一種五氟化碘的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及含氟化合物領(lǐng)域，具體涉及一種五氟化碘的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 純凈的五氟化碘是一種無(wú)色的液體，易揮發(fā)，在空氣中冒白煙，生成氟化氫，因而 具有較強(qiáng)的毒性與腐蝕性。五氟化碘腐蝕皮膚，加熱時(shí)侵蝕玻璃，金屬表面只要有極少量水 分，就容易對(duì)金屬發(fā)生腐蝕。五氟化碘遇水劇烈反應(yīng)，可以點(diǎn)燃有機(jī)物，表現(xiàn)出強(qiáng)氧化性。因 此五氟化碘的生產(chǎn)與儲(chǔ)運(yùn)都有較高的要求。
[0003] 隨著世界氟工業(yè)的迅猛發(fā)展，五氟化碘作為氟工業(yè)重要的原材料和中間體，是一 種具有市場(chǎng)潛力、市場(chǎng)前景廣闊的產(chǎn)品，近年來(lái)五氟化碘的年消費(fèi)量增長(zhǎng)迅速。中國(guó)對(duì)五氟 化碘的研發(fā)起步較晚，目前真正能進(jìn)行五氟化碘工業(yè)化生產(chǎn)的企業(yè)不多。國(guó)內(nèi)在五氟化碘 的生產(chǎn)上仍然存在工藝技術(shù)瓶頸，不能滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)相關(guān)產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的需求。
[0004] 目前五氟化碘的常見(jiàn)合成方法有三種：
[0005] (1)元素氟與固體的或熔融的碘單質(zhì)反應(yīng)得到五氟化碘產(chǎn)品，如專(zhuān)利US3336111所 述的方法；
[0006] (2)元素氟與溶解在五氟化碘中的碘單質(zhì)反應(yīng)得到五氟化碘產(chǎn)品，如專(zhuān)利 US4108966所述的方法；
[0007] (3)元素氟與溶解在溶劑中的全氟碘代烷烴反應(yīng)得到全氟烷烴與五氟化碘產(chǎn)品， 如專(zhuān)利US6239319所述的方法。
[0008] 元素氟與固體碘單質(zhì)直接反應(yīng)是由杜邦公司在上世紀(jì)60年代公開(kāi)的合成方法，其 采用釜式反應(yīng)器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。但是由于反應(yīng)劇烈，反應(yīng)控制較難。同時(shí)由于溫度較高，大量的 碘單質(zhì)升華，造成工藝管路的堵塞，因此該工藝進(jìn)行了多種改進(jìn)。并且，該工藝中元素氟與 碘接觸不完全，元素氟利用率較低。
[0009] 將碘單質(zhì)溶解在五氟化碘中，可以提高反應(yīng)熱量的傳遞，同時(shí)在液相中反應(yīng)物之 間接觸較固體與氣體的接觸要好，因此國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的五氟化碘的反應(yīng)裝置多為此類(lèi)反應(yīng)裝 置。但是此類(lèi)反應(yīng)體系沒(méi)有攪拌，這是因?yàn)榇祟?lèi)裝置中接觸的都是強(qiáng)腐蝕性的物質(zhì)，大多數(shù) 材質(zhì)無(wú)法耐受，攪拌的密封很難做到全密封。即使使用磁力攪拌，由于碘的升華，攪拌也容 易被碘結(jié)死，無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí)由于槳葉與五氟化碘、碘、元素氟接觸，在剪切力的作用下加速 腐蝕，很快就會(huì)失去槳葉。沒(méi)有槳葉的攪動(dòng)，反應(yīng)體系的傳質(zhì)傳熱也很難達(dá)到均勻性。因此， 元素氟與溶解在五氟化碘中的碘單質(zhì)反應(yīng)得到五氟化碘產(chǎn)品依然存在碘單質(zhì)升華，造成工 藝管路的堵塞的問(wèn)題，同時(shí)該工藝依然存在元素氟利用率不高的缺點(diǎn)。
[0010] 使用全氟碘代烷烴溶解在溶劑中與元素氟反應(yīng)，這類(lèi)反應(yīng)可以使用槳葉，由于反 應(yīng)物不會(huì)接觸到固體顆粒，剪切作用摩擦作用小，槳葉的腐蝕并不嚴(yán)重。由于使用槳葉攪 拌，反應(yīng)體系的傳質(zhì)傳熱效果較好，不會(huì)出現(xiàn)碘升華的現(xiàn)象。但是此處使用的一般是高碳鏈 的全氟碘代烷烴，高碳鏈的全氟碘代烷烴的產(chǎn)量很少，限制了該工藝路線的生產(chǎn)規(guī)模。該路 線只適合全氟碘代烷烴的生產(chǎn)廠家，用于處理合成過(guò)程中的少量高碳鏈的全氟碘代烷烴副 產(chǎn)。
[0011] 因此，急需開(kāi)發(fā)一種工藝簡(jiǎn)單，原料易得，反應(yīng)效率高，綠色環(huán)保，適合工業(yè)化生產(chǎn) 的五氟化碘的制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供了一種工藝簡(jiǎn)單，原料易得，反應(yīng)效率高，綠 色環(huán)保，適合工業(yè)化生產(chǎn)的五氟化碘的制備方法。
[0013] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種五氟化碘的制 備方法，以碘化堿金屬鹽或碘化堿土金屬鹽為原料，以五氟化碘為溶劑，在連續(xù)通入氟氮混 合氣，反應(yīng)溫度為50~150°C，反應(yīng)時(shí)間為150~500h的條件下，在溶劑中將碘化堿金屬鹽或 碘化堿土金屬鹽氟化得到五氟化碘。
[0014] 本發(fā)明將碘化堿金屬鹽或碘化堿土金屬鹽溶解在五氟化碘溶劑中得到反應(yīng)液，然 后向反應(yīng)液中通入氟氮混合氣，使氟氣和碘化堿金屬鹽或碘化堿土金屬鹽在溶劑中充分接 觸，逐漸將反應(yīng)液中碘化堿金屬鹽或碘化堿土金屬鹽反應(yīng)成對(duì)應(yīng)的氟化鹽與五氟化碘，反 應(yīng)結(jié)束后經(jīng)過(guò)過(guò)濾將氟化鹽除去，然后經(jīng)過(guò)蒸餾可得到所需純度的五氟化碘產(chǎn)品。向反應(yīng) 液中通入氟氮混合氣進(jìn)行反應(yīng)時(shí)，為了使物料進(jìn)一步充分接觸，所述反應(yīng)可在攪拌下進(jìn)行， 以在反應(yīng)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)氟氣鼓泡液相攪拌，使原料的氣液相充分混合攪動(dòng)，使反應(yīng)體系中的 傳質(zhì)傳熱更具有均勻性，進(jìn)一步提高元素氟的利用率，攪拌速度優(yōu)選為1〇〇~150轉(zhuǎn)/分鐘。 [0015]本發(fā)明使用的碘化堿金屬鹽或碘化堿土金屬鹽原料可以是工業(yè)級(jí)原料，也可以是 全氟碘代烷烴合成表面活性劑時(shí)脫碘得到的碘化堿金屬或碘化堿土金屬鹽副產(chǎn)品。本發(fā)明 所述碘化堿金屬鹽優(yōu)選為碘化鋰、碘化鈉、碘化鉀、碘化銣、碘化銫中的一種，本發(fā)明所述碘 化堿土金屬鹽優(yōu)選為碘化鈹、碘化鎂、碘化鈣、碘化鍶、碘化鋇中的一種。
[0016] 本發(fā)明中所述溶劑五氟化碘與碘化堿金屬鹽或碘化堿土金屬鹽的質(zhì)量比優(yōu)選為3 ~7.5:1〇
[0017] 本發(fā)明中所述氟氮混合氣中氟氣體積濃度優(yōu)選為20~95%。
[0018]本發(fā)明中所述氟氮混合氣的通入速度優(yōu)選為50~200L/h。
[0019] 本發(fā)明所述反應(yīng)溫度優(yōu)選為90~105°C，反應(yīng)時(shí)間優(yōu)選為180~250h。
[0020] 本發(fā)明的五氟化碘的制備方法，可以充分利用元素氟，降低污染；由于避免直接使 用碘，防止了碘的升華，避免了工藝管線的堵塞，適合工業(yè)化生產(chǎn)，提高了反應(yīng)效率。
[0021] 本發(fā)明的方法根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要，可以采用連續(xù)生產(chǎn)工藝，也可以采取間歇式生 產(chǎn)工藝。采用連續(xù)生產(chǎn)工藝時(shí)，可使用多臺(tái)反應(yīng)釜，如可使用三臺(tái)反應(yīng)釜，三臺(tái)反應(yīng)釜可兩 兩串聯(lián)使用，保證氟氮混合氣的充分反應(yīng)。在兩個(gè)反應(yīng)釜串聯(lián)反應(yīng)時(shí)，另一臺(tái)反應(yīng)釜可以完 成反應(yīng)液的過(guò)濾操作，以及配制反應(yīng)液的操作。
[0022] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0023] 1、工藝簡(jiǎn)單，反應(yīng)效率高，本發(fā)明以碘化堿金屬鹽或碘化堿土金屬鹽為原料，以五 氟化碘為溶劑，使氟氣和碘化堿金屬鹽或碘化堿土金屬鹽在溶劑中充分接觸反應(yīng)，在反應(yīng) 過(guò)程中實(shí)現(xiàn)氟氣鼓泡液相攪拌，使原料的氣液相充分混合攪動(dòng)，使反應(yīng)體系中的傳質(zhì)傳熱 更具有均勻性，提高了元素氟的利用率，同時(shí)由于避免直接使用碘，防止了碘的升華，避免 了工藝管線的堵塞，提高了反應(yīng)效率，產(chǎn)品收率在98.5 %以上，純度在99.3 %以上；
[0024] 2、原料易得，成本低，碘化堿金屬鹽或碘化堿土金屬鹽可使用工業(yè)級(jí)原料，也可以 以全氟碘代烷烴合成表面活性劑時(shí)脫碘得到的碘化堿金屬或碘化堿土金屬鹽副產(chǎn)品為原 料，廉價(jià)易得，顯著降低了生產(chǎn)成本；
[0025] 3、反應(yīng)條件溫和，綠色環(huán)保，本發(fā)明反應(yīng)條件溫和、可控，物料反應(yīng)充分，三廢排放 少，由于避免直接使用碘，防止了碘的升華，避免了工藝管線的堵塞，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體描述，以下實(shí)施例只用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步 說(shuō)明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。
[0027] 實(shí)施例1
[0028]向帶回流冷凝器和攪拌的反應(yīng)釜(材質(zhì)：不銹鋼316L，耐壓：1.OMPa)中加入20kg碘 化鈉和溶劑五氟化碘150kg，開(kāi)動(dòng)攪拌，轉(zhuǎn)速為150轉(zhuǎn)/分鐘，然后向反應(yīng)液中通入氟氣體積 濃度為95%的氟氮混合氣進(jìn)行反應(yīng)，通入氟氮混合氣的速度為50L/h，控制反應(yīng)釜內(nèi)的反應(yīng) 溫度在85°C，反應(yīng)產(chǎn)生的尾氣經(jīng)過(guò)冷凝回流后不凝氣送至尾氣吸收系統(tǒng)，反應(yīng)180h后，停止 通入氟氮混合氣，將反應(yīng)釜內(nèi)的反應(yīng)液過(guò)濾、蒸餾得到179.3kg五氟化碘，去除作為溶劑的 150kg五氟化碘，實(shí)際得到五氟化碘產(chǎn)品29.3kg，收率98.9%，產(chǎn)品純度99.5%。
[0029] 實(shí)施例2~6
[0030] 操作方法同實(shí)施例1，試驗(yàn)條件與結(jié)果見(jiàn)下表。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種五氟化碘的制備方法，其特征在于以碘化堿金屬鹽或碘化堿土金屬鹽為原料， 以五氟化碘為溶劑，在連續(xù)通入氟氮混合氣，反應(yīng)溫度為50~150°C，反應(yīng)時(shí)間為150~500h 的條件下，在溶劑中將碘化堿金屬鹽或碘化堿土金屬鹽氟化得到五氟化碘。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的五氟化碘的制備方法，其特征在于所述溶劑五氟化碘與碘化 堿金屬鹽或碘化堿土金屬鹽的質(zhì)量比為3~7.5:1。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的五氟化碘的制備方法，其特征在于所述氟氮混合氣中氟氣體 積濃度為20~95 %。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的五氟化碘的制備方法，其特征在于所述氟氮混合氣的通入速 度為50~200L/h。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的五氟化碘的制備方法，其特征在于所述碘化堿金屬鹽為碘化 鋰、碘化鈉、碘化鉀、碘化銣、碘化銫中的一種。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的五氟化碘的制備方法，其特征在于所述碘化堿土金屬鹽為碘 化鈹、碘化鎂、碘化鈣、碘化鍶、碘化鋇中的一種。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的五氟化碘的制備方法，其特征在于所述反應(yīng)溫度為90~105 °C，反應(yīng)時(shí)間為180~250h。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的五氟化碘的制備方法，其特征在于所述反應(yīng)在攪拌下進(jìn)行，攪 拌速度為100~150轉(zhuǎn)/分鐘。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種五氟化碘的制備方法，以碘化堿金屬鹽或碘化堿土金屬鹽為原料，以五氟化碘為溶劑，在連續(xù)通入氟氮混合氣，反應(yīng)溫度為50～150℃，反應(yīng)時(shí)間為150～500h的條件下，在溶劑中將碘化堿金屬鹽或堿土金屬鹽氟化得到五氟化碘。本發(fā)明具有工藝簡(jiǎn)單，原料易得，反應(yīng)效率高，綠色環(huán)保，適合工業(yè)化生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類(lèi)】C01B7/24
【公開(kāi)號(hào)】CN105523522
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510900643
【發(fā)明人】吳慶, 耿為利, 王宗令, 劉華平
【申請(qǐng)人】巨化集團(tuán)技術(shù)中心
【公開(kāi)日】2016年4月27日
【申請(qǐng)日】2015年12月8日