專利名稱：一種利用電滲析制備離子液體的方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電滲析的組裝方法和離子液體的制備方法，具體地說涉及 一種在電場作用下制備離子液體的方法，屬于化學(xué)合成領(lǐng)域。
技術(shù)背景近年來，離子液體已經(jīng)成為綠色化學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)，它是室溫 下完全由離子組成的有機(jī)液體物質(zhì)。離子液體的優(yōu)點(diǎn)是液體狀態(tài)溫度范圍 廣，蒸汽壓低，不易揮發(fā)；對(duì)有機(jī)物、無機(jī)物都有良好的溶解性，使許多化 學(xué)反應(yīng)得以在均相中完成；還可根據(jù)需要，定向設(shè)計(jì)離子液體體系；離子液 體作為電解質(zhì)具有較大的電化學(xué)窗口、良好的導(dǎo)電性、熱穩(wěn)定性和極好的抗 氧化性。離子液體所具備的這些其他液體無法比擬的性質(zhì)，給大部分傳統(tǒng)化 工反應(yīng)提供了改造的新空間。業(yè)已證明，離子液體在萃取分離、催化反應(yīng)、 高分子合成、電化學(xué)、綠色合成等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。自從1992發(fā)現(xiàn) 對(duì)水及大氣穩(wěn)定且組成固定的非AlCl3型離子液體[emin]BF4之后，離子液體 的研究迅猛發(fā)展，其品種也逐漸壯大。但各類離子液體的合成都未能真正實(shí) 現(xiàn)工業(yè)化的批量生產(chǎn)。離子液體合成制備過程中存在著一些技術(shù)難題尚待研 究解決，主要問題包括制備成本高、合成速率和產(chǎn)率低、產(chǎn)品純度差等。 本專利正是圍繞離子液體合成制備過程中存在的上述問題提出的。離子液體的合成一般釆用兩步法，即第一步先由叔胺與鹵代垸反應(yīng)合 成季銨鹵化物；第二步再將季胺上的鹵負(fù)離子交換為所需要的負(fù)離子。如果 所生成的離子液體為親水性的，第二步一般采用銀鹽法，通過生成鹵化銀沉 淀將鹵離子除掉。銀鹽法的主要缺點(diǎn)是成本太高，且鹵化銀晶體細(xì)小，不 易去除干凈。因而，研究相對(duì)價(jià)廉的非銀法就顯得非常必要。但目前非銀鹽 法主要針對(duì)憎水性離子液體(將無機(jī)鹽留在水相中，離子液體生成有機(jī)相而 分離，也可以選擇適當(dāng)?shù)娜軇?，使無機(jī)鹽沉淀析出)，對(duì)于親水性離子液體 來說，非銀鹽法會(huì)生成溶于水的鹵化鹽，鹵化鹽的存在嚴(yán)重影響了離子液體 的合成速率和產(chǎn)率，同時(shí)鹵化鹽的存在還會(huì)影響離子液體的純度。如果所生 成的離子液體為憎水性質(zhì)的，可以采用非銀鹽法制備，但是由于有少量的鹵 化物仍可能溶于離子液體中，使得產(chǎn)物不純，同時(shí)產(chǎn)率也不高。因而，在離子液體的制備過程中，雜質(zhì)離子的去除就成為影響離子液體純度及合成效率 的關(guān)鍵問題。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種利用電滲析制備離子液體的方法，可有效簡 化離子液體的制備程序，進(jìn)一步提高離子液體的性能，并實(shí)現(xiàn)離子液體的工 業(yè)化。本發(fā)明的方法是在一個(gè)四室的電滲析器內(nèi)，利用復(fù)分解反應(yīng)，制備高純 度的離子液體。反應(yīng)物來自電滲析其中的兩室，產(chǎn)物生成在電滲析的另兩室。 本發(fā)明的反應(yīng)如下季銨的鹵化物鹽+鈉鹽~>離子液體+鹵化鈉一種利用電滲析制備離子液體的裝置依次包括陰極室，陽離子交換膜， 隔板，陰離子交換室，陽極室，其特征在于電滲析膜堆為四室結(jié)構(gòu)構(gòu)成反 應(yīng)器，離子交換膜為均相離子交換膜，陰陽極為鈦涂釕電極。一種利用電滲析制備離子液體的方法，其特征在于，包括以下步驟-1) 在陰、陽極室中各加入硫酸鈉水溶液；膜堆四室分別是I號(hào)、II號(hào)、 III號(hào)室、IV號(hào)反應(yīng)室，在I號(hào)反應(yīng)室內(nèi)加入季銨鹵化鹽的水溶液，在III號(hào)反 應(yīng)室加入鈉鹽的水溶液；在II號(hào)、IV號(hào)反應(yīng)室內(nèi)加入蒸餾水或去離子水；2) 在電流密度為0.5 5A/dm2的直流電場作用下，I號(hào)反應(yīng)室內(nèi)季銨離 子通過陽離子交換膜進(jìn)入II號(hào)反應(yīng)室，III反應(yīng)號(hào)室內(nèi)含有與合成對(duì)應(yīng)離子液 體相配伍的陰離子通過陰離子交換膜也進(jìn)入II反應(yīng)號(hào)室，與季銨離子生成反 應(yīng)物離子液體；同時(shí)I號(hào)反應(yīng)室內(nèi)鹵素陰離子通過陰離子交換膜迸入IV反應(yīng) 號(hào)室，ffl反應(yīng)號(hào)室內(nèi)含有鈉離子通過陽離子交換膜也進(jìn)入IV反應(yīng)號(hào)室與鹵素陰離子生成反應(yīng)物鹵化鈉副產(chǎn)物；i號(hào)、n號(hào)、m號(hào)、iv號(hào)反應(yīng)室各室內(nèi)各 自獨(dú)立用泵循環(huán)，陰、陽極室的流出液仍返回原來的貯液槽，并用泵循環(huán)式用，通以1—6小時(shí)的直流電來制備離子液體。在上述電滲析過程中，在直流電場的作用下，離子交換膜的特點(diǎn)是陽離 子交換膜只允許陽離子透過，陰離子交換膜只允許陰離子透過，所以可以完 成反應(yīng)的進(jìn)行，而且由于采用了均相離子交換膜，使得整個(gè)過程更具有耐污 染性和反應(yīng)更穩(wěn)定。本發(fā)明的特點(diǎn)是(1) 本發(fā)明制備的產(chǎn)品中，只有部分少量的齒化鹽存在，產(chǎn)品純度很高。(2) 制備工藝流程簡單，工藝條件要求低，在常溫常壓下就可以生產(chǎn)制 備，無需高溫高壓條件和設(shè)備，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。(3) 制備過程易于控制，僅需調(diào)節(jié)少量參數(shù)就可以有效控制離子液體的生成過程，進(jìn)而保證了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。通過調(diào)節(jié)電滲析電壓為3.0 18V 控制電流密度為0. 5 5A/dm2。(4) 采用本法制備離子液體，設(shè)備緊湊，反應(yīng)時(shí)間快，從而可節(jié)約大量 的生產(chǎn)費(fèi)用。


圖l本發(fā)明裝置示意中a離子液體b鹵化鈉c季銨鹵化物d鈉鹽e硫酸鈉 ①季銨陽離子②鹵離子③配伍陰離子 鈉離子i號(hào)反應(yīng)室n號(hào)反應(yīng)室ni號(hào)反應(yīng)室iv號(hào)反應(yīng)室具體實(shí)施方式
具體方法如下如附圖所示，電滲析由陰極室，陰離子交換膜、隔板、陽離子交換膜、組成一個(gè)膜堆，每個(gè)膜堆分為四室，分別是i號(hào)反應(yīng)室、n反應(yīng)號(hào)室、m反 應(yīng)號(hào)室、iv反應(yīng)號(hào)室，陽極室。根據(jù)預(yù)制的產(chǎn)品的含量，將季銨鹵化鹽和鈉 鹽的水溶液分別放入i號(hào)室和ni號(hào)室內(nèi)，在ii號(hào)、iv號(hào)反應(yīng)室內(nèi)加入蒸餾水或去離子水。其特征是以鈦涂釕等電極為陰陽極，電流密度為0. 5 5A/dm2， 各室內(nèi)各自獨(dú)立循環(huán)，以保證反應(yīng)的順利進(jìn)行。電極室的流出液仍返回原來的忙液槽，周而復(fù)始地循環(huán)。直流電由一硅整流電源提供，電滲析電壓為3. o 18V，反應(yīng)時(shí)間為1 6小時(shí)，由此制備的離子液體的純度為901控制電滲析 電壓和流速即控制了電流密度為0. 5 5A/dm2。實(shí)施例1在如圖所示的電滲析中，陰陽極室中各加入O. lmo1/1的硫酸鈉 水溶液；I號(hào)室內(nèi)加入甲基丁基氯化咪唑lmol/l的水溶液，m反應(yīng)號(hào)室內(nèi)加 入lmo1/1氟硼酸鈉的水溶液，在ii號(hào)、iv號(hào)反應(yīng)室內(nèi)加入蒸餾水，電滲析電 壓為3V，開始運(yùn)行，每個(gè)室各自周而復(fù)始的用泵循環(huán)，流速控制在40L/h，其中兩個(gè)電極室的流出液仍返回原來的貯液槽，也不斷循環(huán)。1小時(shí)后停止生產(chǎn)，
得到離子液體水溶液，純度質(zhì)量百分比為92%。
實(shí)施例2在如圖所示的電滲析中，陰陽極室中各加入0. lmo1/1的硫酸鈉 水溶液；I號(hào)室內(nèi)加入乙基丁基氯化咪唑3mo1/1的水溶液，III反應(yīng)號(hào)室內(nèi)加 入3mo1/1氟硼酸鈉的水溶液，在II號(hào)、IV號(hào)反應(yīng)室內(nèi)加入去離子水，電滲析 電壓為18伏，開始運(yùn)行，每個(gè)室各自周而復(fù)始的用泵循環(huán)，流速控制在80L/h， 其中兩個(gè)電極室的流出液仍返回原來的貯液槽，也不斷循環(huán)。6小時(shí)后停止生 產(chǎn)，得到離子液體水溶液，純度質(zhì)量百分比為90%。
權(quán)利要求
1、一種利用電滲析制備離子液體的裝置依次包括陰極室，陽離子交換膜，隔板，陰離子交換室，陽極室，其特征在于電滲析膜堆為四室結(jié)構(gòu)構(gòu)成反應(yīng)器，離子交換膜為均相離子交換膜，陰陽極為鈦涂釕電極。
2、 一種應(yīng)用權(quán)利要求1所述的裝置制備離子液體的方法，其特征在于， 包括以下步驟1) 在陰、陽極室中各加入硫酸鈉水溶液；膜堆四室分別是I號(hào)、II號(hào)、 ni號(hào)室、IV號(hào)反應(yīng)室，在I號(hào)反應(yīng)室內(nèi)加入季銨鹵化鹽的水溶液，在III號(hào)反 應(yīng)室加入鈉鹽的水溶液；在II號(hào)、IV號(hào)反應(yīng)室內(nèi)加入蒸餾水或去離子水；2) 在電流密度為0.5 5A/dm2的直流電場作用下，I號(hào)反應(yīng)室內(nèi)季銨離子通過陽離子交換膜進(jìn)入ii號(hào)反應(yīng)室，ni反應(yīng)號(hào)室內(nèi)含有與合成對(duì)應(yīng)離子液 體相配伍的陰離子通過陰離子交換膜也進(jìn)入n反應(yīng)號(hào)室，與季銨離子生成反應(yīng)物離子液體；同時(shí)I號(hào)反應(yīng)室內(nèi)鹵素陰離子通過陰離子交換膜進(jìn)入IV反應(yīng)號(hào)室，ni反應(yīng)號(hào)室內(nèi)含有鈉離子通過陽離子交換膜也進(jìn)入iv反應(yīng)號(hào)室與鹵素 陰離子生成反應(yīng)物鹵化鈉副產(chǎn)物；i號(hào)、n號(hào)、m號(hào)、iv號(hào)反應(yīng)室各室內(nèi)各 自獨(dú)立用泵循環(huán)，陰、陽極室的流出液仍返回原來的貯液槽，并用泵循環(huán)式 用，通以l一6小時(shí)的直流電來制備離子液體。
全文摘要
一種利用電滲析制備離子液體的方法及其裝置屬于化學(xué)合成領(lǐng)域。雜質(zhì)離子的去除為影響離子液體純度及合成效率的關(guān)鍵問題。裝置依次包括陰極室，陽離子交換膜，隔板，陰離子交換室，陽極室，其特征在于電滲析膜堆為四室結(jié)構(gòu)構(gòu)成反應(yīng)器，離子交換膜為均相離子交換膜，陰陽極為鈦涂釕電極。本發(fā)明的方法是在四室的電滲析器內(nèi)，利用復(fù)分解反應(yīng)，制備高純度的離子液體。反應(yīng)物來自電滲析其中的兩室，產(chǎn)物生成在電滲析的另兩室。本發(fā)明的產(chǎn)品純度很高，流程簡單，過程易于控制，反應(yīng)時(shí)間快，可節(jié)約大量費(fèi)用。
文檔編號(hào)B01J14/00GK101219362SQ200710122089
公開日2008年7月16日 申請(qǐng)日期2007年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月21日
發(fā)明者洪 孟, 暉 李, 李春喜 申請(qǐng)人:北京化工大學(xué)