CN111087423B - 一种用黄磷制备氨基三亚甲基膦酸的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及化工技术领域,特别是涉及一种用黄磷制备氨基三亚甲基膦酸的方法。本发明将黄磷打入经氮气除氧的密闭反应釜中,经过不完全燃烧,得到三氧化二磷;向含有三氧化二磷的密闭反应釜中加入水、氯化铵,在20~30℃搅拌混合,搅拌后再缓慢滴加甲醛,滴加后加热至70~80℃,反应2~3h,然后再升温至100~110℃反应;反应后进行蒸馏,蒸馏出残余的甲醛、HCl、水蒸气,待无物料蒸出时,得氨基三亚甲基膦酸液体产品。本发明采用黄磷直接制得氨基三亚甲基膦酸,该方法操作步骤简单,成本较低,而且节省了反应时间,且降低了能耗,能显著促进磷的转化率,提高氨基三亚甲基膦酸产品的收率和品质。

Description

一种用黄磷制备氨基三亚甲基膦酸的方法
技术领域
本发明涉及化工技术领域,特别是涉及一种氨基三亚甲基膦酸的制备方法。
背景技术
氨基三亚甲基膦酸具有良好的螯合、低限抑制及晶格畸变作用。可阻止水中成垢盐类形成水垢,特别是碳酸钙垢的形成。氨基三亚甲基膦酸在水中化学性质稳定,不易水解。在水中浓度较高时,有良好的缓蚀效果。
氨基三亚甲基膦酸用于火力发电厂、炼油厂的循环冷却水、油田回注水系统。可以起到减少金属设备或管路腐蚀和结垢的作用。氨基三亚甲基膦酸在纺织印染等行业用作金属离子螯合剂,也可用于金属表面处理剂等。
然而目前市场上所提供的ATMP液体产品,含量一般为50%以下。纯度不高,经检测其中砷的含量高达70ppm。而且现有的氨基三亚甲基膦酸的制备方法,都是先按照工艺配比将亚磷酸水溶液和氯化铵放入反应釜内,向反应釜内滴加甲醛保温缩合反应,反应完全后控制温度蒸馏,蒸馏出残余的甲醛、HCl、水蒸气,氨基三亚甲基膦酸粗品经活性炭脱色后加入适量水混配得到成品。但该方法,往往由于原料和反应条件控制不当,导致生产得到的氨基三亚甲基膦酸纯度不高,亚磷酸的转化率低,产品中还含有较多亚磷酸、磷酸等,质量稳定性差,均需要再经过复杂的提纯工艺,才能达到良好的品质。这样的操作不仅复杂,成本高,而且还有可能会引入其它产品的杂质。
所以,如何通过原料的选择,一锅反应得到收率高,纯度高的氨基三亚甲基膦酸,是目前急需解决的问题之一。
发明内容
本发明提供了一种用黄磷直接制得氨基三亚甲基膦酸的制备方法,该方法操作步骤简单,成本较低,而且节省了反应时间,且降低了能耗。
解决上述技术问题的技术方案如下:
一种用黄磷制备氨基三亚甲基膦酸的方法,包括以下步骤:
(1)将黄磷装入经氮气除氧的密闭反应釜中;
(2)从反应釜底部通入少量的高纯氧,并缓慢加热至40℃~50℃,在不充足的氧气下不完全燃烧,在密闭反应釜得到三氧化二磷;P4+3O2→P4O6
(3)然后向密闭反应釜中加入水、氯化铵,在20~30℃搅拌混合40~60min,搅拌后再滴加甲醛,滴加后加热至50~60℃,反应2~3h,然后再以1~2℃/min升温至100~110℃,反应1~2h;
(4)反应完全后控制温度110~128℃进行蒸馏,去除未反应的原料,(如蒸馏出残余的甲醛、HCl、氯化铵、水蒸气),待无物料蒸出时即可得氨基三亚甲基膦酸。
进一步,步骤(2)黄磷与氧气的摩尔比为4:2.5~3,使黄磷在缺氧状态下不完全燃烧。
进一步,步骤(3)甲醛溶液的质量分数为37%;甲醛溶液的滴加速度为3~10g/min。
进一步,黄磷、氯化铵和甲醛的摩尔比为1~2:1~3:2~4。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
本发明以黄磷为原料,不完全燃烧,得到三氧化二磷,此时三氧化二磷的磷处于+3价,为中间价态,此时其中加入水、氯化铵和甲醛溶液,发生反应,能显著提高磷的转化率。而且本发明通过大量实验研究,发现变温反应,能更有利于反应的充分进行,显著提高氨基三亚甲基膦酸产品的收率,避免副产物的生成;得到纯度高,质量好的氨基三亚甲基膦酸。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1
(1)将15g黄磷打入经氮气除氧的密闭反应釜中;
(2)加热至45℃后向反应釜内通入少量的高纯氧,在不充足的氧气下不完全燃烧,在密闭反应釜得到三氧化二磷(P2O3);
(3)向密闭反应釜中加入90g水、40g氯化铵,在20℃搅拌混合60min,搅拌后再滴加100g质量分数为37%甲醛溶液,滴加后加热至50℃,反应2h,然后再以1.5℃/min升温至110℃,反应1h;
(4)反应完全后控制温度125℃进行蒸馏,待无物料蒸出时即可得氨基三亚甲基膦酸。
实施例2
(1)将7g黄磷打入经氮气除氧的密闭反应釜中,通氮除掉容器体积的气体;
(2)加热至45℃后向反应釜内通入少量的高纯氧,在不充足的氧气下不完全燃烧,在密闭反应釜得到三氧化二磷(P2O3);
(3)向密闭反应釜中加入60g水、18g氯化铵,在20℃搅拌混合60min,搅拌后再滴加40g质量分数为37%甲醛溶液,滴加后加热至60℃,反应2h,然后再以2℃/min升温至100℃,反应2h;
(4)反应完全后控制温度125℃进行蒸馏,待无物料蒸出时即可得氨基三亚甲基膦酸。
实施例1、实施例2制备得到的氨基三亚甲基膦酸产品结果检测如表1所示:
表1
项目 实施例1 实施例2
外观 淡黄色透明液体 淡黄色透明液体
活性组分(以ATMP计)% 65~66% 65~66%
亚磷酸(以PO<sub>3</sub><sup>3-</sup>计)% 0.26 0.14
正磷酸(以PO<sub>4</sub><sup>3-</sup>计)% 0.5 0.6
pH(1%水溶液) 1.7-2.0 1.7-2.0
正磷与亚磷质量分数越少,表明ATMP中的磷质量分数越高,即活性组分越高,螯合值亦越大。磷原料的转化率高。说明以磷为原料,采用本发明的方法和条件,能充分促进磷元素的反应转化,得到优异品质的羟基乙叉二膦酸产品。
对比例1
(1)将15g黄磷打入经氮气除氧的密闭反应釜中;
(2)加热至45℃后向反应釜内通入少量的高纯氧,在不充足的氧气下不完全燃烧,在密闭反应釜得到三氧化二磷;
(3)将三氧化二磷冷却至35℃以下,加入90g水,进行水解,水解完全,得亚磷酸溶液;
(4)将亚磷酸溶液与40g氯化铵混合,混合60min后滴加100g质量分数为37%甲醛溶液,滴加后加热至50℃,反应2h,然后再以1.5℃/min升温至110℃,反应1h;
(4)反应完全后控制温度125℃进行蒸馏,待无物料蒸出时即可得氨基三亚甲基膦酸。
对比例2
将50g亚磷酸、15g氯化铵和100g水混合,充分搅拌后,升温至120℃,在回流状态下滴加50g质量分数为37%甲醛溶液,滴加结束后控制反应温度在110℃,继续反应2h,反应结束后,控制温度125℃进行蒸馏,待无物料蒸出时得到氨基三亚甲基膦酸产品。
对比例3
(1)将15g黄磷打入经氮气除氧的密闭反应釜中,通氮除掉容器体积的气体;
(2)加热至45℃后向反应釜内通入少量的高纯氧,生成不充足的氧气下不完全燃烧,在密闭反应釜得到三氧化二磷;
(3)向密闭反应釜中加入90g水、40g氯化铵,在20℃搅拌混合60min,搅拌后再滴加100g质量分数为37%甲醛溶液,以1.5℃/min升温至80℃,反应5h;
(4)反应完全后控制温度125℃进行蒸馏,待无物料蒸出时即可得氨基三亚甲基膦酸。
对比例1、对比例2、对比例3制备得到的氨基三亚甲基膦酸产品结果检测如表2所示:
表2
项目 对比例1 对比例2 对比例2
外观 淡黄色透明液体 淡黄色透明液体 透明液体
活性组分(以ATMP计)% 50~52% 50~52% 48~50%
亚磷酸(以PO<sub>3</sub><sup>3-</sup>计)% 5.8 5.4 6.7
正磷酸(以PO<sub>4</sub><sup>3-</sup>)计 2.1 3.2 1.9
pH(1%水溶液) 2.0-2.2 2.0-2.2 2.0-2.2
本发明中所用原料、设备,若无特别说明,均为本领域的常用原料、设备;本发明中所用方法,若无特别说明,均为本领域的常规方法。以上所述仅为本发明的较好实施方式,并不用以限制本发明,凡是依据本发明的技术实质对以上实施例作的修改,均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用黄磷制备氨基三亚甲基膦酸的方法,其特征在于:具体制备步骤为:
(1)将黄磷打入经氮气除氧的密闭反应釜中;
(2)加热至40℃~50℃后向反应釜内通入少量的高纯氧,在不充足的氧气下不完全燃烧,在密闭反应釜得到三氧化二磷;
(3)向密闭反应釜中加入水、氯化铵,在20~30℃搅拌混合40~60min,搅拌后再缓慢滴加甲醛,滴加后加热至50~60℃,反应2~3h,然后再缓慢升温至100~110℃,保温反应1~2h;
(4)反应完全后控制温度进行蒸馏,去除未反应的原料,待无物料蒸出时,得氨基三亚甲基膦酸产品。
2.根据权利要求1所述用黄磷制备氨基三亚甲基膦酸的方法,其特征在于:步骤(2)所述黄磷与氧气的摩尔比为4:2.5~3。
3.根据权利要求1所述用黄磷制备氨基三亚甲基膦酸的方法,其特征在于:步骤(3)甲醛溶液的质量分数为37%;滴加速度为3~10g/min。
4.根据权利要求1所述用黄磷制备氨基三亚甲基膦酸的方法,其特征在于:黄磷、氯化铵和甲醛的摩尔比为1.5~2:1~3:3~4。
5.根据权利要求1所述用黄磷制备氨基三亚甲基膦酸的方法,其特征在于:步骤(3)缓慢升温速率为1~2℃/min。
6.根据权利要求1所述用黄磷制备氨基三亚甲基膦酸的方法,其特征在于:水的加入量为黄磷质量的5~10倍。
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CN102439017A (zh) * 2009-05-28 2012-05-02 施里特马克控股公司 制备氨基聚亚烷基膦酸的方法
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