[发明专利]一种制备长链烷基氢氧化铵的方法

说明书

技术领域

本发明属于一种制备烷基氢氧化铵的方法，具体涉及一种制备长链烷基氢氧化铵的方法。

技术背景

四烷基氢氧化铵是与苛性碱同等强度的有机强碱。而长链烷基氢氧化铵由于其不仅具有强碱性，而且具有表面活性，因此可在许多领域得到应用。长链烷基氢氧化铵指的是碳原子数大于10的氢氧化铵。

中国专利CN1417201A采用季铵盐在有机溶剂中与无机碱反应得到长链烷基氢氧化铵，此种方法由于无机碱在有机溶剂中有一定的溶解度，因此目标产物的溶液中不可避免的含有一定量的钾、钠等金属离子，产品的纯度不高。中国专利CN1428330A采用阴离子交换树脂由季铵盐制备相应的长链烷基氢氧化铵，该方法树脂用量很大，预处理和再生会消耗大量高纯酸碱，同时产生大量废酸废碱，成本较高。中国专利CN101680101A介绍了通过电解卤代季铵盐制备长链烷基氢氧化铵，此方法在电解过程中有卤素气体产生，环境污染严重，而且产生强酸性溶液会腐蚀电极和电解设备。其次，产品中带有卤素离子，影响产品的纯度。对于通过碳酸二甲酯与叔胺反应合成四烷基碳酸甲铵，四烷基碳酸甲铵经水解、电解后到的相应的长链烷基氢氧化铵未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种无污染，低成本，纯度高的合成碳原子数大于10的长链烷基氢氧化铵的制备方法。

本发明制备采用由叔胺与碳酸二甲酯反应得到长链烷基碳酸甲铵，长链烷基碳酸甲铵经水解得到长链烷基碳酸氢铵，长链烷基碳酸氢铵电解制备相应的长链烷基氢氧化铵，可以得到纯度较高的长链烷基氢氧化铵，过程中不接触钾、钠等金属离子，从而有效降低其在产品中的含量，也避免了传统电解方法电解过程中产生卤素气体腐蚀电解设备以及卤素气体溶于水中发生一系列副反应。

本发明的反应方程式如下：

本发明采用叔胺的结构式为：

式中：R₁为碳原子数为1-2的烷基，3-18的直链烷基或支链烷基，R₂为碳原子数为10-18的直链烷基或支链烷基。

本发明的制备方法如下：

（1）按叔胺与碳酸二甲酯的摩尔比为1:2-15，甲醇的用量为叔胺和碳酸二甲酯总质量的5%-20%，以叔胺和碳酸二甲酯在甲醇作为溶剂的条件下，在反应温度80-200℃下，反应3-20h，反应结束后，减压蒸馏除去甲醇和碳酸二甲酯，得到长链烷基碳酸甲铵中间体；

（2）按长链烷基碳酸甲铵中间体与水的质量比为1:5-20，在30-90℃温度下，甲基碳酸酯季铵盐中间体发生水解0.5-7h，得到长链烷基碳酸氢铵；

（3）长链烷基碳酸氢铵通过在隔膜电解槽中电解得到长链烷基碳酸氢铵，当隔膜式电解槽为装有阳离子膜的单膜两室电解槽时，阴极室加入0.02-0.5mol/L长链烷基氢氧化铵溶液或去离子水，阳极室加入0.2-1.0mo1/L长链烷基碳酸氢铵溶液；当隔膜式电解槽为装有两片阴离子膜的两膜三室电解槽时，阴极室加入0.02-0.5mol/L长链烷基氢氧化铵溶液或去离子水，中间室加入0.1-1.0mo1/L长链烷基碳酸氢铵溶液，阳极室加入0.02-0.5mol/L长链烷基碳酸氢铵溶液或去离子水；当隔膜式电解槽为装有一片阴离子膜和一片阳离子膜的两膜三室电解槽时，阴离子膜靠近阳极，阳离子膜靠近阴极，阴极室加入0.02-0.5mol/L长链烷基氢氧化铵溶液或去离子水，中间室加入0.1-1.0mo1/L长链烷基碳酸氢铵溶液，阳极室加入0.02-0.5mol/L长链烷基碳酸氢铵溶液或去离子水；在电解温度为40-80℃，优选温度为45-65℃温度下通直流电，电解合成长链烷基氢氧化铵，阴极室生成的长链烷基氢氧化铵用氢气、氮气、氩气或这些气体混合物进行保护。

所述的阳离子膜为聚苯乙烯磺酸膜、全氟磺酸膜或全氟羧酸膜，阴离子膜为季铵盐型阴离子交换膜。

所述的阴极材料为不锈钢、镍或石墨，阳极材料为镀有钌或铱氧化物的钛。

所述的工作电流密度为100-1000A/m²。

电解反应式如下：

阳极过程反应为：

阴极过程反应为：

总反应为：

    

本发明与现有技术相比具有如下优点：