CN110510658A - 一种碘化亚铜的绿色化生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种碘化亚铜的绿色化生产方法，包括如下步骤：向反应器中加入水和碘粒，开启搅拌形成均一的反应体系后，开启超声；向反应体系中加入铜粉，进行超声反应，直至水相颜色变为无色为止；放料分离，分离出的固体化合物烘干得到碘化亚铜产品；分离出的水加入到反应器中，作为反应介质循环使用。本发明的一种碘化亚铜的绿色化生产方法，采用超声反应，无需升温，常温即可引发反应并大幅提高反应速率，操作简单、绿色环保、可大规模生产；以水为反应介质，反应结束分离后可重复使用，同时，无三废产生，工艺绿色环保；以单质碘和单质铜为原料，定量生成碘化亚铜，无其他杂质生成，原料转化率达到100%，产品收率和纯度均达到99.5%以上。

Description

一种碘化亚铜的绿色化生产方法
技术领域
本发明涉及一种碘化亚铜的绿色化生产方法，属于有机合成技术领域。
背景技术
碘化亚铜为白色或棕白色结晶或稠密粉末，分子式CuI，分子量190.45，熔点605℃，相对密度5.63。碘化亚铜具有很好的光学、电化学和催化性能，有着广泛的应用前景。碘化亚铜作为一种固体电解质，可用于太阳能电池的固体电解质、阳极射线管覆盖物；作为一种很好的催化剂，可代替一些昂贵的金属元素作为有机合成的重要催化剂；另外碘化亚铜也可作为食品和饲料添加剂，起到补充微量元素碘和铜的作用。
碘化亚铜的传统制备工艺主要有硫酸铜-碘化钾和硫酸铜-碘两种方法。
方法1是将碘化钾和硫代硫酸钠的混合水溶液滴加到硫酸铜水溶液中反应，反应方程式如下：
2 CuSO4 + 2 KI + 2 Na2S2O3 =2 CuI + Na2S4O6 + Na2SO4 + K2SO4
该方法除生成碘化亚铜之外，同时产生大量含连四硫酸钠、硫酸钠和硫酸钾的废水。
方法2是将碘加入到亚硫酸钠水溶液中，搅拌下滴加硫酸铜水溶液反应，反应方程式如下：
2 CuSO4 + I2 + 2 Na2SO3 + 2 H2O =2 CuI + 2 Na2SO4 + 2H2SO4
该方法同样会产生大量含硫酸钠和硫酸的酸性废水。
传统工艺存在的主要问题是会产生大量含盐含酸废水，处理困难。为解决该问题，国内外进行了碘-铜单质法合成碘化亚铜的研究，以单质铜为还原剂，单质碘为氧化剂，氧化还原反应方程式如下：
2 Cu + I2 =2 CuI
授权公告号为CN107200345B的中国发明专利，公开了一种γ-碘化亚铜的制备方法，提出将碘单质加入离子液体中，封闭状态下控制加热温度80-150℃，得到碘溶液，然后放入打磨干净的铜片反应直至溶液颜色近无色为止，冷却至室温过滤，滤饼用去离子水、乙醇多次洗涤，真空干燥得到碘化亚铜。该工艺反应温度较高，配制碘溶液时碘升华严重，同时离子液体常温黏度较高，滤饼上残留较多，需要额外使用水和乙醇洗涤，产生废液；赵佳琪等（辽宁石油化工大学学报，2015年6月，第3期，第35卷）采用乙二醇为溶剂，后处理过程中同样需要使用乙醇洗涤滤饼，产生新的废液。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种碘化亚铜的绿色化生产方法，实现操作简单、绿色环保、可大规模生产。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种碘化亚铜的绿色化生产方法，包括如下步骤：
（1）向反应器中加入水和碘粒，开启搅拌形成均一的反应体系后，开启超声；
（2）向步骤（1）的反应体系中加入铜粉进行超声反应，直至水相颜色变为无色为止；
（3）将步骤（2）得到的浆料，放料分离，分离出的固体化合物烘干得到碘化亚铜；
（4）将步骤（3）分离出的水加入到反应器中，作为反应介质循环使用。
通过采用上述技术方案，通过超声方法，使得碘和铜发生反应，同时，分离得到的水可以循环利用，操作简单、绿色环保、可大规模生产。
优选地，所述步骤（1）中的碘粒的碘含量≥99.5%，水和碘粒的质量比为1:1～5:1。
通过采用上述技术方案，通过加入合理质量比的水和碘粒，可以使得碘在水中分散均匀。
优选地，所述步骤（2）中的铜粉的铜含量≥99.5%，铜粉和碘粒的摩尔比为2:1。
通过采用上述技术方案，通过合理摩尔比的铜粉和碘粒反应，使得反应转化率高，产品纯度高。
优选地，所述步骤（2）中的超声反应温度为25℃～35℃。
通过采用上述技术方案，采用上述反应温度，无需升温，而且不会造成碘的升华，提高碘的转化率和利用率。
优选地，所述步骤（2）中的铜粉为分批加入。
通过采用上述技术方案，通过铜粉的分批加入，避免一次加入过多造成飞温，使得反应温和进行。
优选地，所述步骤（3）中的分离方式为减压抽滤或者离心中的一种。
优选地，所述步骤（3）中的烘干温度为50℃～80℃。
优选地，所述超声功率为200W~3000W。
通过采用上述技术方案，采用合理的超声功率，可以有效控制超声频率，使得反应温和进行，提高转化率和产率。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明的一种碘化亚铜的绿色化生产方法，采用超声反应，无需升温，常温即可引发反应并大幅提高反应速率，同时可以防止生成的碘化亚铜包裹铜粉导致反应不完全，操作简单、绿色环保、可大规模生产；
（2）本发明的一种碘化亚铜的绿色化生产方法，以水为反应介质，反应结束分离后可重复使用，同时，无三废产生，工艺绿色环保；
（3）本发明的一种碘化亚铜的绿色化生产方法，以单质碘和单质铜为原料，定量生成碘化亚铜，无其他杂质生成，原料转化率达到100%，产品收率和纯度均达到99.5%以上。
具体实施方式
下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
向1000ml三口烧瓶中加入400ml水和126.9g碘粒，碘粒的碘含量≥99.5%，将烧瓶置于盛水的功率为200W的超声波清洗器中，开启搅拌形成均一的反应体系后，开启超声，分批加入63.55g铜粉进行反应，铜粉的铜含量≥99.5%，控制反应体系温度25℃，加毕继续反应30min水相变为无色，停止反应，得到棕白色浆料，放料减压抽滤，将滤饼置于鼓风干燥箱内50℃烘干，得到棕白色产品碘化亚铜190.0g，收率99.8%，含量99.7%。将离心后的水加入到三口瓶中，作为反应介质循环使用。
实施例2
向带有1Kw超声波振动棒的5L玻璃反应釜中加入2L水和1269g碘粒，碘粒的碘含量≥99.5%，开启搅拌形成均一的反应体系后，开启超声，分批加入635.5g铜粉进行反应，铜粉的铜含量≥99.5%，控制反应体系温度30℃，加毕继续反应1h水相变为无色，停止反应，得到棕白色浆料，放料减压抽滤，将滤饼置于鼓风干燥箱内60℃烘干，得到棕白色产品碘化亚铜1895 g，收率99.5%，含量99.6%。将离心后的水加入到玻璃反应釜中，作为反应介质循环使用。
实施例3
向带有3Kw超声波振动棒的100L玻璃反应釜中加入40L水和12.69kg碘粒，开启搅拌形成均一的反应体系后，开启超声，分批加入6.355kg铜粉进行反应，控制反应体系温度35℃，加毕继续反应2h水相变为无色，停止反应，得到棕白色浆料，将浆料放出、离心机离心，将离心所得固体置于鼓风干燥箱内80℃烘干，烘干得到棕白色产品碘化亚铜18.99kg，收率99.7%，含量99.6%。将离心后的水加入到玻璃反应釜中，作为反应介质循环使用。
实施例4
为验证离心液的重复使用效果，将实施例3离心后收集的水共计38L加入到100L玻璃反应釜中，补加水2L，其他条件不变，重复实施例3实验，最终得到棕白色产品碘化亚铜19.0kg，收率99.8%，含量99.6%。
本发明的一种碘化亚铜的绿色化生产方法，采用超声反应，无需升温，常温即可引发反应并大幅提高反应速率，同时可以防止生成的碘化亚铜包裹铜粉导致反应不完全，操作简单、绿色环保、可大规模生产；本发明的一种碘化亚铜的绿色化生产方法，以水为反应介质，反应结束分离后可重复使用，同时，无三废产生，工艺绿色环保；本发明的一种碘化亚铜的绿色化生产方法，以单质碘和单质铜为原料，定量生成碘化亚铜，无其他杂质生成，原料转化率达到100%，产品收率和纯度均达到99.5%以上。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种碘化亚铜的绿色化生产方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）向反应器中加入水和碘粒，开启搅拌形成均一的反应体系后，开启超声；
（2）向步骤（1）的反应体系中加入铜粉进行超声反应，直至水相颜色变为无色为止；
（3）将步骤（2）得到的浆料，放料分离，分离出的固体化合物烘干得到碘化亚铜；
（4）将步骤（3）分离出的水加入到反应器中，作为反应介质循环使用。
2.根据权利要求1所述的一种碘化亚铜的绿色化生产方法，其特征在于，所述步骤（1）中的碘粒的碘含量≥99.5%，水和碘粒的质量比为1:1～5:1。
3.根据权利要求1所述的一种碘化亚铜的绿色化生产方法，其特征在于，所述步骤（2）中的铜粉的铜含量≥99.5%，铜粉和碘粒的摩尔比为2:1。
4.根据权利要求1所述的一种碘化亚铜的绿色化生产方法，其特征在于，所述步骤（2）中的超声反应温度为25℃～35℃。
5.根据权利要求1所述的一种碘化亚铜的绿色化生产方法，其特征在于，所述步骤（2）中的铜粉为分批加入。
6.根据权利要求1所述的一种碘化亚铜的绿色化生产方法，其特征在于，所述步骤（3）中的烘干温度为50℃～80℃。
7.根据权利要求1所述的一种碘化亚铜的绿色化生产方法，其特征在于，所述步骤（3）中的分离方式为减压抽滤或者离心中的一种。
8.根据权利要求1~7任一项所述的一种碘化亚铜的绿色化生产方法，其特征在于，所述超声功率为200W~3000W。
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