CN101973921B - N-甲基吡咯烷酮中去除甲胺和水分的方法 - Google Patents

N-甲基吡咯烷酮中去除甲胺和水分的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种N-甲级吡咯烷酮中去除甲胺和水分的方法。以工业级N-甲基吡咯烷酮为原料，通过分子筛膜，用渗透蒸发的方法去除甲胺和水分，即得到目标产物N-甲基吡咯烷酮。经检测，本发明方法得到的N-甲基吡咯烷酮纯度≥99.8％，甲胺含量低于5ppm，水分含量小于0.03％，完全符合SEMI C8标准。本发明通过简单的循环操作即可有效去除N-甲基吡咯烷酮中的甲胺和水分，操作简便，能耗低，效果好，具有广泛的工业化生产前景。

Description

N-甲基吡咯烷酮中去除甲胺和水分的方法
技术领域
本发明涉及一种N-甲基吡咯烷酮中去除甲胺和水分的方法，特别是涉及一种电子领域应用的、符合SEMI C8标准的N-甲基吡咯烷酮中去除甲胺和水分的方法。
背景技术
N-甲基吡咯烷酮(N-methylpyrrolidone，简称NMP)属于氮杂环化合物，主要应用于石油化工、塑料工业、药品、农药、染料以及锂离子电池制造业等许多行业。在微电子工业、半导体行业中，N-甲基吡咯烷酮可用于精密仪器或线路板的清洗剂、光刻胶脱除液、LCD液晶材料生产的溶剂以及锂电池的电极辅助材料等。由于IT工业的迅速发展，特别是随着集成电路的尺寸向微小化和处理向高速化方向发展，对N-甲基吡咯烷酮的SEMI C8标准中甲胺和水分的要求都有苛刻的要求，即甲胺的含量小于5ppm，水分的含量小于0.03％。
现有技术中，N-甲基吡咯烷酮采用γ-丁内酯为原料与甲胺进行胺解制备得到，不可避免的存在甲胺和水分等杂质。在现有的N-甲基吡咯烷酮纯化技术中，除去甲胺和水分的方法主要以连续精馏或者微沸蒸馏为主。
中国专利申请200910064504.9公开了一种N-甲基吡咯烷酮的提纯方法，向原料N-甲基吡咯烷酮中加入阻水剂，然后进行三塔组合精馏系统连续减压精馏，制得的产品纯度大于99.9％，水分含量小于0.01％。但这种方法投入成本高，过程操作复杂，难以推广应用。
美国专利US4965370是在工业级N-甲基吡咯烷酮中加入碱金属或碱金属盐去除杂质金属离子，再通过连续分步精馏得到高纯度的NMP。但这种连续分步精馏的方法需要将样品加热到沸点，且需要多次蒸馏，能耗高，产品长时间处于高温状态，易颜色加深，产生杂质，而且该精馏过程难于控制，不利于工业化生产。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种N-甲基吡咯烷酮中去除甲胺和水分的方法，以克服现有N-甲基吡咯烷酮纯化技术投入成本高，过程控制困难的缺陷。
本发明的技术构思是这样的：以工业级N-甲基吡咯烷酮为原料，通过分子筛膜，用渗透蒸发的方法去除甲胺和水杂质，即得到目标产物N-甲基吡咯烷酮，
为了达到以上目的，本发明采用以下技术方案来实现。
所述的N-甲基吡咯烷酮中去除甲胺和水分的方法，具体包括以下步骤：
将N-甲基吡咯烷酮以50-300ml/min的流速在预热器预热，在分子筛膜内夹层压力50-1000Pa进行渗透蒸发，料液经分子筛膜外夹层循环后，收集去除甲胺和水分的N-甲级吡咯烷酮。
所述N-甲基吡咯烷酮的预热温度为40-120℃，
所述分子筛膜的管长为8cm，内径为8mm，外径为14mm，分子筛膜的硅铝比为1.0-12。
其中，在上述方法中，与N-甲基吡咯烷酮接触的反应器，其管道均为高纯全氟材料；分子筛膜为密封装置，采用聚四氟乙烯密封圈，分子筛膜内夹层管路为高纯石英材料，储槽为高纯全氟材料。
有益效果：
本发明方法中，N-甲基吡咯烷酮经渗透蒸发，通过一步简单的循环操作即可有效去除N-甲基吡咯烷酮中的甲胺和水分，得到的N-甲基吡咯烷酮纯度≥99.8％，甲胺的含量低于5ppm，水分含量小于0.03％，完全符合SEMI C8标准。并且本发明方法操作简便，能耗低，效果好，具有广泛的工业化生产前景。
附图说明
图1为本发明方法的流程图；其中1为高位槽，2为预热器，3为分子筛膜，4、6为压力泵，5为干冰冷阱，7为放料阀，8为全氟材料桶。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步说明，但实施例并不限制本发明的保护范围。
实施例1
将2000ml工业级N-甲基吡咯烷酮置于高位槽1中，以220ml/min流速经预热器2，预热至50℃，然后通过分子筛膜3进行渗透蒸发，控制膜内夹层压力500Pa，料液通过分子筛膜外夹层后，经循环泵4回到高位槽1中，实现分子筛膜外夹层循环。50min后，从放料阀7取样分析，料液中甲胺含量为3ppm，水分含量为0.016％，检测结果符合SEMIC8标准(参见表1)。将处理后的料液从放料阀7放入洁净的全氟材料桶8中，体积为1846.4ml，后处理收率为92.32％。
内夹层的样品收集于干冰冷阱5，体积为145.3ml，取样分析，甲胺含量为120ppm，水分含量为1.94％，内夹层多次收集后用上述方法进行循环利用。
实施例2
将5000ml工业级N-甲基吡咯烷酮置于高位槽1中，以120ml/min流速经预热器2预热至100℃，然后通过分子筛膜3进行渗透蒸发，控制膜内夹层压力50Pa，料液通过分子筛膜外夹层后经循环泵4回到高位槽1中，实现分子筛膜外夹层循环。80min后，从放料阀7取样分析，料液中甲胺含量为3ppm，水分含量为0.014％，检测结果符合SEMIC8标准(参见表1)。将处理后的料液从放料阀7放入洁净的全氟材料桶8中，体积为4675.0ml，后处理收率为93.50％。
内夹层的样品收集于干冰冷阱5，体积为302.4ml，取样检测甲胺含量为80ppm，水分含量为1.86％，内夹层多次收集后用上述方法进行循环利用。具体结果参见表1。
表1N-甲基吡咯烷酮标准与分析结果
  项目  NMP含量(％)   外观(APHA)   水含量(％)  游离胺(ppm)
  实施例1   99.81   18   0.016   3
  实施例2   99.83   21   0.014   3
  SEMI C8   99.80   ≤30   ≤0.03   ≤5
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (4)

1.一种N-甲基吡咯烷酮中去除甲胺和水分的方法，其特征在于，包括以下步骤： 
将N-甲基吡咯烷酮以50-300ml/min的流速在预热器预热，在分子筛膜内夹层压力50-1000Pa进行渗透蒸发，料液经分子筛膜外夹层循环后，收集去除甲胺和水分的N-甲基 吡咯烷酮；其中，所述的分子筛膜的管长为8cm，内径为8mm，外径为14mm。 
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述N-甲基吡咯烷酮的预热温度为40-120℃。 
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分子筛膜的硅铝比为1.0-12。 
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，与N-甲基吡咯烷酮接触的反应器，其管道均为高纯全氟材料；分子筛膜密封装置采用聚四氟乙烯密封圈，分子筛膜内夹层管路为高纯石英材料，储槽为高纯全氟材料。 
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