80kg羟乙磺酸浓度为44质量％、硫酸浓度0.0034质量％的精制(高纯度)羟乙磺酸水溶液。
然后，以顺流方式(向下流动)通过纯水，洗脱离子交换塔内的羟乙磺酸水溶液的残液。接着，以顺流方式通过1.5N的氢氧化钠水溶液(60L/hr)，使离子交换树脂的离子交换基团恢复到OH型，以顺流方式通过纯水(60L/hr)，直到流出液呈中性，再生离子交换树脂。
然后，同样地重复上述操作，连续制造杂质硫酸的浓度极低的高浓度的羟乙磺酸水溶液，结果即使到第75批羟乙磺酸浓度和硫酸浓度也几乎没有变化，得到75kg高纯度羟乙磺酸水溶液，离子交换树脂的损伤引起的高纯度羟乙磺酸水溶液的回收率下降不到10％。
〔实施例2〕与实施例1同样地得到80kg精制的羟乙磺酸水溶液(a)之后，再将上述被处理水溶液通过离子交换塔，结果被处理水溶液总计通过144L时，发现流出液的组成与通过前的被处理水溶液呈相同的组成，这期间得到78kg羟乙磺酸浓度46质量％、硫酸浓度0.95质量％的羟乙磺酸水溶液(b)。然后，以顺流方式通过18L纯水(16L/hr)，结果得到22kg羟乙磺酸浓度46质量％、硫酸浓度1.6质量％的羟乙磺酸水溶液(c)，再以顺流方式通过25L纯水(16L/hr)，结果得到28kg羟乙磺酸浓度25质量％、硫酸浓度0.8质量％的稀的羟乙磺酸水溶液(d)。
至此的操作中，从通过离子交换塔的羟乙磺酸总量和上述(a)～(d)所含的羟乙磺酸量计算羟乙磺酸的回收率，结果为99质量％。然后，以顺流方式通过1.5N的氢氧化钠水溶液(60L/hr)，使离子交换树脂的离子交换基团恢复到OH型，以顺流方式通过纯水(60L/hr)，直到流出液呈中性，再生离子交换树脂。
接着，作为第2次操作，使用上述操作所得到的(b)～(d)和上述被处理水溶液，以(d)、(b)、(c)和被处理水溶液的顺序通过离子交换塔，进行与上述同样的操作，得到100kg羟乙磺酸浓度45质量％、硫酸浓度0.020质量％的羟乙磺酸水溶液(e)、78kg羟乙磺酸浓度46质量％、硫酸浓度0.95质量％的羟乙磺酸水溶液(f)，再将纯水通过离子交换塔，得到22kg羟乙磺酸浓度46质量％、硫酸浓度1.6质量％的羟乙磺酸水溶液(g)、28kg羟乙磺酸浓度23质量％、硫酸浓度0.810质量％的稀的羟乙磺酸水溶液(h)。此外，羟乙磺酸的回收率为99质量％。
然后，与上述同样地进行再生后，重复10次与第2次同样的操作，结果与第2次同样地得到羟乙磺酸水溶液(e)～(h)，此外羟乙磺酸的回收率全都为99质量％。
〔比较例1〕除了不通过稀的羟乙磺酸、从一开始就通过被处理水溶液之外，与实施例1同样地进行，结果由于离子交换树脂的发热和膨胀，离子交换塔出现裂缝，无法进行被处理水溶液的纯化处理。
产业上利用的可能性采用本发明，可以提供不需要除去氯离子等多余的工序，而且可以减低离子交换体(包括柱)的损伤，重复使用离子交换体，能够延长离子交换体的使用寿命，降低制造成本的酸的水溶液的纯化方法。
权利要求
1.酸(A)的水溶液的纯化方法，它是使含有酸(A)和作为杂质的酸(B)的被处理水溶液通过填充了对酸(A)和酸(B)具有阴离子的吸附选择性的阴离子交换树脂(C)的离子交换塔来进行的酸(A)的水溶液的纯化方法，其特征在于，在通过比所述被处理水溶液的浓度低的酸(A)的水溶液后通过上述被处理水溶液。
2.如权利要求1所述的酸(A)的水溶液的纯化方法，其特征还在于，阴离子交换树脂(C)为OH型碱性阴离子交换树脂。
3.如权利要求1或2所述的酸(A)的水溶液的纯化方法，其特征还在于，比被处理水溶液的浓度低的酸(A)的水溶液的酸浓度在30质量％以下。
4.如权利要求1～3中的任一项所述的酸(A)的水溶液的纯化方法，其特征还在于，比被处理水溶液的浓度低的酸(A)的水溶液通过稀释被处理水溶液得到。
5.如权利要求1～3中的任一项所述的酸(A)的水溶液的纯化方法，其特征还在于，被处理水溶液是在阴离子交换树脂(C)对作为杂质的酸(B)的吸附饱和后从离子交换塔流出的溶液。
6.如权利要求1～3中的任一项所述的酸(A)的水溶液的纯化方法，其特征还在于，比被处理水溶液的浓度低的酸(A)的水溶液是在对被处理水溶液进行纯化处理后将纯水通过离子交换塔而流出的酸(A)的水溶液。
7.如权利要求1～4中的任一项所述的酸(A)的水溶液的纯化方法，其特征还在于，比被处理水溶液的浓度低的酸(A)的水溶液的通过量是使稀的酸(A)的水溶液中酸的总量不低于离子交换塔内的阴离子交换树脂(C)的离子交换基团总量的量。
8.如权利要求1～4中的任一项所述的酸(A)的水溶液的纯化方法，其特征还在于，比被处理水溶液的浓度低的酸(A)的水溶液的通过量是使稀的酸(A)的水溶液中酸的总量与离子交换塔内的阴离子交换树脂(C)的离子交换基团总量等当量的量。
9.如权利要求1～8中的任一项所述的酸(A)的水溶液的纯化方法，其特征还在于，比被处理水溶液的浓度低的酸(A)的水溶液和被处理水溶液以上流方式通过。
10.如权利要求1～9中的任一项所述的酸(A)的水溶液的纯化方法，其特征还在于，酸(B)为硫酸。
11.如权利要求1～10中的任一项所述的酸(A)的水溶液的纯化方法，其特征还在于，酸(A)为链烷磺酸。
12.如权利要求1～10中的任一项所述的酸(A)的水溶液的纯化方法，其特征还在于，酸(A)为羟基链烷磺酸。
13.如权利要求12所述的酸(A)的水溶液的纯化方法，其特征还在于，酸(A)为羟乙磺酸。
14.羟乙磺酸的水溶液的纯化方法，它是使含有羟乙磺酸和作为杂质的硫酸的被处理水溶液通过填充了针对羟乙磺酸和硫酸的OH型碱性阴离子交换树脂的离子交换塔来进行的羟乙磺酸的水溶液的纯化方法，其特征在于，在通过比所述被处理水溶液的浓度低的羟乙磺酸的水溶液后通过上述被处理水溶液。
全文摘要
本发明提供不需要除去氯离子等多余的工序、而且可以减低离子交换体(包括柱)的损伤、重复使用离子交换体、能够延长离子交换体的使用寿命、降低制造成本的酸(A)的水溶液的纯化方法，它是通过使含有酸(A)和作为杂质的酸(B)的被处理水溶液通过填充了对酸(A)和酸(B)具有阴离子的吸附选择性的阴离子交换树脂(C)的离子交换塔来进行的酸(A)的水溶液的纯化方法，其特征在于，在通过比上述被处理水溶液的浓度低的酸(A)的水溶液后通过上述被处理水溶液。
文档编号C07C309/07GK1805925SQ20058000048
公开日2006年7月19日 申请日期2005年4月21日 优先权日2004年4月22日
发明者小林宏充, 仁藤浩久 申请人:旭电化工业株式会社