CN113200863A - 一种四正丁基铵高聚碘的微通道制备方法 - Google Patents

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邓维
欧玉如
徐正阳
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    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C209/00—Preparation of compounds containing amino groups bound to a carbon skeleton
    • C07C209/68—Preparation of compounds containing amino groups bound to a carbon skeleton from amines, by reactions not involving amino groups, e.g. reduction of unsaturated amines, aromatisation, or substitution of the carbon skeleton
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
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Abstract

本发明涉及一种四正丁基铵高聚碘的微通道制备方法，该方法包括以下步骤：(1)将四正丁基碘化铵溶液与碘溶液分别同时泵入微通道反应装置中，均匀混合、反应，得到含四正丁基铵高聚碘的黑色流动熔体；(2)将熔体冷却至室温，熔体凝结成块，再抽滤，用乙醇洗涤，得到产物四正丁基铵高聚碘。与现有技术相比，本发明具有简单绿色、能量利用率高、制作成本低、加热均匀等优点。

Description

一种四正丁基铵高聚碘的微通道制备方法
技术领域
本发明涉及化工合成领域，具体涉及一种四正丁基铵高聚碘的微通道制备方法。
背景技术
高聚碘(Polyiodides)是碘离子与多个碘分子聚合而成的阴离子化合物。高聚碘不仅在导电聚合物和电极材料中被广泛地应用，而且在消毒领域也具有重要的应用价值，是目前世界各国公认的安全高效的一类消毒剂。季铵盐高聚碘是目前研究与应用最多的一类高聚碘。季铵盐高聚碘开始主要用于导电材料领域，比如四甲基铵高聚碘、四乙基铵高聚碘、强碱性季铵盐阴离子交换树脂高聚碘等。
由于高聚碘兼有安全高效的消毒特性，强碱性季铵盐阴离子交换树脂高聚碘应用于饮用水的消毒，但是树脂高聚碘处理后的水中残留碘较多，长期饮用也会影响人体的健康。四甲基铵高聚碘和四乙基铵高聚碘等易溶于水的高聚碘适合应用于水产养殖等方面的消毒杀菌，但是在食品、水果的防腐保鲜和高性能表面抗菌材料等方面的应用受到很大限制。
而使用难溶于水的四正丁基铵高聚碘能够解决上述问题。现多用四正丁基碘化铵与碘溶液加热合成四正丁基铵高聚碘，但四正丁基铵高聚碘对温度敏感，传统的方法可能会造成产物分解。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种简单绿色、能量利用率高、制作成本低、加热均匀的四正丁基铵高聚碘的微通道制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明的第一个目的是提供了一套微通道反应装置，包括存储四正丁基碘化铵的乙醇溶液的第一料罐、存储四正丁基碘化铵的乙醇溶液的第二料罐、微结构混合器、微通道反应器和反应物储罐。
第一料罐和第二料罐分别于微结构混合器相连，构成两个支路；微结构混合器、微通道反应器和反应物储罐依次相连。
进一步地，所述为混合器为slitplatemixer LH25(HastelloyC)；购自于EhrfeldMikrotechnik BTS GmbH，型号为0109-4-0004-F。
所述微结构反应器为meander reactor HC、sandwich reactor HC、fixed bedmeander reactor HC；优选sandwich reactor HC，购自于EhrfeldMikrotechnik BTSGmbH，型号分别为0211-2-0314-F；0222-2-2004-F。
所述管状温度控制模块，购自于EhrfeldMikrotechnik BTS GmbH，型号为0501-2-1004-F。
微通道反应器作为一种高效的模块化反应反应器，现今已经广泛的应用于各个领域的化工生产中。微通道反应器具有体积小可模块化的灵活性，同时其比表面积打，传热传质效果好，微通道内的反应物与壁面可以高效的进行热交换，从而可以精准的控制反应温度，有效的避免反应局部过热、过冷和传热不均匀等热效问题，避免有些副反应的发生，从而更加有利于设定的目标产物的合成，使反应选择性提高。
本发明的第二个目的是提供了一种四正丁基铵高聚碘的微通道制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)将四正丁基碘化铵乙醇溶液与碘乙醇溶液分别同时泵入微通道反应装置中，均匀混合、反应，得到含四正丁基铵高聚碘的黑色流动熔体；
(2)将熔体冷却至室温，分离提纯、洗涤干燥后，得到产物四正丁基铵高聚碘。
进一步地，步骤(1)的具体步骤为：
(1-1)将第一料罐中的四正丁基碘化铵乙醇溶液与第二料罐中的碘乙醇溶液泵入微结构混合器中，均匀混合；
(1-2)将混合后的液体导入微通道反应器中反应，反应后得到的产物通入反应物储罐中。
进一步地，所述的四正丁基碘化铵乙醇溶液中，溶质四正丁基碘化铵的浓度为4-5mol/L；所述的碘乙醇溶液中，溶质碘的浓度为4-5mol/L。
进一步地，所述的四正丁基碘化铵乙醇溶液与碘乙醇溶液的体积流量比为(1-2):1。
进一步地，所述的四正丁基碘化铵乙醇溶液与碘乙醇溶液的体积流量比为(1.5-2):1。
进一步地，所述的微通道反应器中反应温度为75-90℃，反应保留时间为5-10h。
进一步地，所述的微通道反应器中反应温度为80℃，反应保留时间为8-10h。
进一步地，所述的微通道反应器的直径为1-2mm，体积为100-200ml。
进一步地，所述的微通道反应器的直径为1.5mm，体积为150ml。
进一步地，所述的步骤(2)的具体步骤为：将熔体冷却至室温，熔体凝结成块，再抽滤，用乙醇洗涤，得到产物四正丁基铵高聚碘。
与现有技术相比，本发明制备四正丁基铵高聚碘的方法原料常见，反应时间较短，并且反应过程由于微反的传质效应好，反应的的选择性和产率均优于之前的制备方法，反应对四正丁基铵高聚碘的产率高。
附图说明
图1为本发明合成装置路线图；
图中标号所示：第一料罐1、第二料罐2、微结构混合器11、微通道反应器22、反应物储罐3。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例中的微通道反应装置，如图1，包括存储的四正丁基碘化铵乙醇溶液的第一料罐1、存储碘乙醇溶液的第二料罐2、微结构混合器11、微通道反应器22和反应物储罐3。第一料罐1和第二料罐2分别于微结构混合器11相连，构成两个支路；微结构混合器11、微通道反应器22和反应物储罐3依次相连。
其中，微结构混合器11为slitplatemixer LH25(HastelloyC)；购自于EhrfeldMikrotechnik BTS GmbH，型号为0109-4-0004-F；
微通道反应器22为sandwich reactor HC，购自于EhrfeldMikrotechnik BTSGmbH，型号为0211-2-0314-F，直径为1.5mm，体积为150ml；
微通道反应器22中温度控制模块，购自于EhrfeldMikrotechnik BTS GmbH，型号为0501-2-1004-F。
一种四正丁基铵高聚碘的微通道制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)将四正丁基碘化铵乙醇溶液与碘乙醇溶液分别同时泵入微通道反应装置中，均匀混合、反应，得到含四正丁基铵高聚碘的黑色流动熔体；四正丁基碘化铵乙醇溶液中，溶质四正丁基碘化铵的浓度为4-5mol/L；碘乙醇溶液中，溶质碘的浓度为4-5mol/L；
(1-1)将第一料罐1中的四正丁基碘化铵乙醇溶液与第二料罐2中的碘乙醇溶液泵入微结构混合器11中，均匀混合；四正丁基碘化铵乙醇溶液与碘乙醇溶液的体积流量比为(1-2):1，优选(1.5-2):1；
(1-2)将混合后的液体导入微通道反应器22中反应，反应后得到的产物通入反应物储罐3中；微通道反应器22中反应温度为75-90℃，反应保留时间为5-10h，优选地，反应温度为80℃，反应保留时间为8-10h，反应式为：
n-Bu4NI+I2→n-Bu4NI5.4
(2)将熔体冷却至室温，熔体凝结成块，再抽滤，用乙醇洗涤，得到产物四正丁基铵高聚碘。
实施例1
在第一料罐1中配置的四正丁基碘化铵乙醇溶液，四正丁基碘化铵乙醇溶液，四正丁基碘化铵与乙醇的配比为1mol:200ml；在第二料罐2中配置碘的乙醇溶液，碘与乙醇的配比为1mol:250ml。等待泵入微结构混合器11中，进入微通道反应器22反应。
将第一料罐1与第二料罐2按照体积流量比不同的情况下泵入微通道反应器22中，在一定的温度下，保留一段时间，取微通道反应器22出来的反应液检测四正丁基铵高聚碘的产率和纯度，具体条件和结果可见表1。
实施例2-9与实施例1的不同之处仅在于，反应温度、保留时间、四正丁基碘化铵乙醇溶液与碘乙醇溶液的体积流量比，具体条件和结果，比如产物的转化率(即收率)可见表1。
表1
Figure BDA0003035524920000051
对比例1-9与相应的实施例1-9的不同之处仅在于，不使用微反应器的化学方法合成四正丁基铵高聚碘，具体条件和结果可见表2。
表2
Figure BDA0003035524920000052
Figure BDA0003035524920000061
与该专利使用微反应器相比，使用相同原料直接化学方法合成四正丁基铵高聚碘的产率普遍低于微反应器的情况，同时直接化学方法合成相较于微反应器不能实现工业上连续生产的要求，且使用微反应器制备吲哚更容易控制反应条件，使反应可以在恒定条件下稳定的、连续合成四正丁基铵高聚碘化合物，更加符合工业生产的需求。此外我们可以控制反应底物的流量进而达到工业生产中控制产品生产规模的控制。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种四正丁基铵高聚碘的微通道制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)将四正丁基碘化铵溶液与碘溶液分别同时泵入微通道反应装置中，均匀混合、反应，得到含四正丁基铵高聚碘的黑色流动熔体；
(2)将熔体冷却至室温，分离提纯、洗涤干燥后，得到产物四正丁基铵高聚碘。
2.根据权利要求1所述的一种四正丁基铵高聚碘的微通道制备方法，其特征在于，步骤(1)的具体步骤为：
(1-1)将第一料罐(1)中的四正丁基碘化铵乙醇溶液与第二料罐(2)中的碘乙醇溶液泵入微结构混合器(11)中，均匀混合；
(1-2)将混合后的液体导入微通道反应器(22)中反应，反应后得到的产物通入反应物储罐(3)中。
3.根据权利要求1所述的一种四正丁基铵高聚碘的微通道制备方法，其特征在于，所述的四正丁基碘化铵乙醇溶液中，溶质的浓度为4-5mol/L；所述的碘乙醇溶液中，溶质的浓度为4-5mol/L。
4.根据权利要求1所述的一种四正丁基铵高聚碘的微通道制备方法，其特征在于，所述的四正丁基碘化铵溶液与碘溶液的体积流量比为(1-2):1。
5.根据权利要求4所述的一种四正丁基铵高聚碘的微通道制备方法，其特征在于，所述的四正丁基碘化铵溶液与碘溶液的体积流量比为(1.5-2):1。
6.根据权利要求2所述的一种四正丁基铵高聚碘的微通道制备方法，其特征在于，所述的微通道反应器(22)中反应温度为75-90℃，反应保留时间为5-10h。
7.根据权利要求6所述的一种四正丁基铵高聚碘的微通道制备方法，其特征在于，所述的微通道反应器(22)中反应温度为80℃，反应保留时间为8-10h。
8.根据权利要求2所述的一种四正丁基铵高聚碘的微通道制备方法，其特征在于，所述的微通道反应器(22)的直径为1-2mm，体积为100-200ml。
9.根据权利要求8所述的一种四正丁基铵高聚碘的微通道制备方法，其特征在于，所述的微通道反应器(22)的直径为1.5mm，体积为150ml。
10.根据权利要求1所述的一种四正丁基铵高聚碘的微通道制备方法，其特征在于，所述的步骤(2)的具体步骤为：将熔体冷却至室温，熔体凝结成块，再抽滤，用乙醇洗涤，得到产物四正丁基铵高聚碘。
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Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
段希焱: "《有机合成反应及路线设计研究》", 30 September 2019, 中国原子能出版社 *
王渊: "高聚碘的制备、结构和性质及其在抗菌材料中的应用", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库（博士）工程科技I辑》 *

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