溶劑誘導熱解法製備氰尿酸的製作方法
2023-12-06 16:36:36 2
專利名稱：溶劑誘導熱解法製備氰尿酸的製作方法
技術領域：
本發明所涉及的是用過氧化氫誘導熱解尿素來製備氰尿酸的一種方法，該法稱為溶劑誘導熱解法或過氧化氫法。
氰尿酸(有人稱之為異氰尿酸)及其衍生物具有高效的消毒、殺菌和漂白的功能，而且它們相對於傳統的氯製品而言，具有活性氯含量高、儲存穩定、使用方便、安全無害等特點。氰尿酸也是化學試劑、有機合成和藥物合成的原料。更重要的是，氰尿酸是高效吸水劑的重要原料。為此，氰尿酸的製備成為國內外的一個重要研究課題，我國從八十年代初才開始研究氰尿酸及其衍生物的生產工藝。現在，國內外主要的製備方法可歸納為如下七種1、氰酸聚合法；2、氰尿酸氯水解法；3、尿酸氧化法；4、光氣與氨反應法；5、尿素直接熔融熱解法；6、尿素溶劑熱解法；7、尿素熔鹽熱解法。
上述七種方法中，只有後三種有一定的工業生產意義。如，文獻JP58,13,570所報導的尿素直接熔融熱解法，即尿素直接熱解而得氰尿酸，但因收率低(40～50％)、環境汙染嚴重、能耗高、成本高，且因產品中含有氰尿醯胺和氰尿醯二胺較高，需要用強酸水解，所以該法雖經許多改進，但仍有被其他新法所淘汰的可能；文獻US4,174,444所報導的尿素溶劑熱解法，它適用於間隙和連續生產，收率達90％，但由於高沸點有機溶劑(如氯化亞碸、環丁碸)損失大、成本高、分離困難、設備複雜，故未見有工業化的報導；文獻US4,109,089所報導的尿素熔鹽熱解法，它適用於間隙和連續生產，小試單程收率65％，純度大於99％，但設備等費用仍較高、操作工序仍較複雜。
針對以上所述背景技術的缺點，為了縮短反應時間、簡化操作、簡縮設備、節省投資，同時又使反應收得率提高、產品純度提高，從而達到有效地降低成本，我們研究並發明了用過氧化氫誘導熱解尿素來製備氰尿酸的新型方法。
本發明的技術方案是通過以下步驟來實現的1、將尿素放入燒杯中，加入適量的過氧化氫和水，其中尿素與H2O2的摩爾比＝1∶0.1～1，而最佳比例為1∶0.4～0.5，尿素和H2O2稍攪拌，如能用高濃度H2O2，則加水至H2O2為28％即可；2、然後，加入少量鉑化合物或銅化合物或鉑、銅化合物作為催化劑，其用量對尿素重量而言，為0.05～1％；3、將第2步的物料放入家用微波爐中，加熱2～3分鐘，或在電爐上直接加熱約10分鐘；4、將第3步的不溶物放在布氏漏鬥上，用冷水洗滌兩遍，將其在紅外乾燥箱中烘乾，即得無水氰尿酸；5、如若再將此氰尿酸溶於熱水中並過濾，讓其濾液靜置幾天，即可得到含有2個結晶水的氰尿酸晶體。
經以上步驟後，氰尿酸對尿素的收得率達80％以上。在反應過程中未見有氮氧化物逸出，主要放出氨氣和少量氧氣。
本法所得的產物經X—光衍射結構分析確認為含有2個結晶水的氰尿酸結晶體。但由X—光結構分析不能辨別如下三種同分異構體 (A) (B) (C)因此，我們又用Varian Vnity 500MHz超導核磁共振儀測試了它的1H和13C譜，得到1H譜的δH＝11.06及δH＝3.578兩個峰和13C譜的δc＝149.974單峰；用Perkin-Elmer577型紅外光譜儀測得在1710cm-1處有一強吸收峰；又經義大利1106型元素分析儀分析，最後確定該產物為(A)式，即酮式氰尿酸的2個結晶水的晶體。
本法的突出優點在於(1)反應時間大大縮短，相當於目前時行方法的1/10。本法用尿素與H2O2在微波爐中反應2—3分鐘，經洗滌兩遍、烘乾，即得無水氰尿酸，前後只需12—15分鐘；而尿素直接熔融熱解法，需經尿素熔融、升華、熱分解、突然冷卻三聚成氰尿酸不純物，再經酸分解去除醯胺類物質、分離、過濾、烘乾，才能得到氰尿酸，全過程約需1.5-2.0小時。從此也可見本法操作方便，設備較簡單，能耗也較低。(2)本法反應收得率可達80％以上；而尿素直接熔融熱解法的反應收得率只在50％左右。據此估計本法成本較低，是現行法的1/2～3/4。(3)本法無三廢，其廢氣即為氨氣，經水吸收可用作農田肥料。
本法產物是酮式結構的氰尿酸，正是這種異構體具有廣闊的工業應用前景，例如它與纖維性物質相互作用可製成高效吸水劑，而這種吸水劑可用於工業、農業、林業，甚至可用於農田戰勝乾旱，也可用於嬰兒尿布等等。酮式氰尿酸的衍生物，如，三氯異氰尿酸在國際上已用於替代漂白精，在遊泳池、魚蝦飼養池、碗具等等作消毒、殺菌用，還用於鰻魚、對蝦的飼料添加劑，其用量也日益增長。
實施例1，稱取5克尿素放入燒杯中，加入28％過氧化氫4.5毫升和少量水，再加入50毫克鉑化合物作為催化劑，在2.45GHz家用微波爐(550瓦)中於「中間檔」加熱2.5分鐘。然後，將反應產物在布氏漏鬥上用冷水洗滌兩遍，在紅外烘箱中烘乾稱重得2.94克無結晶水的氰尿酸，其收得率為82％。
實施例2，稱取5克尿素放入燒杯中，加入28％過氧化氫3.5毫升，再加入25毫克銅的化合物作為催化劑，在1000瓦電爐上加熱約10分鐘。然後，將反應產物在布氏漏鬥上用冷水洗滌兩遍，在紅外烘箱中烘乾稱重得2.87克無結晶水氰尿酸，其收得率為80％。
實施例3，稱取1克無結晶水氰尿酸，放入燒杯中，加入約150毫升的蒸餾水，在電爐上加熱至沸直至熔液稍呈渾濁，然後停止加熱，用濾紙過濾到另一燒杯中，蓋上帶有小孔的蓋子，讓該澄清液靜置七天，即可得到含有2個結晶水的氰尿酸。
權利要求
1.溶劑誘導熱解法(或稱過氧化氫法)製備氰尿酸(包括含有2個結晶水的氰尿酸)是用過氧化氫誘導熱解尿素來快速直接製備氰尿酸的方法，其特徵在於，該法由下列步驟組成(1)在一定量的尿素中加入適量的過氧化氫和水，其中尿素與H2O2的摩爾比＝1∶0.1～1；(2)再加入少量鉑化合物作催化劑，其用量是尿素重量的0.05～1％；(3)將第(2)步所得物料在家用微波爐中加熱2～3分鐘；(4)將第(3)步所得不溶物放在布氏漏鬥上，用冷水洗滌兩遍，然後將其在紅外乾燥箱中烘乾，即得無水氰尿酸；(5)將無水氰尿酸溶於熱水中並過濾，讓其濾液靜置幾天，即可得到含有2個結晶水的氰尿酸晶體。
2.如權利要求1所述的製備氰尿酸的溶劑誘導熱解法，其特徵在於，尿素與H2O2的最佳摩爾比為1∶0.4～0.5。
3.如權利要求1所述的製備氰尿酸的溶劑誘導熱解法，其特徵在於，用作催化劑的還可以是銅的化合物，其用量是尿素重量的0.05～1％。
4.如權利要求1所述的製備氰尿酸的溶劑誘導熱解法，其特徵在於，用作催化劑的也可以是鉑、銅的化合物，其用量是尿素重量的0.05～1％。
5.如權利要求1所述的製備氰尿酸的溶劑誘導熱解法，其特徵在於，反應的加熱方式也可以是用電爐直接加熱。
全文摘要
本發明屬於氰尿素(包括含有2個結晶水的氰尿酸)的一種新的製備方法，我們稱之為溶劑誘導熱解法或過氧化氫法。它是尿素在一定量的過氧化氫(其摩爾比為尿素∶H
文檔編號C07D251/00GK1121513SQ95103329
公開日1996年5月1日 申請日期1995年4月11日 優先權日1995年4月11日
發明者陳長章, 高冬壽, 林州斌, 李定 申請人:中國科學院福建物質結構研究所