專利名稱：一種離子液體的合成工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化學(xué)工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種系列離子液體的合成工藝。
背景技術(shù)：
離子液體是由有機(jī)陽(yáng)離子和無(wú)機(jī)或有機(jī)陰離子構(gòu)成的、在100°C以下呈液體狀態(tài)的鹽類。其優(yōu)點(diǎn)是蒸氣壓幾乎為零，無(wú)揮發(fā)性，無(wú)味，不燃不爆，使用后易與產(chǎn)物分離，可回收循環(huán)使用，是傳統(tǒng)揮發(fā)性溶劑的理想替代品，有效避免了傳統(tǒng)有機(jī)溶劑使用所造成的嚴(yán)重環(huán)境、健康、安全以及設(shè)備腐蝕等問(wèn)題，是名副其實(shí)、環(huán)境友好的的綠色溶劑。適合于當(dāng)前所倡導(dǎo)的清潔技術(shù)和可持續(xù)發(fā)展的要求，越來(lái)越被人們廣泛認(rèn)可和接受。離子液體是可設(shè)計(jì)性液體，具有多樣性，離子液體功能化是離子液體的發(fā)展方向。 理論上講離子液體可能有1萬(wàn)億種，化學(xué)家和生產(chǎn)企業(yè)都可以從中選擇適合自己工作需要的離子液體。離子液體具有的獨(dú)特性質(zhì)，使其在許多方面得到應(yīng)用各種有機(jī)反應(yīng)專用催化劑和分離劑、環(huán)境友好和綠色反應(yīng)介質(zhì)、納米金屬催化劑的穩(wěn)定劑、金屬有機(jī)離子液體、多孔介質(zhì)、表面修飾、機(jī)械潤(rùn)滑劑、油品和油煙脫硫劑等，此外，離子液體在溶劑萃取、物質(zhì)的分離和純化、廢舊高分子化合物的回收、燃料電池和太陽(yáng)能電池、工業(yè)廢氣中二氧化碳的捕獲、地質(zhì)樣品的溶解、核燃料和核廢料的分離與處理等方面也顯示出廣泛的應(yīng)用前景。離子液體雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，但是目前仍處于研究階段，尤其是離子的液體的制備還存在許多問(wèn)題。如制備成本高，生產(chǎn)過(guò)程中大量廢料難處理，離子液體提純難等。特別是部分離子液體合成過(guò)程中反應(yīng)劇烈，伴隨有大量的熱量釋放，制備難點(diǎn)主要是如何實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)程中復(fù)雜的溫度控制來(lái)控制反應(yīng)進(jìn)行。這個(gè)問(wèn)題也是限制離子液體大規(guī)模生產(chǎn)的一個(gè)主要瓶頸。目前應(yīng)用這類離子液體進(jìn)行研究和應(yīng)用的國(guó)內(nèi)研究院所，主要采用微波方式來(lái)進(jìn)行上述離子液體的制備。會(huì)議論文微波輔助合成室溫離子液體(胡雪生，中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所分離科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)室，余江，中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所分離科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)室，第二屆全國(guó)化學(xué)工程與生物化工年會(huì))中考察了微波加熱對(duì)合成1-甲基-3- 丁基咪唑溴的影響，在保持高收率的情況下，反應(yīng)時(shí)間可以明顯縮短至1小時(shí)左右；微波加熱明顯地提高了 ι-甲基-3-丁基咪唑溴鹽與六氟磷酸鉀的置換反應(yīng)速率，反應(yīng)時(shí)間可以縮短至1小時(shí)，產(chǎn)物收率可以提高到85 %，生成的室溫離子液體1-甲基-3-丁基咪唑六氟磷酸鹽性質(zhì)穩(wěn)定。中國(guó)專利(申請(qǐng)?zhí)朇N200610131638. 4)中也研究了一種微波連續(xù)反應(yīng)設(shè)備用于制備離子液體， 所用的微波連續(xù)反應(yīng)設(shè)備是在家用微波爐的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)，改造組裝而成的。利用該設(shè)備反應(yīng)速率可以提高10 1000倍，使常規(guī)方法進(jìn)行的很多速度很慢的離子液體的合成變得容易實(shí)現(xiàn)并高速完成，由傳統(tǒng)方法制備所需的一周縮短到一個(gè)小時(shí)以內(nèi)，而且過(guò)程可以連續(xù)進(jìn)行，有效的降低了成本。但是微波反應(yīng)器在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的操作和使用相對(duì)容易，進(jìn)行工業(yè)規(guī)模放大時(shí)，無(wú)論從工藝本身，還是微波設(shè)備都非常困難，而且成本昂貴，實(shí)現(xiàn)工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的技術(shù)難度大，周期長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)意義不大，不可預(yù)見(jiàn)因素多。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種離子液體的合成工藝，其目的在于針對(duì)合成過(guò)程中反應(yīng)快速， 放熱劇烈，反應(yīng)物活潑，過(guò)程敏感，通過(guò)常規(guī)的間歇及連續(xù)工藝難以控制和實(shí)現(xiàn)的反應(yīng)類型提供一種有效的合成工藝。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案 一種離子液體的合成工藝，其特征在于包括以下步驟 步驟1控制進(jìn)料；
步驟2混合反應(yīng)； 步驟3分離處理。進(jìn)一步，所述步驟1控制進(jìn)料是通過(guò)三個(gè)進(jìn)料泵將原料打入到噴射混合單元中， 通過(guò)所述三個(gè)進(jìn)料泵其中的兩個(gè)將原料罐中的原料打入到噴射混合單元中，通過(guò)剩余的一個(gè)泵將溶劑罐中的溶劑到噴射混合單元中，所述混合單元中的溫度不高于10°c。進(jìn)一步，所述步驟2混合反應(yīng)是將進(jìn)入到噴射混合單元的原料充分混合后輸送到反應(yīng)單元中。進(jìn)一步，所述步驟3分離處理包括三步分離，所述第一步分離中采用相分離裝置進(jìn)行分離，經(jīng)過(guò)第一步分離的產(chǎn)物進(jìn)入第二步分離的旋轉(zhuǎn)蒸餾裝置中進(jìn)行進(jìn)一步分離，進(jìn)而經(jīng)過(guò)第二步分離的產(chǎn)物進(jìn)入到第三步分離的薄膜蒸發(fā)裝置中進(jìn)行第三步分離，最后的離子液體產(chǎn)物從薄膜蒸發(fā)裝置底部流入到產(chǎn)物罐中。所述混合單元中的溫度通過(guò)冷凝器控制，所述反應(yīng)單元中的溫度通過(guò)加熱器來(lái)控制。所述反應(yīng)單元內(nèi)部的溫度為所用溶劑的沸點(diǎn)溫度。本發(fā)明工藝核心為“系統(tǒng)內(nèi)部溫度控制體系，通過(guò)添加溶劑的蒸發(fā)溫度(沸點(diǎn))來(lái)控制反應(yīng)溫度，并溶解反應(yīng)物，使得到的離子液體產(chǎn)品從反應(yīng)混合物中容易分離，剩余未反應(yīng)的原料及溶劑與產(chǎn)品分離后循環(huán)利用。本發(fā)明離子液體合成工藝具有以下有益效果
(1)本發(fā)明的工藝方法同其他合成離子液體的工藝方法相比，整個(gè)工藝過(guò)程為封閉循環(huán)體系，沒(méi)有副產(chǎn)物生成，少量循環(huán)水消耗，無(wú)廢水、廢液、廢氣排放。過(guò)程運(yùn)行連續(xù)穩(wěn)定， 可實(shí)現(xiàn)全過(guò)程自動(dòng)化控制，工藝條件控制準(zhǔn)確，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定一致，效率高，目前已實(shí)現(xiàn)每天公斤級(jí)的優(yōu)質(zhì)品質(zhì)離子液體生產(chǎn)。(2)本發(fā)明的工藝方法在目前工藝裝置的基礎(chǔ)上，只相應(yīng)放大噴射混合單元， 反應(yīng)單元和三級(jí)分離單元即可實(shí)現(xiàn)整個(gè)工藝裝置的工業(yè)規(guī)模放大。無(wú)論從技術(shù)上還是經(jīng)濟(jì)上均具有可操作性。(3)應(yīng)用本發(fā)明的工藝方法合成的離子液體與其他常規(guī)工藝合成的離子液體相比，純度高，水和有機(jī)雜質(zhì)含量低，產(chǎn)品品質(zhì)一致性好。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
進(jìn)一步闡述本發(fā)明。圖1是本發(fā)明的工藝設(shè)備流程示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例1的色譜圖； 圖3是本發(fā)明實(shí)施例1的質(zhì)譜圖； 圖4是本發(fā)明實(shí)施例1的紫外可見(jiàn)光譜圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的闡述。實(shí)施例1
圖1為本發(fā)明離子液體的合成工藝設(shè)備流程圖，①②分別為兩種反應(yīng)物料的原料罐， ③為溶劑罐。P1，P2，P3為三個(gè)柱塞泵，將①②③中的反應(yīng)物料及溶劑輸送到④處。④為噴射混合單元，在此處①②③中的原料及溶劑充分混合。冷凝器⑤用來(lái)控制噴射混合器④處混合的溫度。⑥為反應(yīng)單元，在④處混合后的反應(yīng)物進(jìn)入⑥處進(jìn)行反應(yīng)，加熱器⑦為控制反映單元⑥處反應(yīng)的溫度。⑧為第一步分離裝置，分離出的物質(zhì)上部分為溶劑罐③中的物質(zhì)， 所以輸送回溶劑罐③處。下部分的物質(zhì)送入⑨。⑨為第二步分離裝置，分離出的物質(zhì)上部分為溶劑罐③中的物質(zhì)，所以輸送回溶劑罐③中，下部分的物質(zhì)送入。加熱器⑩為控制第二步分離裝置⑨內(nèi)溫度的溫控裝置。為第三步分離裝置，分離出的一部分物質(zhì)為原料罐 ①中的物質(zhì)，所以輸送回溶劑罐③處。另外一部分物質(zhì)為產(chǎn)品從處回收。加熱器為控制第三步分離裝置內(nèi)溫度的溫控裝置。反應(yīng)進(jìn)行時(shí)，通過(guò)原料泵一打入反應(yīng)物N-甲基咪唑，原料泵二打入反應(yīng)物硫酸乙酯，(或者打入反應(yīng)物三氟甲磺酸，或者打入反應(yīng)物氯化N-甲基吡啶)；溶劑泵三打入選擇的溶劑甲苯；控制反應(yīng)物N-甲基咪唑稍過(guò)量，確保反應(yīng)物硫酸乙酯完全反應(yīng)。反應(yīng)物及選擇的溶劑在微噴射進(jìn)料頭處發(fā)生充分劇烈混合后，進(jìn)入到溫度控制為110°C的反應(yīng)單元即夾套反應(yīng)器內(nèi)。溶劑甲苯氣化，兩種反應(yīng)物料瞬間反應(yīng)生成蒸汽壓高，穩(wěn)定液態(tài)的離子液體產(chǎn)品。生成的離子液體產(chǎn)品，未反應(yīng)完全的反應(yīng)物N-甲基咪唑，和較少量未氣化的溶劑甲苯直接進(jìn)入到與反應(yīng)器相連的相分離裝置。經(jīng)沉降分離后，置于上層的溶劑甲苯可回流至甲苯原料罐中，下層的離子液體產(chǎn)品，未反應(yīng)完全的反應(yīng)物N-甲基咪唑和極少量的溶劑甲苯可進(jìn)入到旋轉(zhuǎn)蒸餾裝置，進(jìn)行進(jìn)一步分離。旋轉(zhuǎn)蒸餾裝置溫度為110°C，壓力為 lOOOI^a。上部出口外設(shè)有冷凝器，確保冷凝溫度為10°C。殘留的極少量溶劑甲苯在這一步可以分離干凈，并經(jīng)冷凝后回流至溶劑甲苯原料罐中。離子液體產(chǎn)品，未反應(yīng)完全的反應(yīng)物 N-甲基咪唑混合物將從旋轉(zhuǎn)分離裝置的下出口進(jìn)入到薄膜蒸發(fā)器。薄膜蒸發(fā)器的溫度控制在110°C，壓力為lOI^a。薄膜蒸發(fā)器的上出口設(shè)有冷凝裝置，冷凝溫度為-20°c。經(jīng)薄膜蒸發(fā)后，未反應(yīng)完全的反應(yīng)物N-甲基咪唑由上出口經(jīng)冷凝后，回流至N-甲基咪唑原料罐， 離子液體產(chǎn)品則從薄膜蒸發(fā)器的下出口流出，流到產(chǎn)品罐中，得到離子液體產(chǎn)品。所述的混合反應(yīng)部分，包括一個(gè)特殊設(shè)計(jì)的微噴射進(jìn)料頭和一個(gè)外帶循環(huán)加熱， 內(nèi)部填充填料的夾套反應(yīng)器。微噴射進(jìn)料頭的外部有循環(huán)冷凝裝置，確保溫度不高于 IO0C ；而與微噴射進(jìn)料頭連接的夾套反應(yīng)器，內(nèi)部溫度控制為110°c (為選擇溶劑的沸點(diǎn))O對(duì)生產(chǎn)的離子液體產(chǎn)品，運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)分析手段進(jìn)行了質(zhì)量分析，圖2-4分別為離子液體產(chǎn)品的色譜圖、質(zhì)譜圖和紫外可見(jiàn)光譜圖。如圖2所示，采用氣象色譜法分析了樣品的組成，結(jié)果如上圖所示樣品A中1-乙基-3-甲基咪唑(EMIM)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為94. 25%，殘存
5的N-甲基咪唑(MIM)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5. 75% ；樣品B中EMIM的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為94. 18%，殘存的MIM 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5. 82%。如圖4所示，紫外可見(jiàn)光譜圖對(duì)比N-甲基咪唑(MIM)與1_乙基_3_甲基咪唑氯鹽(EMIMCl)的紫外吸收曲線較為相似，在210nm處出現(xiàn)最大吸收峰，剪切點(diǎn)均在230nm波長(zhǎng)處。經(jīng)過(guò)鑒定產(chǎn)品品質(zhì)優(yōu)異穩(wěn)定。產(chǎn)品收率可達(dá)99%，純度大于98%，有機(jī)雜質(zhì)及水含量低于1%。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種離子液體的合成工藝，其特征在于包括以下步驟步驟1控制進(jìn)料；步驟2混合反應(yīng)；步驟3分離處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述離子液體的合成工藝，其特征在于所述步驟1控制進(jìn)料是通過(guò)三個(gè)進(jìn)料泵將原料打入到噴射混合單元中，通過(guò)所述三個(gè)進(jìn)料泵其中的兩個(gè)將原料罐中的原料打入到噴射混合單元中，通過(guò)剩余的一個(gè)泵將溶劑罐中的溶劑到噴射混合單元中， 所述噴射混合單元中的溫度不高于io°c。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述離子液體的合成工藝，其特征在于所述步驟2混合反應(yīng)是將進(jìn)入到噴射混合單元的原料充分混合后輸送到反應(yīng)單元中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述離子液體的合成工藝，其特征在于所述步驟3分離處理包括三步分離，所述第一步分離中采用相分離裝置進(jìn)行分離，經(jīng)過(guò)第一步分離的產(chǎn)物進(jìn)入第二步分離的旋轉(zhuǎn)蒸餾裝置中進(jìn)行進(jìn)一步分離，進(jìn)而經(jīng)過(guò)第二步分離的產(chǎn)物進(jìn)入到第三步分離的薄膜蒸發(fā)裝置中進(jìn)行第三步分離，最后的離子液體產(chǎn)物從薄膜蒸發(fā)裝置底部流入到產(chǎn)物罐中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述離子液體的合成工藝，其特征在于所述混合單元中的溫度通過(guò)冷凝器控制，所述反應(yīng)單元中的溫度通過(guò)加熱器來(lái)控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述離子液體的合成工藝，其特征在于所述反應(yīng)單元內(nèi)部的溫度為所用溶劑的沸點(diǎn)溫度。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種離子液體的合成工藝，其特征在于包括以下步驟步驟1控制進(jìn)料；步驟2混合反應(yīng)；步驟3分離處理。本發(fā)明的新工藝整個(gè)工藝過(guò)程為封閉循環(huán)體系，沒(méi)有副產(chǎn)物生成，少量循環(huán)水消耗，無(wú)廢水、廢液、廢氣排放。過(guò)程運(yùn)行連續(xù)穩(wěn)定,可實(shí)現(xiàn)全過(guò)程自動(dòng)化控制，工藝條件控制準(zhǔn)確效率高。且可實(shí)現(xiàn)整個(gè)工藝裝置的工業(yè)規(guī)模放大。無(wú)論從技術(shù)上還是經(jīng)濟(jì)上均具有可操作性。應(yīng)用本發(fā)明的新工藝方法合成的離子液體與其他常規(guī)工藝合成的離子液體相比，純度高，水和有機(jī)雜質(zhì)含量低，產(chǎn)品品質(zhì)一致性好。
文檔編號(hào)C07D233/58GK102432541SQ20111025502
公開(kāi)日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月31日
發(fā)明者李長(zhǎng)紅 申請(qǐng)人:微楷化學(xué)(大連)有限公司