一種離子液體的純化方法
2023-09-17 01:55:30
專利名稱：一種離子液體的純化方法
技術領域：
本發明涉及一種離子液體的純化方法，具體而言，本發明涉及使用氣體吹掃離子液體，以脫除離子液體中揮發性雜質的方法。
背景技術：
離子液體是一種有機熔鹽，是由有機陽離子和無機或有機陰離子構成的、在室溫或近室溫下呈液態的鹽。它由傳統的高溫熔鹽演變而來，但相對於常規離子化合物來說，離子液體在室溫附近很寬的溫度範圍內呈液態。離子液體具有很多優良的性質液態溫度範圍寬，從低於或者接近室溫到300°C以上，具有良好的熱穩定性和化學穩定性；幾乎沒有蒸汽壓；離子液體的結構可調，性質可控；對很多有機和無機物質都表現出良好的溶解能力， 可以溶解多種氣體，如C02、SO2、乙烯、乙烷等。離子液體被認為是與水和超臨界(X)2 —樣的環境友好溶劑。目前，離子液體被廣泛應用於萃取分離、有機合成、電化學等許多領域，並在這些領域中顯示出了巨大的應用潛力。但是，由於離子液體的合成過程中採用了大量的有機溶劑，因此在純化過程中需要把殘留在離子液體中的溶劑去除掉。然而，由於離子液體有較強的極性，易吸水，並且對水分和很多有機溶劑有很強的相互作用，因此脫除溶劑有較大難度。目前純化離子液體的方法主要是高溫低壓蒸餾法。該方法是在高溫加熱及低壓下，使揮發性雜質通過擴散的方式從離子液體中揮發出來，從而達到離子液體的純化。但是該方法存在很多的缺點首先，該方法並不能完全去除離子液體中的雜質，無法獲得高純度的離子液體，若要得到較高的純度，則需要延長純化時間，這樣就大大降低了純化效率；其次，由於離子液體粘度較大並且揮發性雜質擴散過程比較緩慢，因此純化過程消耗大量的能量和時間；最後，部分離子液體的熱穩定性較差，因此在高溫情況下可能導致離子液體的熱分解，使得該方法的使用得到限制，如果降低純化溫度，則純化時間將進一步延長，因此， 對於熱穩定性較差的離子液體，該方法的純化效率過低。即使是熱穩定很好的離子液體，通過這種長時間的加熱和抽真空，也會造成離子液體的降解，導致離子液體的損失。可見，傳統的方法在去除離子液體中雜質的過程中存在著很多缺陷，導致了這種方法無法進一步提高離子液體的純度。而殘留在離子液體中的雜質，如水分和有機溶劑等，對於離子液體的應用來說會產生不良的影響，它們不僅降低了離子液體的純度，也改變了離子液體的物理化學性質。尤其對於一些以離子液體作為溶劑的反應來說，水分和其他有機溶劑的存在可能影響到最終的反應產物。因此，進一步提高離子液體的純度，從而降低雜質對離子液體的影響已經成為離子液體應用過程中刻不容緩要解決的首要問題。
發明內容
為了克服以上離子液體純化過程中存在的問題，本發明提供了一種新的離子液體的純化方法，該方法大大提高了離子液體中水分、揮發性有機溶劑及其他揮發性雜質的去除效率，降低了去除過程的能量消耗，縮短了去除過程所需時間。本發明的技術方案如下一種離子液體的純化方法，該純化方法包括以惰性氣體吹掃離子液體，以脫除離子液體中揮發性雜質的步驟。上述純化方法中，所述惰性氣體選自淨化空氣、氮氣、氬氣和氦氣中的一種或多種；優選地，所述惰性氣體為淨化空氣或氮氣。上述純化方法中，所述離子液體包括胍鹽類離子液體、醇胺類離子液體、咪唑類離子液體、季銨鹽類離子液體、季膦鹽類離子液體、吡啶類離子液體、噻唑類離子液體、多元胺類離子液體、三氮唑類離子液體、吡咯啉類離子液體、噻唑啉類離子液體和苯並三氮唑類離子液體；優選地，所述離子液體為咪唑類離子液體，例如1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸、 1- 丁基-3-甲基咪唑溴、1- 丁基-3-甲基咪唑氯和1- 丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽；進一步優選地，所述離子液體為胍鹽類離子液體，例如四甲基胍乳酸鹽。上述純化方法中，所述揮發性雜質選自水分、乙醇、甲醇、丙酮、乙腈、乙酸乙酯、甲酸、四氫呋喃、二氯甲烷、乙醚以及三氯甲烷中的一種或多種，以及合成離子液體過程中未反應的反應物。上述純化方法中，吹掃溫度為0 300°C，優選為50 150°C。上述純化方法中，吹掃壓力為0. 01 3. OMPa，優選為0. 05-0. 20MPa。上述純化方法中，吹掃時所述惰性氣體的流量為0. 05 2000m3/(h · kg離子液體)，優選為氣體流量在1 20m3/ (h · kg離子液體)。上述純化方法中，吹掃時間小於5小時。上述純化方法中，以惰性氣體吹掃離子液體的吹掃方式為鼓泡法或逆流接觸法。本發明提供的離子液體純化方法是基於以下原理來實現的離子液體是由有機陽離子和有機或者無機陰離子組成的有機熔鹽，幾乎沒有蒸汽壓。而離子液體中的揮發性雜質，在加熱到一定溫度後，會在離子液體的表層產生一定的蒸汽壓，通過氣體吹掃，就可以將離子液體中揮發出的雜質帶出離子液體，從而達到純化的目的。本發明純化離子液體的操作步驟如下將離子液體加熱到一定溫度後，通入吹掃氣，對離子液體進行吹掃，根據揮發性雜質的性質確定相應的吹掃時間、吹掃氣量、吹掃方式，根據離子液體的性質確定吹掃溫度， 經過一定時間的接觸後離子液體純化完成。根據本發明的一個具體實施方案，本發明提供一種離子液體的純化方法，該純化方法是在0 300°C的溫度和0. 01 3. OMPa的壓力下，利用氣體連續吹掃離子液體，接觸時間小於5小時，從而脫除離子液體中揮發性雜質的方法。與現有技術相比，本發明至少具有以下有益效果1.常規的高溫低壓蒸餾法，在較高的溫度下使得雜質通過擴散的方式從離子液體中揮發出來，從而達到離子液體的純化，由於離子液體粘度較大並且擴散過程比較緩慢，因此純化過程消耗大量的時間和能量。我們的方法改變了常規方法中的真空擴散，而通過氣體吹掃，將離子液體中揮發出的雜質帶出離子液體，從而達到純化的目的，這種方法可以提高擴散速度，節約純化時間，降低能量消耗。2.常規的高溫低壓蒸餾法無法獲得高純度的離子液體，若要得到較高的純度，則需要進一步增加純化時間，這樣必然導致更大的能量消耗。我們的方法通過氣體吹掃，將離子液體中揮發出的雜質帶出離子液體，從而達到純化的目的，這種方法純化效率高，能量消耗低。3.與傳統方法相比較，本發明可以縮短純化時間，降低純化過程中的能量消耗，並且避免長時間高溫造成的離子液體降解。4.與傳統方法相比，本發明可以有效降低離子液體的純化溫度，使得一些熱穩定性較差的離子液體也能通過該方法獲得較高的純度，避免了離子液體的熱分解。
具體實施例方式下面將結合實施例對本發明提供的離子液體純化方法作進一步詳細的說明，對部分離子液體的雜質去除效果與傳統純化方法進行了比較，並不因此而限制本發明。實施例1本實施例說明本發明的方法可以使用氮氣對含有水分的1- 丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸進行純化，並能取得很好的效果。將5kg含水量5. 6%的1- 丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸加入到噴淋塔中，將塔內溫度控制到70攝氏度，調節氣體總流量為10m3/h，壓力為0. IMPa，將離子液體通過循環泵從塔頂噴淋下來，氣體從塔底進入，塔頂排出，採用逆流接觸法吹掃1小時後，離子液體中水分質量含量能夠降低至0. 05%。實施例2本實施例說明本發明的方法可以使用氮氣對含有水分的1- 丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸進行純化，與傳統高溫低壓蒸餾法相比效果更好。本發明的方法將0.5kg水分含量為5. 6%的1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸加入到純化釜中，該純化釜內有位於底部的進氣管4根，頂部有出氣管一根，另外連接有壓力表和溫控裝置，氣體進出口均有閥門控制。將純化釜內溫度加熱到70攝氏度後，打開出氣管， 打開4根進氣管，調節總流量為0. 5m3/h，釜內壓力為0. IMPa，採用鼓泡法吹掃1小時後，離子液體中水分質量含量能夠降低至0. 08%。高溫低壓蒸餾法將0. 5kg水分含量為5. 6%的1- 丁基_3_甲基咪唑四氟硼酸加入到純化釜中，採用傳統方法進行純化，將純化釜加熱到70攝氏度，將頂部出氣管連接真空泵，關閉氣體進口閥門，打開真空泵使釜內壓力小於O.OlMPa，維持6小時後，測定離子液體中水分質量含量能夠降低至0. 16%。與傳統高溫低壓蒸餾法相比，本發明的方法可以極大地提高離子液體的純化效率，降低離子液體的純化時間，避免了長時間的低壓高溫造成離子液體的降解。實施例3本實施例說明本發明的方法可以使用淨化空氣對含有乙醇的1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸進行純化，並能取得很好的效果。將0. 5kg乙醇含量為5. 0%的1- 丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸加入到純化釜中，該純化釜內有位於底部的進氣管4根，頂部有出氣管一根，另外連接有壓力表和溫控裝置，氣體進出口均有閥門控制。將純化釜內溫度加熱到70攝氏度後，打開出氣管，打開4根進氣管，調節總流量為0. 5m3/h，釜內壓力為0. IMPa，採用鼓泡法吹掃1小時後，離子液體中乙醇
5質量含量能夠降低至0.01%。實施例4本實施例說明本發明的方法可以使用氦氣對含有水分的四甲基胍乳酸鹽進行純化，與傳統高溫低壓蒸餾法相比效果更好。本發明的方法將0. 5kg水分含量為5. 3%的四甲基胍乳酸鹽加入到純化釜中，該純化釜內有位於底部的進氣管4根，頂部有出氣管一根，另外連接有壓力表和溫控裝置，氣體進出口均有閥門控制。將純化釜內溫度加熱到70攝氏度後，打開出氣管，打開4根進氣管，調節總流量為2m3/h，釜內壓力為0. IMPa，採用鼓泡法吹掃3小時後，離子液體中水分質量含量能夠降低至0. 10%。傳統高溫低壓蒸餾法將0. 5kg水分含量為5. 3%的四甲基胍乳酸鹽加入到純化釜中，採用傳統方法進行純化，將純化釜加熱到70攝氏度，將頂部出氣管連接真空泵，關閉氣體進口閥門，打開真空泵使釜內壓力小於0. OlMPa，維持M小時後，測定離子液體中水分質量含量能夠降低至2. 88% ；維持48小時後，測定離子液體中水分質量含量能夠降低至 1.87%。該方法幾乎無法實現離子液體的脫水純化。與傳統高溫低壓蒸餾法相比，本發明的方法可以對一些傳統方法無法實現純化的離子液體，通過很短的時間進行純化。實施例5本實施例說明本發明的方法可以使用氮氣對含有水分的1- 丁基-3-甲基咪唑溴進行純化，並能取得很好的效果。將0. 5kg水分含量為5. 0%的1- 丁基-3-甲基咪唑溴加入到純化釜中，該純化釜內有位於底部的進氣管4根，頂部有出氣管一根，另外連接有壓力表和溫控裝置，氣體進出口均有閥門控制。將純化釜內溫度加熱到90攝氏度後，打開出氣管，打開4根進氣管，調節總流量為1. 5m3/h，釜內壓力為0. 2MPa，採用鼓泡法吹掃1小時後，離子液體中水分質量含量能夠降低至0. 10%。實施例6本實施例說明本發明的方法可以使用氮氣對含有乙酸乙酯及甲基咪唑的1-丁基-3-甲基咪唑氯進行純化，並能取得很好的效果。將0. 5kg乙酸乙酯含量約為5. 5%的1- 丁基_3_甲基咪唑氯加入到純化釜中，該純化釜內有位於底部的進氣管4根，頂部有出氣管一根，另外連接有壓力表和溫控裝置，氣體進出口均有閥門控制。將純化釜內溫度加熱到100攝氏度後，打開出氣管，打開4根進氣管，調節總流量為2. 5m3/h，釜內壓力為0. IMPa，採用鼓泡法吹掃2小時後，離子液體中乙酸乙酯質量含量能夠降低至0. 08%左右。實施例7本實施例說明本發明的方法可以使用氮氣對含有水分的1- 丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸進行純化，並能取得很好的效果。將0. 5kg水分含量為5. 0%的1- 丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸加入到高壓純化釜中，該高壓純化釜內有位於底部的進氣管和氣體分布器，頂部有出氣管一根，另外連接有壓力表和溫控裝置，氣體進出口均有閥門控制。將純化釜內溫度加熱到90攝氏度後，打開進氣管和出氣管閥門，調節總流量為15. 0m3/h，釜內壓力為2MPa，採用鼓泡法吹掃1小時後，離子液體中水分質量含量能夠降低至0. 09%。
權利要求
1.一種離子液體的純化方法，該純化方法包括以惰性氣體吹掃離子液體，以脫除離子液體中揮發性雜質的步驟。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述惰性氣體選自淨化空氣、氮氣、氬氣和氦氣中的一種或多種；優選地，所述惰性氣體為淨化空氣或氮氣。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，所述離子液體包括胍鹽類離子液體、 醇胺類離子液體、咪唑類離子液體、季銨鹽類離子液體、季膦鹽類離子液體、吡啶類離子液體、噻唑類離子液體、多元胺類離子液體、三氮唑類離子液體、吡咯啉類離子液體、噻唑啉類離子液體和苯並三氮唑類離子液體；優選地，所述離子液體為咪唑類離子液體，例如ι-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸、1-丁基-3-甲基咪唑溴、1-丁基-3-甲基咪唑氯和1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽；進一步優選地，所述離子液體為胍鹽類離子液體，例如四甲基胍乳酸Τττ . ο
4.根據權利要求1至3中任一項所述的方法，其特徵在於，所述揮發性雜質選自水分、 乙醇、甲醇、丙酮、乙腈、乙酸乙酯、甲酸、四氫呋喃、二氯甲烷、乙醚以及三氯甲烷中的一種或多種，以及合成離子液體過程中未反應的反應物。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的方法，其特徵在於，吹掃溫度為0 300°C，優選為50 150°C。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的方法，其特徵在於，吹掃壓力為0.01 3. OMPa, 優選為 0. 05-0. 20MPa。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的方法，其特徵在於，吹掃時所述惰性氣體的流量為0. 05 2000m3/ (h · kg離子液體)，優選為氣體流量在1 20m3/ (h · kg離子液體)。
8.根據權利要求1至7中任一項所述的方法，其特徵在於，吹掃時間小於5小時。
9.根據權利要求1至8中任一項所述的方法，其特徵在於，以惰性氣體吹掃離子液體的吹掃方式為鼓泡法或逆流接觸法。
全文摘要
本發明提供一種離子液體的純化方法，該純化方法包括以惰性氣體吹掃離子液體，以脫除離子液體中揮發性雜質的步驟。該方法能夠使合成或者回收的含有揮發性雜質的離子液體在較短的時間內除去離子液體中的揮發性物質，實現離子液體的純化。與傳統方法比較本發明可以縮短純化時間，降低純化過程中的能量消耗，並且避免離子液體的降解。
文檔編號B01D1/14GK102441285SQ20101029935
公開日2012年5月9日 申請日期2010年10月8日 優先權日2010年10月8日
發明者任樹行, 吳衛澤 申請人:北京化工大學