用于制備碳酸氫鈉顆粒的方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于制備碳酸氫鈉顆粒的方法，該方法包括以下步驟：(a)向水溶液添加至少一種堿金屬碳酸鹽以形成含水組合物；其中該堿金屬碳酸鹽包括碳酸鈉并且其中該含水組合物以基于該含水組合物的重量至少200ppm的量包含至少一種多元羧酸和/或其鹽，并且(b)從該含水組合物中分離碳酸氫鈉，以便在一方面獲得碳酸氫鈉顆粒，并且在另一方面獲得含水母液。
【專利說明】用于制備碳酸氫鈉顆粒的方法
[0001]本申請要求于2011年12月21日提交的歐洲申請號11194784.2的優先權，出于所有的目的將該申請的全部內容通過引用結合在此。
發明領域
[0002]本發明涉及一種用于制備碳酸氫鈉顆粒的方法以及通過這種方法獲得的顆粒。
[0003]發明背景
[0004]碳酸氫鈉(NaHCO3)是一種具有寬范圍的吸引人的特性和從用于制藥工業的高科技成分到人類食品和動物飼料工業的非常寬范圍的應用的產品。
[0005]碳酸氫鈉可以通過將碳酸鈉碳化來生產。在歐洲，碳酸化作用通常是由在蘇打灰的生產過程中共同產生的CO2在蘇打灰工廠內原處進行的(CO2主要在石灰窯中產生)。在美國，碳酸化作用通常在多個單獨的工廠中進行，這些工廠獨立地購買蘇打灰和CO2并將它們結合。
[0006]傳統上，通過使用常規蒸汽管回轉干燥機將碳酸氫鈉濕餅干燥。這類方法涉及高溫脫水以及高達35atm的汽壓。經干燥的材料通常具有高本體密度并且從這種方法產生的晶體通常具有不規則的粒度分布和樹枝狀結構，是物理上脆弱并且在處理時易于碎裂成更細的碎片。此外，在高溫下，碳酸氫鈉趨向于轉化成碳酸鈉。
[0007]本發明的一個目的是提供具有高比表面積的碳酸氫鈉顆粒。本發明還有一個目的是提供一種用于制備具有高比表面積的碳酸鈉顆粒的方法。
[0008]發明概述
[0009]出人意料地，本發明諸位發明人現已發現這些目的中的一個或多個可以通過對制備過程中添加劑進行具體選擇而獲得。本發明諸位發明人還已經發現，在選定的濃度條件下，可以從一種包含堿金屬碳酸鹽和至少一種多元羧酸和/或其鹽的含水組合物獲得大尺寸的具有相對高的比表面積和/或所希望的顆粒形狀的碳酸氫鈉顆粒。
[0010]根據第一方面，本發明提供了一種用于制備碳酸氫鈉顆粒的方法。所述方法包括以下步驟:
[0011](a)向水溶液添加至少一種堿金屬碳酸鹽以形成一種含水組合物；其中該堿金屬碳酸鹽包括碳酸鈉并且其中該含水組合物以基于該含水組合物的重量至少200ppm的量包含至少一種多元羧酸和/或其鹽，并且
[0012](b)從該含水組合物中分離碳酸氫鈉，以便在一方面獲得碳酸氫鈉顆粒，并且在另一方面獲得一種含水母液。
[0013]優選地，步驟(b)包括使該含水組合物與含有二氧化碳的氣體進行接觸的步驟。
[0014]具有高比表面積的碳酸氫鈉顆粒可以通過使用相對高用量的多元羧酸和/或其鹽來獲得。
[0015]根據第二方面，本發明包含一種碳酸氫鈉顆粒，該碳酸氫鈉顆粒具有如通過激光散射測量的至少?ο μ m的平均等效球直徑D50，至少60 μ m的D90，以及至少4.0m2/g的平均BET比表面積。
[0016]根據第三方面，本發明包含一種碳酸鈉顆粒，所述碳酸鈉顆粒具有如通過激光散射測量的至少?ο μ m的平均等效球直徑D50，至少60 μ m的D90，以及至少10.0m2/g、優選至少15m2/g的平均BET比表面積。
[0017]獨立權利要求和從屬權利要求提出了本發明的具體和優選的特征。適當時，可以將來自從屬權利要求的特征與來自獨立權利要求或其他從屬權利要求的特征結合。
[0018]本發明的上述以及其他的特性、特征和優點將從以下詳細說明中變得清楚，該說明作為舉例說明了本發明的原則。
[0019]附圖簡要說明
[0020]圖1表示繪制了在不存在或以不同濃度存在不同多元羧酸的情況下制備的碳酸氫鈉顆粒的BET比表面積(以m2/g)的圖。
[0021]發明詳述
[0022]在對本發明配制品進行描述之前，應理解的是本發明不限于具體描述的配制品，因為這類配制品可以變化(理所當然)。還應當理解的是，在此使用的術語不旨在進行限制，因為本發明的范圍將僅由所附權利要求進行限制。
[0023]如在此所使用的，單數形式“一個/種”(a/an)和“該”包括單數或復數個參考物，除非上下文另外明確指出。作為舉例，“一種添加劑”指一種添加劑或多于一種添加劑。
[0024]如在此使用的術語“包括了(comprising) ”、“包括(comprises) ”和“由...構成(comprised of)” 是與“包含了(including) ”、“包含(includes)”、或“含有的(containing) ”、“含有(contains) ”同義，并且是包括式或開放式的，并且不排除額外的非限制性成分、元素、或方法步驟。將理解的是如在此所使用的術語“包括了”、“包括”和“由...構成”包括這些術語:“由...組成的(consisting of) ”、“由...構成(consist) ”和“由...組成(consist of) ”。
[0025]貫穿本申請，術語“約”用來指一個值，該值包括對于被用來測定該值的設備或方法的誤差的標準偏差。
[0026]如在此所使用的，術語“平均”指的是數均，除非另有說明。
[0027]如在此使用的，術語“按重量計％ ”、“Wt % ”、“重量百分比”、或“按重量計百分比”
是可交換使用的。
[0028]由端點列舉的數值范圍包括所有整數以及(當合適時)包含在該范圍內的分數(例如，當提到例如元素數目時，I至5可以包括1、2、3、4，并且當提到例如測量值時，還可包括1.5、2、2.75、和3.80)。端點敘述還包括這些端點值其自身(例如，從1.0至5.0包括
1.0和5.0 二者)。在此列舉的任何數值范圍旨在包括包含于其中的全部子范圍。
[0029]將在本說明書中提及的所有參考文件通過引用以其全文結合在此。具體而言，在此明確引用的全部參考文件的傳授內容通過引用結合在此。除非另有定義，披露本發明時使用的所有術語(包括技術的和科學的術語)具有如本發明所屬領域的普通技術人員所通常理解的一樣的含義。通過進一步的指導，將術語的定義包括在內以更好的理解本發明的傳授內容。
[0030]在以下段落中，更詳細地定義本發明的不同方面。如此定義的每個方面可以與任何其他一個或多個方面結合，除非明確指出相反。具體而言，所指出的作為是優選的或有利的任何特征可以與所指出的作為是優選的或有利的任何其他一個或多個特征結合。
[0031]貫穿本說明書提及的“一個實施例”或“一個實施例”意思是所描述的關于該實施例的一個具體的特征、結構、或特性包括在本發明的至少一個實施例內。因此，貫穿本說明書在不同地方出現的短語“在一個實施例中”或“在一個實施例中”非必須是但是可以是全部指同一個實施例。另外，具體的特征、結構或特性能以任何合適的方式進行組合，如對本領域中技術人員自本披露內容的一個或多個實施例是清楚的。此外，雖然在此描述的一些實施例包括了一些除在其他實施例中包含的其他特征，但是不同實施例的特征的組合是意在本發明的范圍內，并且形成了不同的實施例，如應該被本領域的普通人員所理解的。例如，在所附權利要求中，權利要求的實施例中的每一個都能以任意的組合使用。
[0032]根據一個第一方面，本發明提供一種用于制備碳酸氫鈉顆粒的方法，該方法包括以下步驟:
[0033](a)將至少一種堿金屬碳酸鹽添加到一種水溶液中以形成含水組合物；其中，該堿金屬碳酸鹽包括碳酸鈉并且其中該含水組合物以基于該含水組合物的重量至少200ppm的量包括至少一種多元羧酸和/或其鹽；并且
[0034](b)從該含水組合物中分離碳酸氫鈉，以便在一方面獲得碳酸氫鈉顆粒，并且在另一方面獲得含水母液。
[0035]根據本發明方法的第一階段包括將至少一種包含碳酸鈉的堿金屬碳酸鹽添加到一種水溶液中由此形成一種含水組合物。
[0036]如在此使用的，術語“堿金屬碳酸鹽”指的是任何包含碳酸根-CO/—基團和堿金屬的化合物。優選地，該堿金屬是鈉。
[0037]在本方法中使用的堿金屬碳酸鹽可以是可商購的碳酸鈉。用于金屬鈉碳酸鹽的合適的源的非限制性實例可以是一種包含碳酸鈉的礦物，如天然堿、蘇打石、碳酸氫鈉石(Wegscheiderite)或碳酸鈉石(Decemite)。天然堿是可以包含約90%-95%的倍半碳酸鈉(Na2CO3.NaHCO3.2H20)的一種礦物。
[0038]在一個實施例中，堿金屬碳酸鹽包括一種倍半碳酸鹽，優選是碳酸氫三鈉。優選的，該堿金屬碳酸鹽包括碳酸氫三鈉二水合物(Na2CO3.NaHCO3.2H20)。倍半碳酸鹽可以有不同的來源。它可以從不同的鈉源人工生產。然而，特別令人感興趣的是倍半碳酸鹽得自一種天然堿礦石。合適的碳酸氫三鈉可以具有包括在0.1和1mm之間的平均粒徑。平均直徑是D50，它是這樣一個直徑，它使得半數(以重量計)的顆粒都具有小于該特定值的直徑。對于非球形顆粒，直徑是等效球直徑。
[0039]在一些實施例中，堿金屬碳酸鹽是經煅燒的堿金屬碳酸鹽，例如，煅燒的倍半碳酸鹽。在這個實施例中，在將堿金屬碳酸鹽添加到水溶液之前，首先將其煅燒，優選在包括在100°C和4000°C之間的溫度下。
[0040]優選地，堿金屬碳酸鹽是碳酸鈉并且水溶液還包括碳酸氫鈉。在一個實施例中，該水溶液可以進一步包括氯化鈉。
[0041 ] 在一個實施例中，步驟(a)的含水組合物包括碳酸鈉和碳酸氫鈉。優選地，碳酸鈉和碳酸氫鈉的重量比是高于1.0，優選高于2.0，優選高于3.0，優選高于5.0。
[0042]步驟(a)的含水組合物可以具有至少8的pH。
[0043]在一些實施例中，將每kg水溶液至少10g的堿金屬碳酸鹽添加到水溶液中，優選每kg含水組合物至少150g堿金屬碳酸鹽,優選每kg含水組合物至少200g堿金屬碳酸鹽。
[0044]根據本發明，該含水組合物包括至少200ppm的至少一種多元羧酸和/或其鹽，其中該ppm是基于該含水組合物的總重量。該含水組合物可以包括至少300ppm的多元羧酸和/或其鹽，例如至少400ppm、例如至少500ppm、例如至少600ppm、優選至少lOOOppm、優選至少2000ppm的多元羧酸和/或其鹽，優選至少2500ppm、優選至少2700ppm的多元羧酸和/或其鹽，其中該ppm是基于該含水組合物的總重量。如在此所使用的，術語“ppm”指的是百萬分之重量份。例如，該含水組合物可以包括至少Ig的多元羧酸和/或其鹽/Ikg含水組合物，優選至少1.5g、更優選至少2g/kg,還更優選2.5g/kg,例如至少2.7g/kg,并且例如最多5g多元羧酸和/或其鹽/Ikg含水組合物。
[0045]如在此所使用的，術語“多元羧酸或其鹽”指的是包含兩個或更多個羧酸_C00_基團的酸或其鹽。在一個優選的實施例中，多元羧酸或其鹽是處于酸或鈉鹽形式。在一個實施例中，多元羧酸或其鹽是一種酸。在一個實施例中，多元羧酸或其鹽是一種鈉鹽。
[0046]該多元羧酸和/或其鹽可以選自包含以下項的組:聚丙烯酸鈉；丙烯酸和馬來酸的共聚物；聚丙烯酸；及其混合物或共混物；優選其中該多元羧酸和/或其鹽是聚丙烯酸鈉或丙烯酸和馬來酸的共聚物，優選其中該多元羧酸和/或其鹽是丙烯酸和馬來酸的共聚物。
[0047]如在此使用的，術語“聚丙烯酸鈉”指的是包括以下通式(I)的聚合物，其中η是至少2:
[0048]
【權利要求】
1.一種用于制備碳酸氫鈉顆粒的方法，該方法包括以下步驟: -(a)向水溶液添加至少一種堿金屬碳酸鹽以形成含水組合物；其中該堿金屬碳酸鹽包括碳酸鈉并且其中該含水組合物以基于該含水組合物的重量為至少200ppm的量包含至少一種多元羧酸和/或其鹽，并且 -(b)從該含水組合物中分離碳酸氫鈉，以在一方面獲得碳酸氫鈉顆粒，并且在另一方面獲得含水母液。
2.根據權利要求1所述的方法，其中步驟(b)包括使該含水組合物與含有二氧化碳的氣體進行接觸的步驟。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其中該步驟(a)的含水組合物包含碳酸鈉和碳酸氫鈉，并且其中碳酸鈉和碳酸氫鈉的重量比是高于1.0。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的方法，其中該至少一種多元羧酸和/或其鹽選自:聚丙烯酸鈉、丙烯酸和馬來酸的共聚物、和聚丙烯酸、以及它們的共混物。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的方法，其中該步驟(a)的含水組合物具有的pH是至少8。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的方法，其中該方法是在最高70°C的溫度下進行。
7.根據權利要求1 至6中任一項所述的方法，其中該含水組合物包括至少10g堿金屬碳酸鹽/kg含水組合物。
8.根據權利要求1至7中任一項所述的方法，其中該含水組合物包括從0.2g至5.0g該多元羧酸和/或其鹽/kg含水組合物。
9.根據權利要求1至8中任一項所述的方法，其中所述碳酸氫鈉顆粒具有至少10μ m的平均等效球直徑D50，如通過激光散射測量的。
10.根據權利要求1至9中任一項所述的方法，其中，所述碳酸氫鈉顆粒具有至少.60 μ m的平均等效球直徑D90，如通過激光散射測量的。
11.根據權利要求1至10中任一項所述的方法，其中所述碳酸氫鈉顆粒具有至少.1.0m2/g的平均BET比表面積。
12.根據權利要求1至11中任一項所述的方法，其中所述碳酸氫鈉顆粒具有至少.10 μ m的平均等效球直徑D50，至少60 μ m的D90,以及至少1.0m2/g的平均BET比表面積。
13.一種用于制備碳酸鈉顆粒的方法，該方法包括通過在至少80°C的溫度下進行煅燒將通過權利要求1至10中任一項所述的方法獲得的碳酸氫鈉顆粒轉化成碳酸鈉的步驟，其中所述碳酸鈉顆粒具有至少10m2/g、優選至少15m2/g的平均BET比表面積。
14.碳酸氫鈉顆粒，具有如通過激光散射測量的至少10μ m的平均等效球直徑D50，至少60 μ m的D90，以及至少4.0m2/g的平均BET比表面積。
15.碳酸鈉顆粒，具有如通過激光散射測量的至少10μ m的平均等效球直徑D50，至少.60 μ m的D90,以及至少10m2/g、優選至少15m2/g的平均BET比表面積。
【文檔編號】C01D7/12GK104136372SQ201280070327
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2012年12月19日 優先權日:2011年12月21日
【發明者】T-D.朝, D.J.L.薩瓦里 申請人:索爾維公司