[发明专利]一种高纯度离子液体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可工业化放大的高纯度离子液体的制备方法。

技术背景

离子液体是由有机阳离子和无机或有机阴离子构成的、在室温下或室温附近温度下呈液体状态的盐类。由于完全由离子组成，离子液体有许多常规溶剂不具备的优点，如熔点低、不挥发、热稳定性好、溶解能力强、性质可调等。因此，离子液体可作为绿色溶剂应用于工业生产，也可以通过设计和改变结构来调节性质，以达到催化、分离、材料制备等特定的应用目的。

目前，非氯铝酸离子液体主要采用两步法合成。第一步为叔胺与卤代烃的烷基化反应，第二步为目标阴离子取代卤素离子的反应。已有的研究表明，有多种方法可以完成目标阴离子对卤素离子的取代，比较具有代表性的有以下几种：

1)非水相中的复分解反应，该方法利用目标离子液体与卤盐在有机溶剂中的溶解度差异完成取代过程，方法简单但会有较高金属离子和卤素离子残留(石油大学学报，2004，28(4)：105～111)。有研究报道，采用该法合成的[emim][BF4]中，[Na⁺]含量达1380ppm，[Cl^-]则高达62125ppm；合成的[bmim][BF4]中[Na⁺]含量达1150ppm，[Cl^-]也达15265ppm。为了除去杂质，常常采用大量的溶剂对离子液体进行洗涤或萃取，既增加了离子液体的损耗，也需要大量能耗用于溶剂回收。

2)银盐法，该法采用氧化银、乙酸银等与卤素离子形成不溶性的卤化银沉淀(Journal of Chem.Soc.Chem.Comm，1992，p965)，虽然制备的离子液体收率和纯度都很高，但由于银盐价格昂贵，不适合大规模使用。

3)电解法，该法通过电解目标阳离子与卤素离子的水溶液，产生卤素单质和目标阳离子的氢氧化物，后者再与目标阴离子的共轭酸中和反应，得到目标离子液体(US2003/0094380A1)。由于离子液体常用的阳离子体积较大，在电场中迁移数低，造成电能利用率低，且存在高温下目标阳离子氢氧化物容易分解的问题，因此该法目前只有针对几种简单的季铵碱(如四甲基氢氧化铵，四乙基氢氧化铵等)有工业化报道。在这些过程中也存在着装置和操作较复杂，电解过程中产生的卤素单质或卤代烷烃(CN1978708A)易产生环境污染的问题，离大规模工业化仍有距离。

综上分析可见，现有的方法主要存在杂质含量高，合成成本高的缺点，方法专一缺乏共性，这些都严重限制离子液体的工业化生产，成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有离子液体合成方法中存在的产品杂质含量高、合成成本高、方法专一缺乏共性的缺陷，提供一种工艺过程简单，产品质量好，成本低，可将多数离子液体统一在一共性技术下的方法，具有很好的工业化前景。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：

一种高纯度离子液体的制备方法，它包括如下步骤：

步骤1、复分解反应

将目标阳离子的卤盐与碱金属氢氧化物在乙醇中搅拌反应，卤盐与氢氧化物的物质的量之比在1∶1～1.1，反应时间为2～24小时，反应温度控制在0～50℃。反应结束后过滤除去碱金属卤化物，得到目标阳离子的氢氧化物溶液。

多数离子液体可以溶解于低碳数的有机溶剂中，而碱金属卤盐的溶解度则较小，如：(25℃下，氯化钠和氯化钾在乙醇中的溶解度分别为0.07g/100g乙醇和0.036g/100g乙醇，氯化钾在丙醇中的溶解度为0.006g/100g丙醇)。利用这种溶解度差异，可以使复分解产生的碱金属卤化物不断析出，除去绝大多数的卤素。这种方法操作简单，成本低廉，但仍有少量的卤素离子无法去除。卤素离子具有很强的腐蚀性和配位性，容易导致过渡金属催化剂的中毒，并且影响离子液体的电化学窗口，卤素的存在会严重影响离子液体的工业化应用。同时，也会有部分的金属离子残留需要考虑。

步骤2、离子交换除卤素离子

将步骤1得到的目标阳离子的氢氧化物溶液用水稀释成氢氧根浓度为0.5～1mol/L的水溶液，通过装有阴离子交换树脂的离子交换柱，除去卤素离子，操作温度控制在10～40℃，操作流速控制在3～15BV/h(BV为树脂床层体积)。