专利名称：一种制备四甲基氢氧化铵的双膜电解装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种制备四甲基氢氧化铵的双膜电解装置，属化工设备领域。
背景技术：
四甲基氢氧化铵又称氢氧化四甲基铵，缩写为TMAH，是与苛性碱同等强度的强碱。 随着大规模集成电路的不断发展，对高纯电子级TMAH的需求量不断增大，但传统制备TMAH 的方法存在成本高和杂质离子含量高等缺陷。目前TMAH的制备方法主要有沉淀法、离子交换树脂法、加成法、离子膜法和离子膜电解法等。离子膜电解法是目前制备电子级TMAH产品最好的方法。离子膜电解法是将电解和离子膜结合在一起制备高纯度TMAH的方法，该方法工艺简单、产品纯度高、并且还具有成本较低和无污染等优点，是一种绿色化学合成工艺。就其电解设备而言，电解槽目前普遍采用单膜电解槽，单膜电解槽由于其结构过于简单，杂质离子易于通过，导致其存在电流效率不够高，所得产品杂质含量高，产率低等缺点，不利于大规模的产业化。而双膜电解槽能够有效地提高过程的电流效率和所得产品的品质，目前未见关于其结构的详细报道。
发明内容本实用新型目的在于提供一种制取TMAH的双膜电解装置，解决采用传统电解槽所得产品中杂质离子含量高，纯度不高等缺陷，满足工业化实际生产需求。为实现本实用新型目的，技术解决方案如下该制取TMAH的双膜电解装置包括电解槽的槽体，阳极、阴极、直流稳压电源、电流检测装置和电解槽外部的进出料设备。所述槽体由并列的三个槽组装而成，分别为阴极槽、阳极槽和缓冲槽，缓冲槽位于阴极槽、阳极槽中间，阴极槽与缓冲槽由阳离子交换膜隔开，阳极槽与缓冲槽由阴离子交换膜隔开。阴极与直流稳压电源的负极相连，插在阴极槽中，阳极与直流稳压电源的正极相连，插在阳极槽中；所述阴极槽的顶部通过连有磁力泵的输液管线与阴极原料罐相连，阴极槽底部出口通过连接输液管线分别与四甲基氢氧化铵产品储罐和阴极原料罐连接，形成阴极液外循环搅拌体系；所述缓冲槽的顶部通过连有磁力泵的输液管线与缓冲液储罐相连， 缓冲槽底部出口通过输液管线分别与缓冲余液罐和缓冲液储罐连接，形成缓冲液外循环搅拌体系；所述阳极槽的顶部通过连有连有磁力泵的输液管线与阳极原料罐相连，阳极槽底部出口通过连接输液管线分别与阳极余液罐和阳极原料罐连接，形成阳极液外循环搅拌体系。所述阴离子交换膜和阳离子交换膜平行设置，阳离子交换膜优选F4403D、F4402 或F4602等全氟阳离子膜，阴离子交换膜优选季铵碱型阴离子交换膜。所述电解槽槽体由高纯的聚丙烯、聚乙烯或聚四氟乙烯等材料制成，形状为长方形槽体。所述阴极材料为不锈钢或石墨，阳极材料为钛基钌系氧化物或钛基铱系氧化物。[0011]所述阴极槽的阴极液组成为TMAH溶液，0. 2-0. 5 mol/L ；所述缓冲液槽的缓冲液组成为=TMAHCO3溶液，1. 0-3. 0 mol/L ；所述阳极槽的阳极液组成为=Na2SO4溶液，0. 2-0. 6 mol/L。本实用新型用于制取四甲基氢氧化铵的双膜电解装置，在电解槽中发生下列反应阳极反应
2//20-4e-=4//++02个HCOf + H* = CO21 +H2O缓冲液反应
(CH3)4NHCO3 -^(CW3)4IT +HCOf阴极反应H2O ^H ++ OH'(CH3)iN* + OH' — (CHJ)^NOH
AH+ + 4 、2H2 T总反应
(CTj)4AWCO3 + IH2O — (CH3)i NOH+ O21 +CO2 个 +2H2 个所述缓冲液槽中TMAHCO3电离为(CH3)4N+和HC03 —，(CH3)4N+通过阳离子交换膜进入阴极槽，生成TMAH，生成的TMAH —部分进入产品储罐，一部分通入阴极原料罐循环。HCO3 一通过阴离子交换膜进入阳极槽，生成CO2,排出。向阴极槽补充0.2-0. 5 mol/L的TMAH溶液，向缓冲液槽补充1. 0-3. 0 mol/L的TMAHCO3溶液，向阳极槽补充纯水，本实用新型可达到上述总反应的要求。本实用新型具有以下优点1、本实用新型采用双膜电解装置制备高纯TMAH，制备的TMAH产物质量和纯度更高，金属离子含量小于4 ppm，扩大了产品的应用范围，满足了 TMAH在高科技领域的应用。2、本实用新型采用双膜电解，与单膜电解装置相比，具有更高的电流效率，为80 % 90 %，降低了过程的能耗。3、本实用新型双膜电解装置使得生产过程更加绿色环保，三废更少，生产相对安全，是一种较理想的装置，使用本实用新型进行高纯TMAH制备具有很好的经济和社会效 益。
图1为本实用新型结构示意图。[0030]1 一直流稳压电源；2—电流检测装置；3—阴极槽；4一磁力泵1 ；5—阴极；6—阴极原料罐；7—槽体；8—产品储罐；9一阳离子交换膜；10—缓冲液槽；11 一缓冲液余液灌； 12—阳极余液罐；13—阳极原料罐；14一缓冲液储罐；15 —阳极槽；16—阳极；17—磁力泵 2 ；18—磁力泵3 ；19—阴离子交换膜。
具体实施方式结合附图1对本实用新型制取TMAH的双膜电解装置进行详细说明该装置包括槽体(7)，阳极(16)、阴极(5)、直流稳压电源(1)、电流检测装置(2)和电解槽外部的进出料设备。其特征在于，此电解装置的电解槽槽体(7)由相互邻接的三个槽并列组成，分别为阴极槽(3)、阳极槽(15)和缓冲槽(10)，缓冲槽(10)位于阴极槽(3)、阳极槽(15)中间，阴极槽 (3)与缓冲槽(10)由阳离子交换膜(9)隔开，阳极槽(15)与缓冲槽(10)由阴离子交换膜 (19)隔开；阴离子交换膜(19)和阳离子交换膜(9)平行设置。阴极(5)与直流稳压电源的负极相连，插在阴极槽(3)中，阳极(16)与直流稳压电源的正极相连，插在阳极槽(15)中； 阴极槽(3)的顶部与阴极原料输液管线相连，原料输液管线通过磁力泵1 (4)将阴极原料罐(6)中的原料输送至阴极槽(3)，阴极槽(3)底部出口通过输液管线分别与产品储罐(8) 和阴极原料罐(6)连接，形成阴极液外循环搅拌体系；所述缓冲槽(10)的顶部通过连有磁力泵3 (18)的输液管线与缓冲液储罐(14)相连，缓冲槽(10)底部出口通过输液管线分别与缓冲余液罐(11)和缓冲液储罐(14)连接，形成缓冲液外循环搅拌体系；所述阳极槽(15) 的顶部通过连有磁力泵2 (17)的输液管线与阳极原料罐(13)相连，阳极槽(15)底部出口通过连接输液管线分别与阳极余液罐(12)和阳极原料罐(13)连接，形成阳极液外循环搅拌体系。槽体(7)由高纯的聚丙烯、聚乙烯或聚四氟乙烯等材料制成，形状为长方形槽体， 阳离子交换膜(9)优选F4403D全氟阳离子膜，阴离子交换膜优选(19)季铵碱型阴离子交换膜。阴极材料优选不锈钢或石墨，阳极材料优选钛基钌系氧化物或钛基铱系氧化物。工作过程如图所示，本实用新型在运行时，阴极(5)置于阴极槽(3)中，与直流稳压电源(1)的负极相连，阳极(16)置于阳极槽(15)，与直流稳压电源(1)的正极相连，电流检测装置(2)连接于直流稳压电源(1)与电解槽之间，用于检测电流。阴极原料0.2-0. 5 mol/L的TMAH溶液通过阴极输液管线由磁力泵1 (4)输送至阴极槽(3)，缓冲液1. 0-3. 0 mol/L的TMAHCO3溶液通过缓冲液输液管线由磁力泵3 (18)输送至缓冲液槽(10)，阳极液0.2-0. 6 mol/L的Na2SO4溶液通过阳极输液管线由磁力泵2 (17)输送至阳极槽(15)。 TMAHCO3在缓冲液槽(10)中电离为(CH3) 4N+和HCO3 一，(CH3) 4N+通过阳离子交换膜(9)进入阴极槽(3)，生成TMAH，生成的TMAH—部分进入产品储罐(8)，一部分通入阴极原料罐(6) 循环。HCO3 一通过阴离子交换膜(19)进入阳极槽(15)，生成CO2排出。
权利要求1.一种制备四甲基氢氧化铵的双膜电解装置，包括槽体、阴极、阳极、直流稳压电源、电流检测装置和电解槽外部的进出料设备，其特征在于，槽体由并列的三个槽组装而成，分别为阴极槽、阳极槽和缓冲槽，缓冲槽位于阴极槽、阳极槽中间，阴极槽与缓冲槽由阳离子交换膜隔开，阳极槽与缓冲槽由阴离子交换膜隔开。
2.根据权利要求1所述的制备四甲基氢氧化铵的双膜电解装置，其特征在于阴极与直流稳压电源的负极相连，插在阴极槽中，阳极与直流稳压电源的正极相连，插在阳极槽中；所述阴极槽的顶部通过连有磁力泵的输液管线与阴极原料罐相连，阴极槽底部出口通过连接输液管线分别与四甲基氢氧化铵产品储罐和阴极原料罐连接，形成阴极液外循环搅拌体系；所述缓冲槽的顶部通过连有磁力泵的输液管线与缓冲液储罐相连，缓冲槽底部出口通过输液管线分别与缓冲余液罐和缓冲液储罐连接，形成缓冲液外循环搅拌体系；所述阳极槽的顶部通过连有磁力泵的输液管线与阳极原料罐相连，阳极槽底部出口通过连接输液管线分别与阳极余液罐和阳极原料罐连接，形成阳极液外循环搅拌体系。
3.根据权利要求1或2所述的制备四甲基氢氧化铵的双膜电解装置，其特征在于所述阴离子交换膜和阳离子交换膜平行设置，阳离子交换膜选F4403D、F4402或F4602全氟阳离子膜，阴离子交换膜选季铵碱型阴离子交换膜。
专利摘要本实用新型公开了一种制备四甲基氢氧化铵的双膜电解装置，属化工设备领域。它包括电解槽的槽体、阴极、阳极和电解槽外部的进出料设备，电解槽槽体由三个槽组装而成，一端为阴极槽，另一端为阳极槽，中间为缓冲槽。阴极槽与缓冲槽由阳离子交换膜隔开，阳极槽与缓冲槽由阴离子交换膜隔开。阴极槽、缓冲槽和阳极槽均与外部的进出料设备相连，采用磁力泵进料并实现电解过程电解液的循环搅拌。本实用新型结构简单、电流效率高，采用此装置所制备的TMAH纯度和质量均达到电子级标准，且产品收率高，过程绿色环保无污染，生产安全，可很好地应用于TMAH的生产。
文档编号C25B9/08GK202072769SQ20112013221
公开日2011年12月14日 申请日期2011年4月29日 优先权日2011年4月29日
发明者任保增, 刘振锋, 宋怀俊, 李伟然, 李涛, 许小荣, 雒廷亮 申请人:郑州大学