CN111393326A - 一种超高效液相色谱-质谱联用仪用乙腈纯化工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及乙腈精制技术领域，更具体地，本发明涉及一种超高效液相色谱‑质谱联用仪用乙腈纯化工艺。本发明提供一种乙腈提纯工艺，在进一步提高色谱纯乙腈的品质，使其达到UPLC‑MS的级别的同时，可降低生产成本，提高收率，其收率可达到95％以上；且本发明提供的吸附、氧化、精馏相结合的工业化UPLC‑MS级乙腈提纯制备方法，具有操作简单、成本低、安全、高效，可以实现规模化工业生产的优点。

Description

一种超高效液相色谱-质谱联用仪用乙腈纯化工艺

技术领域

本发明涉及乙腈精制技术领域，更具体地，本发明涉及一种超高效液相色谱 -质谱联用仪用乙腈纯化工艺。

背景技术

UPLC-MS试剂也即超高效液相色谱-质谱试剂一般是指色谱专用溶剂或者 试剂，在低波长处的紫外透光率比较好，同时在酸度、碱度、蒸发残渣、金属离 子、水分等指标有机严格的苛刻要求，有些指标要求达到ppb级，甚至有些指标 要求达到ppt级别。UPLC-MS试剂是指进行超高效液相色谱质谱联用时时使用 的标准试剂，在色谱条件下只出现指定化合物的峰，不能出现杂质峰，或者背景 噪音峰要求低于仪器灵敏度以下，UPLC-MS试剂纯度很高，除要求含量高以外， 还对微尘、水分、金属离子都有很高的要求，属于高纯试剂的范畴。UPLC-MS 乙腈试剂是常用的液相色谱流动相之一，其在国内的色谱纯市场多为国外试剂公 司所垄断，如Merck、Sigma、Fisher、Tedia等，他们的产品，价格高，相对于 色谱纯用户来说，会导致过高的成本消耗。

目前国内外已经报道了多种乙腈的纯化工艺，其中主要的纯化方法包括：氧 化、脱氢、脱重、吸附、精馏、或者氧化、脱氢、脱重、脱色/吸附-精馏相结合 等，其缺点是收率不高，或者纯度不高，导致成本过高，或者满足不了水分、蒸 发残渣、金属离子、荧光等指标的科研需求。因此降低生产成本，提高UPLC-MS 乙腈试剂的品质，有待进一步探索提高。

发明内容

为了解决上述问题，本发明第一个方面提供了一种乙腈纯化工艺，包括以下 步骤：

氧化：将工业乙腈经过原料泵送入反应釜，并在所述反应釜中添加催化剂， 在80～90℃、10～90kPa条件下反应1～6h后，对反应釜加热，得到的气体经冷 凝器冷凝后进入中间缓冲罐得到氧化物料；

吸附：将所述氧化物料依次经过送料泵和流量计送入吸附柱，在0.01～2米 /秒的流速下吸附，得到吸附物料；

精馏：将所述吸附物料送入精馏釜中，并在所述精馏釜中添加干燥剂，在 80～90℃下反应1～5h后，将精馏釜加热，并将精馏釜中产生气体送入精馏塔中 回流2～10h，再将精馏塔的塔顶气体采出，并依次经过回流冷凝器和回流罐， 得到回流液送入成品罐中，得到半成品；

过滤：将所述半成品过滤，得到超高效液相色谱-质谱联用仪用乙腈。

作为本发明一种优选的技术方案，所述催化剂占工业乙腈的重量百分数为 0.01～5wt％。

作为本发明一种优选的技术方案，所述吸附柱包括并联的在线吸附柱和再生 活化柱。

作为本发明一种优选的技术方案，所述再生活化柱和在线吸附柱的个数相同， 所述在线吸附柱的个数选自1个、2个、3个、4个、5个中的一种。

作为本发明一种优选的技术方案，所述回流的流量为1～100kg/h。

作为本发明一种优选的技术方案，所述采出的流量为1～30kg/h，所述采出 的回流比为(1～2)：1。

作为本发明一种优选的技术方案，所述精馏中，除去最初采出的1～5h回流 液，其余回流液送入成品罐，得到半成品。

作为本发明一种优选的技术方案，所述过滤中，将半成品依次经过过滤器一、 过滤器二、过滤器三、过滤器四、过滤器五、过滤器六过滤，得到超高效液相色 谱-质谱联用仪用乙腈。

作为本发明一种优选的技术方案，所述过滤器的滤膜种类选自塑料滤膜、阴 离子滤膜、阳离子滤膜中的两种及以上。

本发明第二个方面提供了一种如上所述的乙腈纯化工艺的应用，应用在制备 超高效液相色谱-质谱用乙腈。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明提供一种乙腈提纯工艺， 在进一步提高色谱纯乙腈的品质，使其达到UPLC-MS的级别的同时，可降低生 产成本，提高收率，其收率可达到95％以上；且本发明提供的吸附、氧化、精馏 相结合的工业化UPLC-MS级乙腈提纯制备方法，具有操作简单、成本低、安全、 高效，可以实现规模化工业生产的优点。

附图说明

图1为所述超高效液相色谱-质谱联用仪用乙腈纯化工艺的装置流程图。

图2是实施例3提供的超高效液相色谱-质谱联用仪用乙腈(记为FT SCI UPLC-MS)、默克的LC-MS级乙腈、UHPLC-MS级乙腈的TIC图(ESI+)。

图3是实施例3提供的超高效液相色谱-质谱联用仪用乙腈(记为FT SCI UPLC-MS)、默克的LC-MS级乙腈、UHPLC-MS级乙腈的TIC图(ESI-)。

图4是实施例3提供的超高效液相色谱-质谱联用仪用乙腈的Q-TOF LCMS 利血平质谱图(Scan,APCI+)。

图5是实施例3提供的超高效液相色谱-质谱联用仪用乙腈的Q-TOF LCMS 利血平质谱图(Scan,ESI+)。

其中，1-原料泵、2-反应釜、3-冷凝器、4-中间缓冲罐、5-送料泵、6-流量计、 7-在线吸附柱、8-再生活化柱、9-精馏釜、10-精馏塔、11-回流冷凝器、12-回流 罐、13-成品罐、14-半成品送料泵、15-过滤器一、16-过滤器二、17-过滤器三、 18-过滤器四、19-过滤器五、20-过滤器六。

具体实施方式

参选以下本发明的优选实施方法的详述以及包括的实施例可更容易地理解 本发明的内容。除非另有限定，本文使用的所有技术以及科学术语具有与本发明 所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的 定义为准。

如本文所用术语“由…制备”与“包含”同义。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列 要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未 明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。

连接词“由…组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求 中，此短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料， 但与其相关的常规杂质除外。当短语“由…组成”出现在权利要求主体的子句中而 不是紧接在主题之后时，其仅限定在该子句中描述的要素；其它要素并不被排除 在作为整体的所述权利要求之外。

当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和 下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优 选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否 单独公开了。例如，当公开了范围“1至5”时，所描述的范围应被解释为包括范 围“1至4”、“1至3”、“1至2”、“1至2和4至5”、“1至3和5”等。当数值范围 在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的 所有整数和分数。

单数形式包括复数讨论对象，除非上下文中另外清楚地指明。“任选的”或者 “任意一种”是指其后描述的事项或事件可以发生或不发生，而且该描述包括事件 发生的情形和事件不发生的情形。

说明书和权利要求书中的近似用语用来修饰数量，表示本发明并不限定于该 具体数量，还包括与该数量接近的可接受的而不会导致相关基本功能的改变的修 正的部分。相应的，用“大约”、“约”等修饰一个数值，意为本发明不限于该精确 数值。在某些例子中，近似用语可能对应于测量数值的仪器的精度。在本申请说 明书和权利要求书中，范围限定可以组合和/或互换，如果没有另外说明这些范 围包括其间所含有的所有子范围。

此外，本发明要素或组分前的不定冠词“一种”和“一个”对要素或组分的数量 要求(即出现次数)无限制性。因此“一个”或“一种”应被解读为包括一个或至少一 个，并且单数形式的要素或组分也包括复数形式，除非所述数量明显旨指单数形 式。

以下通过具体实施方式说明本发明，但不局限于以下给出的具体实施例。

本发明第一个方面提供了一种超高效液相色谱-质谱联用仪用乙腈纯化工艺， 包括以下步骤：

氧化：将工业乙腈经过原料泵送入反应釜，并在所述反应釜中添加催化剂， 在80～90℃、10～90kPa条件下反应1～6h后，对反应釜加热，得到的气体经冷 凝器冷凝后进入中间缓冲罐得到氧化物料；

吸附：将所述氧化物料依次经过送料泵和流量计送入吸附柱，在0.01～2米 /秒的流速下吸附，得到吸附物料；

精馏：将所述吸附物料送入精馏釜中，并在所述精馏釜中添加干燥剂，在 80～90℃下反应1～5h后，将精馏釜加热，并将精馏釜中产生气体送入精馏塔中 回流2～10h，再将精馏塔的塔顶气体采出，并依次经过回流冷凝器和回流罐， 得到回流液送入成品罐中，得到半成品；

过滤：将所述半成品过滤，得到超高效液相色谱-质谱联用仪用乙腈。

氧化

在一种实施方式中，本发明所述催化剂占工业乙腈的重量百分数为0.01～5wt％；进一步地，本发明所述催化剂占工业乙腈的重量百分数为0.1～5wt％； 进一步地，本发明所述催化剂占工业乙腈的重量百分数为0.1wt％。

优选地，本发明所述催化剂选自硫酸钠、重铬酸钾、高锰酸钾、碘酸钾、浓 硫酸、臭氧、超氧化钾复合催化剂中的一种；进一步地，本发明所述催化剂为超 氧化钾复合催化剂。

本发明所述超氧化钾复合催化剂为超氧化钾和碱的复合物，所述碱可选自氢 氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂中的一种或多种。本发明所述超氧化钾复合催化剂 的制备原料为超氧化钾、氢氧化钾和氢氧化钠，重量比为1：(4～6)：(6～10)。 本发明所述超氧化钾复合催化剂的制备方法为本领域熟知的制备方法，如将超氧 化钾的制备原料混合得到。

高纯乙腈可作为高效液相色谱的流动相和其它优良的固定相，对杂质含量的 要求更加苛刻，包括对于水、氢氰酸、丙烯腈、顺式和反式丁烯腈、烯丙醇、噁 唑等杂质都要求在一个更低的标准之下。而这些杂质在190～300nm的紫外吸收 光谱中会产生紫外吸收，故可通过紫外吸收光谱等判断乙腈的纯度。

因为工业级乙腈中含有很多极性和乙腈相似的杂质，难以直接通过选择性吸 附或精馏去除，申请人首先利用催化剂的强氧化性，将工业乙腈中的杂质氧化成 沸点较高的极性含氧杂质或者和乙腈极性相差较大的物质，申请人发现，当使用 超氧化钾作为催化剂，并控制催化剂的含量和蒸馏时间时，可将杂质完全氧化， 但如果催化剂选择不当，如使用高锰酸钾，或者含量、蒸馏时间较高时，可能会 产生新的杂质，影响收率和纯化，而如果催化剂含量过低或蒸馏时间较短时，无 法完全氧化杂质，最终也会影响收率和纯度。

在一种实施方式中，本发明所述反应釜、冷凝器、中间缓冲罐的内衬材料选 自聚四氟乙烯、搪瓷、石墨烯、石墨中的一种。

吸附

在一种实施方式中，本发明所述将所述氧化物料依次经过送料泵和流量计送 入吸附柱，在0.01～2米/秒的流速下吸附24～36h，得到吸附物料。

流速是液体单位时间内的位移。

优选地，本发明所述吸附柱包括并联的在线吸附柱和再生活化柱。

更优选地，本发明所述再生活化柱和在线吸附柱的个数相同，所述在线吸附 柱的个数选自1个、2个、3个、4个、5个中的一种；进一步地，本发明所述在 线吸附柱的个数是4个。

进一步优选地，本发明所述吸附柱的吸附剂选自活性炭、氧化铝、分子筛中 的一种或多种；进一步地，本发明所述吸附剂为活性炭。

活性炭是用含碳材料经高温炭化，活化等工序制成的一种具有多孔结构的固 体物质。活性炭的比表面积很大，孔道总表面积高达600-1700m2/g；性质稳定， 常温下不易和其它物质发生反应；机械强度好、容易再生，活性炭作为吸附介质， 具有以下特点比表面积高，微孔发达，孔径分布范围广，能吸附多种物质微孔数 量多，有利吸附低浓度的物质和低沸点的气体化学性质稳定，完全不溶于水及其 它溶剂，可在限制氧的情况下进行高温再生。故其广泛应用于化工、环保、食品 与制药、催化剂载体和电极材料等领域。活性炭的种类有多种，如煤质颗粒活性 炭，木质颗粒活性炭，果壳颗粒活性炭等，本发明不对活性炭的种类做具体限定。 在一种实施方式中，本发明所述活性炭购自上海碧朗环保科技有限公司(筛孔尺 寸为2mm)。

更进一步优选地，本发明所述活性炭的筛孔尺寸为2～3mm。

筛孔尺寸是颗粒可以通过的筛网的大小，和目数具有一定的换算关系，目数 指的是筛网密度。

申请人发现，通过选择合适的吸附剂及其平均粒径，并控制吸附柱的个数和 循环时间，在提高收率的同时，可以提高纯度，这可能是因为当使用活性炭，尤 其是平均粒径为2～3mm的活性炭作为吸附剂时，此时活性炭较大的比表面积、 和微孔结构有利于和氧化后的羧酸、酰胺等杂质等发生物理吸附，且大比表面积 上的活性基团也有利于化学吸附的发生，且当控制流速在0.1～2m/s循环吸附 24～36h时，去除杂质的效果最好，另外申请人发现，当流速过大或者循环吸附 时间过小时，乙腈与吸附柱接触时间变短，乙腈中杂质无法和吸附剂形成吸附平 衡，对纯度的影响较大，而当流速过慢时，吸附效率过低，会增加能耗降低生产 效率。

另外，吸附柱中的吸附剂工作一定时间后容易失活，故需要更换吸附剂或者 对吸附剂进行再生，而更换吸附剂不仅会造成成本增加，也会产生固体废弃物， 污染环境，而如果每隔一段时间进行再生，则会耽误生产效率。故申请人设置了 并联的在线吸附柱和再生活化柱，在吸附过程中使用在线吸附柱和再生活化柱中 的一种进行吸附，如使用在线吸附柱进行吸附，当运行一段时间后，可替换成再 生活化柱进行吸附，而在线吸附柱进行再生，可保证生产的连续性，提高生产效 率。

本发明所述再生方法为本领域熟知的方法，如首先使用超纯水加碱清洗后， 使用超纯水冲洗，最后热再生。

在一种实施方式中，本发明所述送料泵、流量计、吸附柱的内衬材料选自聚 四氟乙烯、搪瓷、石墨烯、石墨中的一种。

精馏

在一种实施方式中，本发明所述干燥剂占工业乙腈的重量百分数为0.01～5wt％；进一步地，本发明所述干燥剂占工业乙腈的重量百分数为0.1～5wt％； 进一步地，本发明所述干燥剂占工业乙腈的重量百分数为0.4wt％。

优选地，本发明所述干燥剂选自硅胶、无水硫酸钙、氢化钙、氯化钙、五氧 化二磷中的一种；进一步地，本发明所述干燥剂为五氧化二磷。

更优选地，本发明所述回流的流量为1～100kg/h。

本发明所述流量是质量流量，是指单位时间里流体通过封闭管道或敞开槽有 效截面的流体质量。

进一步优选地，本发明所述采出的流量为1～30kg/h，所述采出的回流比为 (1～2)：1。

回流比是精馏操作中，由精馏塔塔顶返回塔内的回流液流量L与塔顶产品 流量D的比值，即R＝L/D。回流比的大小，对精馏过程的分离效果和经济性有 着重要的影响。

更进一步优选地，本发明所述精馏中，除去最初采出的1～5h回流液，其余 回流液送入成品罐，得到半成品。

申请人发现，当使用活性炭吸附时，也会引进少量活性炭杂质，且因为活性 炭为非极性吸附剂，故仍会有部分极性杂质和水等的残留。故申请人采用了精馏 操作，将从吸附柱出来的中间物料首先使用干燥剂去除水分，且申请人通过采用 具有一定氧化作用的五氧化二磷，有利于进一步氧化乙腈中的杂质，且当常压精 馏一段时间后，将乙腈和其他轻组分杂质以气体形式送入精馏塔中进行回流和采 出，而将重组分除去，且通过控制回流的流量和时间，可保证轻组分的杂质和乙 腈分开，并集中在精馏塔的塔顶，当回流一定时间后，将气体以一定流量进行冷 凝采出，且申请人发现，当将最开始的1～5h回流液除去时，有利于保证收率的 基础上提高纯度，这主要是因为最初采出的回流液中轻组分杂质较多。且申请人 发现，当回流或采出的流量过大时，轻组分杂质聚集程度较低，除去的回流液较 多时才能保证存度，而当回流或采出的流量过小时，效率较低；另外，申请人发 现，当采用本发明所述方法，去除最初采出的1～5h回流液后纯度和去除更多回 流液时的纯度相似，可保证大规模生产，不许去除更多回流液。

在一种优选的实施方式中，本发明所述精馏塔的填料为聚四氟乙烯规整填料。

在一种实施方式中，本发明所述精馏釜、精馏塔、回流冷凝器、回流罐的内 衬材料选自聚四氟乙烯、搪瓷、石墨烯、石墨中的一种。

过滤

在一种实施方式中，本发明所述过滤中，将半成品依次经过过滤器一、过滤 器二、过滤器三、过滤器四、过滤器五、过滤器六过滤，得到超高效液相色谱- 质谱联用仪用乙腈；进一步地，本发明所述过滤中，将半成品经过半成品送料泵 依次送入过滤器一、过滤器二、过滤器三、过滤器四、过滤器五、过滤器六过滤， 得到超高效液相色谱-质谱联用仪用乙腈。优选地，本发明所述过滤器的滤膜种 类选自塑料滤膜、阴离子滤膜、阳离子滤膜中的两种及以上。作为塑料滤膜的实 例，包括但不限于，聚四氟乙烯滤膜、聚丙烯滤膜、聚乙烯滤膜。

作为阴离子滤膜的实例，包括但不限于，聚四氟乙烯阴离子滤膜、聚砜阴离 子滤膜、苯醚阴离子滤膜、壳聚糖阴离子滤膜；在一种优选的实施方式中，所述 阴离子滤膜为聚四氟乙烯阴离子滤膜；进一步地，所述聚四氟乙烯阴离子滤膜购 自杭州埃尔环保科技有限公司。

阴离子滤膜是一类含有碱性活性基团，对阴离子具有选择透过性的高分子聚 合物膜，也称为离子选择透过性膜。阴离子交换膜由三个部分构成：带固定基团 的聚合物主链即高分子基体(也称基膜)、荷正电的活性基团(即阳离子)以及 活性基团上可以自由移动的阴离子。阴离子交换膜的本质是一种碱性电解质，对 阴离子具有选择透过性作用，因此还被称为离子选择透过性膜。一般以-NH3+、 -NR2H+或者-PR3+等阳离子作为活性交换基团，并且在阴极产生OH-作为载流 子，经过阴离子交换膜的选择透过性作用移动到阳极。

作为阳离子滤膜的实例，包括但不限于，聚四氟乙烯磺化阳离子滤膜、聚砜 磺化阳离子滤膜、聚乙烯磺化阳离子滤膜、聚醚砜磺化阳离子滤膜、聚乙烯醇磺 化阳离子滤膜、聚四氟乙烯羧基阳离子滤膜；在一种优选的实施方式中，所述阳 离子滤膜为聚四氟乙烯磺化阳离子滤膜；进一步地，本发明所述聚四氟乙烯磺化 阳离子滤膜购自杭州埃尔环保科技有限公司。

阳离子滤膜是对阳离子有选择作用的膜，带有固定基团和可解离的离子，如 钠型磺酸型固定基团是磺酸根，解离离子是钠离子。阳离子交换膜可以看作是一 种高分子电解质，由于阳膜带负电荷，虽然原来的解离正离子受水分子作用解离 到水中，但在膜外通电通过电场作用，带有正电荷的阳离子就可以通过阳膜，而 阴离子因为同性排斥而不能通过，所以具有选择透过性。阳离子滤膜的活性基团 主要有磺酸基、羧基、磷酸基、亚磷酸基、酚基、砷酸基、硒酸基，其中磺酸基 膜是强酸型离子交换膜，而其他是弱酸型。

更优选地，本发明所述过滤器一的滤膜为塑料滤膜；进一步地，本发明所述 过滤器一的滤膜为聚四氟乙烯滤膜。

聚四氟乙烯滤膜采用完全由天然永久疏水的PTFE材质，即使在很低的压差 下，也能保证潮湿空气或其它气体通行无阻，而水溶液则不能透过。其性能与亲 水膜正好相反。PTFE滤膜具有极强的化学兼容性，几乎能胜任所有的有机溶剂 和强腐蚀化学品的过滤。

进一步优选地，本发明所述过滤器一的滤膜的孔径为150～250nm；进一步 地，本发明所述过滤器一的滤膜的孔径为200nm；进一步地，所述过滤器一的滤 膜为聚四氟乙烯滤膜，购自上海必泰生物科技有限公司(孔径为200nm)。

孔径是指多孔固体中孔道的形状和大小。孔其实是极不规则的，通常把它视 作圆形而以其半径来表示孔的大小。孔径分布常与吸附剂的吸附能力和催化剂的 活性有关。

更进一步优选地，本发明所述过滤器二、过滤器三的滤膜均为阳离子滤膜， 所述过滤器四、过滤器五的滤膜为阴离子滤膜。

在一种优选的实施方式中，本发明过滤器二、过滤器三的滤膜均为阴离子滤 膜，所述过滤器四、过滤器五的滤膜均为阳离子滤膜。

在一种更优选的实施方式中，本发明所述过滤器六的滤膜为塑料滤膜；进一 步地，本发明所述过滤器六的滤膜为聚四氟乙烯滤膜。

在一种进一步优选的实施方式中，本发明所述过滤器六的滤膜的孔径为5～ 8nm；进一步地，本发明所述过滤器六的滤膜的孔径为7nm；进一步地，所述过 滤器六的滤膜为聚四氟乙烯滤膜，购自上海必泰生物科技有限公司(孔径为7nm)。

通过精馏操作，可去除大多数杂质，但还有部分杂质难以使用精馏除去，这 可能是和乙腈沸点接近或形成共沸物的杂质，故申请人在精馏之后进行了过滤操 作。且申请人发现，当控制依次通过的滤膜种类和孔径时，得到的乙腈可满足超 高液相-质谱的要求，这主要是首先通过150～200nm的塑料滤膜过滤颗粒较大 的杂质后，通过阳离子滤膜和阴离子滤膜进一步选择性过滤阴离子和阳离子，并 最后通过小孔径的塑料滤膜获得最终的产品，且申请人意外发现，当使用聚四氟 乙烯作为滤膜的基材时，其纯化效果明显增加，这可能是因为聚四氟乙烯为全氟 结构，相比于常见的碳氢键，炭氟键具有更短的键长和更高的键能，氟原子相比 于氢原子更多的电子结构和直径，有利于氟原子包覆住碳碳主链，提高过滤膜的 稳定性，比降低滤膜的表面自由能，当过滤半成品时，半成品和覆盖表面的氟原子接触，而氟原子大的电荷和低的表面能有利于阻碍杂质的通过，且聚四氟乙烯 的特性也赋予阴离子和阳离子滤膜更高的选择性和稳定性，增加了材料的离子电 导，从而进一步提纯。

且申请人发现，当使用聚四氟乙烯磺化阳离子膜和聚四氟乙烯阴离子膜时， 相比于采用其他阳离子膜、塑料滤膜和阴离子膜，其纯化效果更高，且当使用其 他阳离子膜和阴离子膜时，甚至可能造成乙腈纯度进一步下降，这可能是因为其 他阳离子膜和阴离子膜过滤过程中引入其他杂质造成的。

在一种实施方式中，本发明所述过滤器一、过滤器二、过滤器三、过滤器四、 过滤器五、过滤器六的内衬材料选自聚四氟乙烯、搪瓷、石墨烯、石墨中的一种。

目前大多数的乙腈提纯设备是碳钢和不锈钢等含铁的材料，随着使用时间的 增加，容易发生锈蚀等释放铁离子等金属离子，导致乙腈中混入铁等金属离子， 可能和乙腈、杂质等发生反应，对乙腈的质量造成影响，申请人通过控制本发明 所有装置的材料为搪瓷或者聚四氟乙烯，可避免引入金属离子对乙腈的影响，有 利于实现大规模生产，且保证最终制得产品的纯度和产量。

本发明经过氧化、吸附、精馏和过滤的生产顺序来实现生产，且不能随意对 生产顺序进行更改，首先通过氧化将杂质氧化成和乙腈极性等相差较大的物质， 才能经过吸附和精馏进行选择性的去除，而吸附过程中可能会因为吸附剂产生新 的杂质，故在吸附之后进行精馏操作来去除吸附过程新的杂质，另外，相比于吸 附等操作来说，精馏的能耗的较大，而通过在精馏前进行吸附、精馏后进行过滤 的操作，可实现通过一次精馏来达到目标纯度的作用，避免多次精馏带来的能耗 增加等问题。本发明通过使用一定的生产顺序，并控制其中的参数，最终实现了 超高效液相色谱-质谱纯度的乙腈的生产。

实施例

下面通过实施例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例 只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的 专业技术人员根据上述本发明的内容做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本 发明的保护范围。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种超高效液相色谱-质谱联用仪用乙腈纯化工 艺，包括以下步骤：

氧化：将工业乙腈经过原料泵1送入反应釜2，并在所述反应釜2中添加超 氧化钾复合催化剂，在80℃、10kPa条件下反应1h后，将反应釜2加热得到的 气体经冷凝器3冷凝后进入中间缓冲罐4得到氧化物料；所述超氧化钾复合催化 剂的制备原料为超氧化钾、氢氧化钾和氢氧化钠，重量比为1：5：8，所述超氧 化钾复合催化剂占工业乙腈的重量百分数为0.1wt％；

吸附：将所述氧化物料依次经过送料泵5和流量计6，在0.1m/s的流速下送 入在线吸附柱7或再生活化柱8中进行循环吸附24h，得到吸附物料；所述在线 吸附柱7和再生活化柱8并联，所述再生活化柱8和在线吸附柱7的个数相同， 为4个；所述在线吸附柱7、再生活化柱8的吸附剂为活性炭，所述活性炭的筛 孔尺寸为2mm；

精馏：将所述吸附物料送入精馏釜9中，并在所述精馏釜9中添加五氧化二 磷，所述五氧化二磷占工业乙腈的重量百分数为0.1wt％，在80℃下反应1h后， 将精馏釜9加热，并将精馏釜9中气体送入精馏塔10中回流2h，回流的流量为 1kg/h，再将精馏塔10的塔顶气体采出，所述采出的流量为1kg/h，所述采出的 回流比为1：1，所述精馏塔10的填料为聚四氟乙烯规整填料，并依次经过回流 冷凝器11和回流罐12，得到回流液，除去最初采出的1h回流液，，其余回流液 送入成品罐13，得到半成品；

过滤：将所述半成品经过半成品送料泵14，依次送入过滤器一15、过滤器 二16、过滤器三17、过滤器四18、过滤器五19、过滤器六20过滤，所述过滤 器一15的滤膜为孔径为200nm的聚四氟乙烯滤膜，所述过滤器二16、过滤器三 17的滤膜为聚四氟乙烯磺化阳离子滤膜，所述过滤器四18、过滤器五19的滤膜 为聚四氟乙烯阴离子滤膜，所述过滤器六20的滤膜为孔径为7nm的聚四氟乙烯 滤膜，得到超高效液相色谱-质谱联用仪用乙腈；

所述反应釜2、中间缓冲罐4、精馏釜9、回流罐12、成品罐13的材料为搪 瓷；所述冷凝器3、送料泵5、流量计6、在线吸附柱7、再生活化柱8、精馏塔 10、回流冷凝器11、半成品送料泵14的内衬材料为聚四氟乙烯。

所述活性炭购自上海碧朗环保科技有限公司(筛孔尺寸为2mm)。

所述过滤器一的滤膜为聚四氟乙烯滤膜，购自上海必泰生物科技有限公司 (孔径为200nm)。

所述聚四氟乙烯磺化阳离子滤膜购自杭州埃尔环保科技有限公司。

所述聚四氟乙烯阴离子滤膜购自杭州埃尔环保科技有限公司。

所述过滤器六的滤膜为聚四氟乙烯滤膜，购自上海必泰生物科技有限公司 (孔径为7nm)。

实施例2

如图1所示，本实施例提供一种超高效液相色谱-质谱联用仪用乙腈纯化工 艺，包括以下步骤：

氧化：将工业乙腈经过原料泵1送入反应釜2，并在所述反应釜2中添加超 氧化钾复合催化剂，在90℃、90kPa条件下反应6h后，将反应釜2加热得到的 气体经冷凝器3冷凝后进入中间缓冲罐4得到氧化物料；所述超氧化钾复合催化 剂的制备原料为超氧化钾、氢氧化钾和氢氧化钠，重量比为1：5：8，所述超氧 化钾复合催化剂占工业乙腈的重量百分数为5wt％；

吸附：将所述氧化物料依次经过送料泵5和流量计6，在2m/s的流速下送 入在线吸附柱7或再生活化柱8中进行循环吸附36h，得到吸附物料；所述在线 吸附柱7和再生活化柱8并联，所述再生活化柱8和在线吸附柱7的个数相同， 为4个；所述在线吸附柱7、再生活化柱8的吸附剂为活性炭，所述活性炭的筛 孔尺寸为2mm；

精馏：将所述吸附物料送入精馏釜9中，并在所述精馏釜9中添加五氧化二 磷，所述五氧化二磷占工业乙腈的重量百分数为5wt％，在90℃下精馏5h后， 将精馏釜9加热，并将精馏釜9中气体送入精馏塔10中回流10h，回流的流量 为100kg/h，再将精馏塔10中气体采出，所述采出的流量为30kg/h，所述采出的 回流比为2：1，所述精馏塔10的填料为聚四氟乙烯规整填料，并依次经过回流 冷凝器11和回流罐12，得到回流液，除去最初采出的5h回流液，其余回流液 送入成品罐13，得到半成品；

过滤：将所述半成品经过半成品送料泵14，依次送入过滤器一15、过滤器 二16、过滤器三17、过滤器四18、过滤器五19、过滤器六20过滤，所述过滤 器一15的滤膜为孔径为200nm的聚四氟乙烯滤膜，所述过滤器二16、过滤器三 17的滤膜为聚四氟乙烯磺化阳离子滤膜，所述过滤器四18、过滤器五19的滤膜 为聚四氟乙烯阴离子滤膜，所述过滤器六20的滤膜为孔径为7nm的聚四氟乙烯 滤膜，得到超高效液相色谱-质谱联用仪用乙腈；

所述反应釜2、中间缓冲罐4、精馏釜9、回流罐12、成品罐13的材料为搪 瓷；所述冷凝器3、送料泵5、流量计6、在线吸附柱7、再生活化柱8、精馏塔 10、回流冷凝器11、半成品送料泵14的内衬材料为聚四氟乙烯。

所述活性炭购自上海碧朗环保科技有限公司(筛孔尺寸为2mm)。

所述过滤器一的滤膜为聚四氟乙烯滤膜，购自上海必泰生物科技有限公司 (孔径为200nm)。

所述聚四氟乙烯磺化阳离子滤膜购自杭州埃尔环保科技有限公司。

所述聚四氟乙烯阴离子滤膜购自杭州埃尔环保科技有限公司。

所述过滤器六的滤膜为聚四氟乙烯滤膜，购自上海必泰生物科技有限公司 (孔径为7nm)。

实施例3

如图1所示，本实施例提供一种超高效液相色谱-质谱联用仪用乙腈纯化工 艺，包括以下步骤：

氧化：将工业乙腈经过原料泵1送入反应釜2，并在所述反应釜2中添加超 氧化钾复合催化剂，在85℃、70kPa条件下反应4h后，将反应釜2加热得到的 气体经冷凝器3冷凝后进入中间缓冲罐4得到氧化物料；所述超氧化钾复合催化 剂的制备原料为超氧化钾、氢氧化钾和氢氧化钠，重量比为1：5：8，所述超氧 化钾复合催化剂占工业乙腈的重量百分数为0.1wt％；

吸附：将所述氧化物料依次经过送料泵5和流量计6，在1m/s的流速下送 入在线吸附柱7或再生活化柱8中进行循环吸附30h，得到吸附物料；所述在线 吸附柱7和再生活化柱8并联，所述再生活化柱8和在线吸附柱7的个数相同， 为4个；所述在线吸附柱7、再生活化柱8的吸附剂为活性炭，所述活性炭的筛 孔尺寸为2mm；

精馏：将所述吸附物料送入精馏釜9中，并在所述精馏釜9中添加五氧化二 磷，所述五氧化二磷占工业乙腈的重量百分数为0.4wt％，在85℃下精馏4h后， 将精馏釜9加热，并将精馏釜9中气体送入精馏塔10中回流7h，回流的流量为 70kg/h，再将精馏塔10中气体采出，所述采出的流量为20kg/h，所述采出的回 流比为1.5：1，所述精馏塔10的填料为聚四氟乙烯规整填料，并依次经过回流 冷凝器11和回流罐12，得到回流液，除去最初采出的4h回流液，其余回流液 送入成品罐13，得到半成品；

过滤：将所述半成品经过半成品送料泵14，依次送入过滤器一15、过滤器 二16、过滤器三17、过滤器四18、过滤器五19、过滤器六20过滤，所述过滤 器一15的滤膜为孔径为200nm的聚四氟乙烯滤膜，所述过滤器二16、过滤器三 17的滤膜为聚四氟乙烯磺化阳离子滤膜，所述过滤器四18、过滤器五19的滤膜 为聚四氟乙烯阴离子滤膜，所述过滤器六20的滤膜为孔径为7nm的聚四氟乙烯 滤膜，得到超高效液相色谱-质谱联用仪用乙腈；

所述反应釜2、中间缓冲罐4、精馏釜9、回流罐12、成品罐13的材料为搪 瓷；所述冷凝器3、送料泵5、流量计6、在线吸附柱7、再生活化柱8、精馏塔 10、回流冷凝器11、半成品送料泵14的内衬材料为聚四氟乙烯。

所述活性炭购自上海碧朗环保科技有限公司(筛孔尺寸为2mm)。

所述过滤器一的滤膜为聚四氟乙烯滤膜，购自上海必泰生物科技有限公司 (孔径为200nm)。

所述聚四氟乙烯磺化阳离子滤膜购自杭州埃尔环保科技有限公司。

所述聚四氟乙烯阴离子滤膜购自杭州埃尔环保科技有限公司。

所述过滤器六的滤膜为聚四氟乙烯滤膜，购自上海必泰生物科技有限公司 (孔径为7nm)。

实施例4

本实施例提供一种超高效液相色谱-质谱联用仪用乙腈纯化工艺，其具体实 施方式同实施例3，不同之处在于，所述活性炭的筛孔尺寸为4.8mm，购自上海 碧朗环保科技有限公司。

实施例5

本实施例提供一种超高效液相色谱-质谱联用仪用乙腈纯化工艺，其具体实 施方式同实施例3，不同之处在于，将所述氧化物料依次经过送料泵5和流量计 6，在4m/s的流速下送入在线吸附柱7或再生活化柱8中进行循环吸附20h，得 到吸附物料；

实施例6

本实施例提供一种超高效液相色谱-质谱联用仪用乙腈纯化工艺，其具体实 施方式同实施例3，不同之处在于，所述再生活化柱和在线吸附柱的个数相同， 为2个。

实施例7

本实施例提供一种超高效液相色谱-质谱联用仪用乙腈纯化工艺，其具体实 施方式同实施例3，不同之处在于，所述再生活化柱和在线吸附柱的个数相同， 为5个。

实施例8

本实施例提供一种超高效液相色谱-质谱联用仪用乙腈纯化工艺，其具体实 施方式同实施例3，不同之处在于，将所述吸附物料送入精馏釜9中，并在所述 精馏釜9中添加五氧化二磷，所述五氧化二磷占工业乙腈的重量百分数为4wt％， 在85℃下精馏4h后，将精馏釜9加热，并将精馏釜9中气体送入精馏塔10中 回流7h，回流的流量为70kg/h，再将精馏塔10中气体采出，所述采出的流量为 20kg/h，所述采出的回流比为1.5：1，所述精馏塔10的填料为聚四氟乙烯规整 填料，并依次经过回流冷凝器11和回流罐12，得到回流液，送入成品罐13，得 到半成品。

实施例9

本实施例提供一种超高效液相色谱-质谱联用仪用乙腈纯化工艺，其具体实 施方式同实施例3，不同之处在于，将所述吸附物料送入精馏釜9中，并在所述 精馏釜9中添加五氧化二磷，所述五氧化二磷占工业乙腈的重量百分数为0.4wt％， 在85℃下精馏4h后，将精馏釜9加热，并将精馏釜9中气体送入精馏塔10中 回流7h，回流的流量为70kg/h，再将精馏塔10中气体采出，所述采出的流量为 20kg/h，所述采出的回流比为1.5：1，所述精馏塔10的填料为聚四氟乙烯规整 填料，并依次经过回流冷凝器11和回流罐12，得到回流液，除去最初采出的6h 回流液，其余回流液送入成品罐13，得到半成品。

实施例10

本实施例提供一种超高效液相色谱-质谱联用仪用乙腈纯化工艺，其具体实 施方式同实施例3，不同之处在于，将所述吸附物料送入精馏釜9中，并在所述 精馏釜9中添加五氧化二磷，所述五氧化二磷占工业乙腈的重量百分数为0.4wt％， 在85℃下精馏4h后，将精馏釜9加热，并将精馏釜9中气体送入精馏塔10中 回流7h，回流的流量为140kg/h，再将精馏塔10中气体采出，所述采出的流量 为20kg/h，所述采出的回流比为1.5：1，所述精馏塔10的填料为聚四氟乙烯规 整填料，并依次经过回流冷凝器11和回流罐12，得到回流液，除去最初采出的 4h回流液，其余回流液送入成品罐13，得到半成品。

实施例11

本实施例提供一种超高效液相色谱-质谱联用仪用乙腈纯化工艺，其具体实 施方式同实施例3，不同之处在于，将所述吸附物料送入精馏釜9中，并在所述 精馏釜9中添加五氧化二磷，所述五氧化二磷占工业乙腈的重量百分数为0.4wt％， 在85℃下精馏4h后，将精馏釜9加热，并将精馏釜9中气体送入精馏塔10中 回流7h，回流的流量为70kg/h，再将精馏塔10中气体采出，所述采出的流量为 40kg/h，所述采出的回流比为1.5：1，所述精馏塔10的填料为聚四氟乙烯规整 填料，并依次经过回流冷凝器11和回流罐12，得到回流液，除去最初采出的4h 回流液，其余回流液送入成品罐13，得到半成品。

实施例12

本实施例提供一种超高效液相色谱-质谱联用仪用乙腈纯化工艺，其具体实 施方式同实施例3，不同之处在于，所述过滤器一15的滤膜为孔径为200nm的 聚乙烯滤膜，购自杭州埃尔环保科技有限公司；所述过滤器六的滤膜为孔径为 7nm的聚乙烯滤膜，购自上海必泰生物科技有限公司。

实施例13

本实施例提供一种超高效液相色谱-质谱联用仪用乙腈纯化工艺，其具体实 施方式同实施例3，不同之处在于，所述过滤器二16、过滤器三17的滤膜为聚 醚砜磺化阳离子滤膜，购自杭州埃尔环保科技有限公司。

实施例14

本实施例提供一种超高效液相色谱-质谱联用仪用乙腈纯化工艺，其具体实 施方式同实施例3，不同之处在于，所述过滤器四18、过滤器五19的滤膜为聚 砜阴离子滤膜，购自杭州埃尔环保科技有限公司。

性能评价

将实施例提供的超高效液相色谱-质谱联用仪用乙腈纯化工艺制备的超高效 液相色谱-质谱联用仪用乙腈作为样品进行下述实验。

1、紫外透光率测试：将实施例提供的超高效液相色谱-质谱联用仪用乙腈进 行190～260nm的紫外透光率测试，结果见表1。

表1性能表征测试

2、纯度测试：将实施例3提供的超高效液相色谱-质谱联用仪用乙腈进行超 高效液相色谱-质谱用乙腈的纯度测试，其中超高效液相色谱-质谱用乙腈的测试 标准和实施例的测试结果见表2，发现实施例3提供的乙腈符合超高效液相色谱 -质谱用乙腈的标准，且对实施例1～2的乙腈进行如上测试，也发现符合标准， 并计算实施例1～3得到的超高效液相色谱-质谱联用仪用乙腈的重量和工业乙腈 的重量百分数，作为实施例1～3产率，发现产率均大于95％。

表2性能表征测试

3、基线噪音实验：将实施例3提供的超高效液相色谱-质谱联用仪用乙腈(记 为FTSCI UPLC-MS)、默克的LC-MS级乙腈、UHPLC-MS级乙腈进行 LC-MS-MS基线噪音分析：

测试仪器：LCMS-8045；

色谱柱：Shimpack VP-ODS,2.0mm x 150mm；

离子源：ESI/APCI正负离子模式；

测试样品：FT SCI UPLC-MS样品、M品牌LC-MS级样品、M品牌 UHPLC-MS级样品；

测试方法：以纯乙腈为流动相，流速：0.5mL/min,Scan模式采集数据，分 别得到TIC(ESI+)和TIC(ESI-)的图，见图2和图3，其中从图2和图3可 看出在在流动相为纯乙腈的等度条件下，实施例提供的乙腈具有更低的基线噪音 值，显示产品更低的杂质含量。

4、适应性分析：将实施例3提供的超高效液相色谱-质谱联用仪用乙腈进行 适应性分析：

测试仪器：Agilent 1260+6530 Q-TOF LCMS；

色谱柱：Waters ACQUITY UPLC BEH C18，2.1x 100mm,1.7μm；

离子源：ESI/APCI正负离子；

利血平标准溶液：以对应测试乙腈样品来溶解配置；

测试方法：LC梯度条件：0-0.5min，20％乙腈；0.5-2.0min，100％乙腈； 2.0-5.0min，100％乙腈，5.0-8.0min，20％乙腈；

流速：0.5mL/min.进样2ppb利血平标准溶液，Scan模式采集数据，得到 Q-TOFLCMS利血平质谱图(Scan,APCI+)(图4)和Q-TOF LCMS利血平 质谱图(Scan,ESI+)(图5)，从图4和图5中可以看出，同样在Scan模式 下及梯度条件下，进样利血平样品标准溶液后，通过对比能明显看出，其他所有 基线杂质的质谱峰强度均低于2ppb利血平分子离子峰(m/z609.2843)，充分 说明FT SCI UPLC-MS级溶剂具备极低的杂质含量和杂质干扰峰，保证极低的 溶剂抑制效应，实现分析灵敏度的最大化。

由表1～2和图2～5测试结果可知，本发明提供的乙腈纯化工艺可得到超高 效液相色谱-质谱纯度的乙腈，且其收率大于95％，另外，从基线噪音实验和适 应性分析可知，本发明提供的纯化工艺制得的乙腈相对于现有产品来说杂质含量 更低，避免对液相色谱-质谱联用仪的灵敏度的影响。

前述的实例仅是说明性的，用于解释本发明所述方法的一些特征。所附的权 利要求旨在要求可以设想的尽可能广的范围，且本文所呈现的实施例仅是根据所 有可能的实施例的组合的选择的实施方式的说明。因此，申请人的用意是所附的 权利要求不被说明本发明的特征的示例的选择限制。在权利要求中所用的一些数 值范围也包括了在其之内的子范围，这些范围中的变化也应在可能的情况下解释 为被所附的权利要求覆盖。

Claims (10)

1.一种乙腈纯化工艺，其特征在于，包括以下步骤：

氧化：将工业乙腈经过原料泵送入反应釜，并在所述反应釜中添加催化剂，在80～90℃、10～90kPa条件下反应1～6h后，对反应釜加热，得到的气体经冷凝器冷凝后进入中间缓冲罐得到氧化物料；

吸附：将所述氧化物料依次经过送料泵和流量计送入吸附柱，在0.01～2米/秒的流速下吸附，得到吸附物料；

精馏：将所述吸附物料送入精馏釜中，并在所述精馏釜中添加干燥剂，在80～90℃下反应1～5h后，将精馏釜加热，并将精馏釜中产生气体送入精馏塔中回流2～10h，再将精馏塔的塔顶气体采出，并依次经过回流冷凝器和回流罐，得到回流液送入成品罐中，得到半成品；

过滤：将所述半成品过滤，得到超高效液相色谱-质谱联用仪用乙腈。

2.根据权利要求1所述的乙腈纯化工艺，其特征在于，所述催化剂占工业乙腈的重量百分数为0.01～5wt％。

3.根据权利要求1所述的乙腈纯化工艺，其特征在于，所述吸附柱包括并联的在线吸附柱和再生活化柱。

4.根据权利要求3所述的乙腈纯化工艺，其特征在于，所述再生活化柱和在线吸附柱的个数相同，所述在线吸附柱的个数选自1个、2个、3个、4个、5个中的一种。

5.根据权利要求1所述的乙腈纯化工艺，其特征在于，所述回流的流量为1～100kg/h。

6.根据权利要求1所述的乙腈纯化工艺，其特征在于，所述采出的流量为1～30kg/h，所述采出的回流比为(1～2)：1。

7.根据权利要求1所述的乙腈纯化工艺，其特征在于，所述精馏中，除去最初采出的1～5h回流液，其余回流液送入成品罐，得到半成品。

8.根据权利要求1～7任意一项所述的乙腈纯化工艺，其特征在于，所述过滤中，将半成品依次经过过滤器一、过滤器二、过滤器三、过滤器四、过滤器五、过滤器六过滤，得到超高效液相色谱-质谱联用仪用乙腈。

9.根据权利要求8所述的乙腈纯化工艺，其特征在于，所述过滤器的滤膜种类选自塑料滤膜、阴离子滤膜、阳离子滤膜中的两种及以上。

10.一种根据权利要求1～9任意一项所述的乙腈纯化工艺的应用，其特征在于，应用在制备超高效液相色谱-质谱用乙腈。

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