CN117964656A - 一种高纯度固体氨基三亚甲基膦酸的制备方法及活性炭-壳聚糖复合物 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高纯度固体氨基三亚甲基膦酸的制备方法及活性炭‑壳聚糖复合物。氯化铵和亚磷酸混合,升温至65~75℃,滴入甲醛水溶液,升温至95~105℃反应;降温至40~60℃,加入活性炭‑壳聚糖复合物,搅拌,待分层后过滤去除活性炭‑壳聚糖复合物;反应液冷却、过滤、烘干得高纯度固体氨基三亚甲基膦酸。羧基化的活性炭和壳聚糖的溶液,在0~20℃下加入N,N'‑二环己基碳二亚胺反应,反应后固液分离,干燥,浸渍在碱性溶液中,过滤、低温干燥,在80~120℃下热处理得活性炭‑壳聚糖复合物。活性炭‑壳聚糖复合物能够去除反应液中的氯化铵、亚磷酸等杂质,得到了纯度较高的氨基三亚甲基膦酸固体,满足工业生产的要求。
Description
技术领域
本发明属于化工合成技术领域,具体涉及一种高纯度固体氨基三亚甲基膦酸的制备方法及活性炭-壳聚糖复合物。
背景技术
氨基三亚甲基膦酸是一种化学物质,分子式为C3H12NO9P3。其通常拥有较好的螯合、低限抑制及晶格畸变作用。能够阻止水中成垢盐类形成水垢,特别是碳酸钙垢的形成。ATMP在水中的化学性质稳定,不容易发生水解。在水中浓度较高时,有良好的缓蚀效果。
在氨基三亚甲基膦酸的合成制备方法中,最为常用的方法就是把氯化铵和亚磷酸进行混合,然后将甲醛溶液滴入进行反应。然而,这种反应完成之后,溶液中会存在有较多的氯化铵和亚磷酸残留物,出去这些物质的难度较大,需要反复地通过柱层析的方式实现分离,这样就降低了生产效率。通常,在这种氨基三亚甲基膦酸的工业合成中,得到的最终产品的纯度需要达到85%以上才能称为纯度较高的固体物,这样的固体物才符合要求,并且方便后续的进一步精制过程。
发明内容
针对现有技术合成的氨基三亚甲基膦酸的纯度低、氯化铵和亚磷酸残留物难以去除的问题,本发明提供了一种高纯度固体氨基三亚甲基膦酸的制备方法及活性炭-壳聚糖复合物,能够快速去除氨基三亚甲基膦酸制备合成中的杂质,提高氨基三亚甲基膦的纯度。
本发明通过以下技术方案实现:
一种高纯度固体氨基三亚甲基膦酸的制备方法,包括以下步骤:
(1)将氯化铵和亚磷酸混合,升温至65~75℃,滴入甲醛水溶液,甲醛水溶液加入完毕后,升温至95~105℃,反应2~3h;
(2)步骤(1)反应结束后,降温至40~60℃,加入活性炭-壳聚糖复合物,搅拌状态下持续3-5h,以进行杂质净化,停止搅拌,分层后过滤去除活性炭-壳聚糖复合物;
(3)冷却至氨基三亚甲基膦酸析出,经过滤、烘干得高纯度固体氨基三亚甲基膦酸。
进一步地,步骤(2)中所述的活性炭-壳聚糖复合物的制备方法为:将羧基化的活性炭和壳聚糖的溶液,在0~20℃条件下,加入N,N'-二环己基碳二亚胺反应3-6h,反应结束后固液分离,固体干燥得活性炭-壳聚糖复合物。
进一步地,所述的羧基化的活性炭的制备方法为,将活性炭置于浓硝酸中搅拌反应1~2h,浓硝酸用量是活性炭的体积的5-20倍,反应结束后固液分离,固体干燥得羧基化的活性炭。
进一步地,羧基化的活性炭和壳聚糖的质量比为3~5:1,N,N'-二环己基碳二亚胺的加入量为羧基化的活性炭和壳聚糖质量的0.5~3%。
进一步地,所述的活性炭-壳聚糖复合物的制备方法还包括,将干燥后得到的活性炭-壳聚糖复合物浸渍在碱性溶液中1-4h,浸渍后过滤、低温干燥,然后在80~120℃条件下进行热处理1-2h。
进一步地,所述的碱性溶液为0.01~1.0mol/L的氢氧化钠或氢氧化钾溶液;所述的低温干燥的温度低于60℃,以避免过高温度对活性炭结构影响。
进一步地,步骤(1)中所述的氯化铵、亚磷酸和甲醛的摩尔比为1:3~5:4~7。
进一步地,步骤(2)中所述的活性炭-壳聚糖复合物的与反应液的体积比为1-10:100。
本发明中,还公开了一种活性炭-壳聚糖复合物,通过以下方法制备:
1)将羧基化的活性炭和壳聚糖的溶液,在0~20℃条件下,加入N,N'-二环己基碳二亚胺反应3-6h,反应结束后固液分离,固体干燥;
2)步骤1)干燥后的固体浸渍在碱性溶液中1-4h,浸渍后过滤、低温干燥,然后在80~120℃条件下进行热处理1-2h,得活性炭-壳聚糖复合物。
进一步地,步骤1)中羧基化的活性炭和壳聚糖的质量比为3~5:1,N,N'-二环己基碳二亚胺的加入量为羧基化的活性炭和壳聚糖质量的0.5~3%;步骤2)中所述的碱性溶液为0.01~1.0mol/L的氢氧化钠或氢氧化钾溶液;所述的低温干燥的温度低于60℃。
本发明取得的有益效果为:
本发明在高纯度氨基三亚甲基膦酸的合成步骤中,加入了专门的净化步骤,即加入制备得到的活性炭-壳聚糖复合物,这种复合物融合了活性炭和壳聚糖各自的吸附优势,能够很好地去除溶液中氯化铵、亚磷酸以及一些副产物杂质,并且两者通过化学键进行了结合,性质非常稳定,吸附杂质之后通过过滤作用能实现快速分离,省去了大量的传统的杂质分离步骤,得到了相对纯度高的氨基三亚甲基膦酸固体,满足了工业生产的要求;
本发明中的活性炭-壳聚糖复合物通过碱性溶液的浸渍,得到碱性化的活性炭-壳聚糖复合物,其可以有效地吸附酸性物质、重金属离子和有机物等。此外,碱性活性炭的孔隙结构也有利于吸附物质的吸附,因为孔隙结构可以提供更多的吸附位点和表面积,增加吸附能力;
本发明中,原活性炭-壳聚糖复合物是呈酸性的,而氨基三亚甲基膦酸的制备溶液也是酸性的,因此经过碱性处理之后,使得活性炭-壳聚糖复合物在溶液中的吸附性能增强。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步的说明,但并不局限于此,凡是对本发明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,均应涵盖在本发明的保护范围中。
实施例1
活性炭-壳聚糖复合物的制备:
(1)将活性炭置于浓硝酸中搅拌反应1h,浓硝酸用量是活性炭的体积的5倍,反应结束后水洗、固液分离,固体干燥得羧基化的活性炭;
(2)将羧基化的活性炭和壳聚糖溶于二甲基亚砜溶液中(羧基化的活性炭和壳聚糖的质量比为3:1),在0℃条件下,加入羧基化的活性炭和壳聚糖质量1%的N,N'-二环己基碳二亚胺反应6h,反应结束后固液分离,固体干燥得活性炭-壳聚糖复合物。
高纯度固体氨基三亚甲基膦酸的制备:
(1)将氯化铵和亚磷酸混合,升温至70℃,滴入甲醛水溶液,甲醛水溶液加入完毕后,升温至105℃,反应3h;氯化铵、亚磷酸、甲醛和水的摩尔比为1:3:4:25;
(2)步骤(1)反应结束后,反应液降温至40℃,加入上述方法制备的活性炭-壳聚糖复合物,加入的活性炭-壳聚糖复合物的体积为反应液体积的5%,搅拌状态下持续5h,停止搅拌,分层后过滤去除活性炭-壳聚糖复合物;
(3)冷却至0℃以下,氨基三亚甲基膦酸析出,经过滤、烘干得高纯度固体氨基三亚甲基膦酸。
实施例2
活性炭-壳聚糖复合物的制备:
(1)将活性炭置于浓硝酸中搅拌反应1h,浓硝酸用量是活性炭的体积的20倍,反应结束后水洗、固液分离,固体干燥得羧基化的活性炭;
(2)将羧基化的活性炭和壳聚糖溶于二甲基亚砜溶液中(羧基化的活性炭和壳聚糖的质量比为4:1),在20℃条件下,加入羧基化的活性炭和壳聚糖质量1%的N,N'-二环己基碳二亚胺反应3h,反应结束后固液分离,固体干燥得活性炭-壳聚糖复合物。
高纯度固体氨基三亚甲基膦酸的制备:
(1)将氯化铵和亚磷酸混合,升温至75℃,滴入甲醛水溶液,甲醛水溶液加入完毕后,升温至105℃,反应3h;氯化铵、亚磷酸、甲醛和水的摩尔比为1:4:5:20;
(2)步骤(1)反应结束后,反应液降温至40℃,加入上述方法制备的活性炭-壳聚糖复合物,加入的活性炭-壳聚糖复合物的体积为反应液体积的5%,搅拌状态下持续5h,停止搅拌,分层后过滤去除活性炭-壳聚糖复合物;
(3)冷却至0℃以下,氨基三亚甲基膦酸析出,经过滤、烘干得高纯度固体氨基三亚甲基膦酸。
实施例3
活性炭-壳聚糖复合物的制备:
(1)将活性炭置于浓硝酸中搅拌反应1h,浓硝酸用量是活性炭的体积的10倍,反应结束后水洗、固液分离,固体干燥得羧基化的活性炭;
(2)将羧基化的活性炭和壳聚糖溶于二甲基亚砜溶液中(羧基化的活性炭和壳聚糖的质量比为3:1),在10℃条件下,加入羧基化的活性炭和壳聚糖质量1%的N,N'-二环己基碳二亚胺反应5h,反应结束后固液分离,固体干燥;
(3)步骤(2)干燥后的固体浸渍在浓度为0.01 mol/L的氢氧化钠碱性溶液中2h,确保活性炭-壳聚糖复合物搅拌下充分吸收碱性溶液,浸渍后过滤、40℃低温干燥(以避免过高温度对活性炭结构影响),然后在110℃条件下进行热处理1h,得活性炭-壳聚糖复合物。
高纯度固体氨基三亚甲基膦酸的制备:
高纯度固体氨基三亚甲基膦酸的制备方法与实施例1相比,加入的活性炭-壳聚糖复合物(加入的是本实施例制备的活性炭-壳聚糖复合物),其余步骤与实施例1相同。
实施例4
活性炭-壳聚糖复合物的制备:
(1)将活性炭置于浓硝酸中搅拌反应1h,浓硝酸用量是活性炭的体积的10倍,反应结束后水洗、固液分离,固体干燥得羧基化的活性炭;
(2)将羧基化的活性炭和壳聚糖溶于二甲基亚砜溶液中(羧基化的活性炭和壳聚糖的质量比为3:1),在20℃条件下,加入羧基化的活性炭和壳聚糖质量1%的N,N'-二环己基碳二亚胺反应6h,反应结束后固液分离,固体干燥;
(3)步骤(2)干燥后的固体浸渍在浓度为0. 1 mol/L的氢氧化钠碱性溶液中4h,确保活性炭-壳聚糖复合物搅拌下充分吸收碱性溶液,浸渍后过滤、50℃低温干燥(以避免过高温度对活性炭结构影响),然后在120℃条件下进行热处理2h,得活性炭-壳聚糖复合物。
高纯度固体氨基三亚甲基膦酸的制备:
高纯度固体氨基三亚甲基膦酸的制备方法与实施例1相比,加入的活性炭-壳聚糖复合物(加入的是本实施例制备的活性炭-壳聚糖复合物),其余步骤与实施例1相同。
对比例1
固体氨基三亚甲基膦酸的制备:
(1)将氯化铵和亚磷酸混合,升温至70℃,滴入甲醛水溶液,甲醛水溶液加入完毕后,升温至105℃,反应3h;氯化铵、亚磷酸、甲醛和水的摩尔比为1:3:4:25;
(2)步骤(1)反应结束后冷却至0℃以下,氨基三亚甲基膦酸析出,经过滤、烘干得固体氨基三亚甲基膦酸。
对比例2
固体氨基三亚甲基膦酸的制备:
(1)将氯化铵和亚磷酸混合,升温至70℃,滴入甲醛水溶液,甲醛水溶液加入完毕后,升温至105℃,反应3h;氯化铵、亚磷酸、甲醛和水的摩尔比为1:3:4:25;
(2)步骤(1)反应结束后,反应液降温至40℃,加入活性炭,活性炭占反应液的体积比为5%,搅拌状态下持续5h,停止搅拌,分层后过滤去除活性炭-壳聚糖复合物;
(3)冷却至0℃以下,氨基三亚甲基膦酸析出,经过滤、烘干得固体氨基三亚甲基膦酸。
试验例
对实施例1~4和对比例1~2中得到的固体氨基三亚甲基膦酸的纯度进行分析,结果如下表1所示:
实施例1和实施例2中得到的高纯度固体氨基三亚甲基膦酸的纯度分别为82.6%和84.0%,这明显优于对比例1和2的组分含量,对比例1和2的组分是没有采用本发明制备的活性炭-壳聚糖复合物净化的。另外,氯化铵和亚磷酸的残留含量也得到了明显降低,副产物的含量也减少,这样都使得产物纯度得到了提高,并且该净化过程实现了快速净化和快速分离的目的,提高了生产效率,有利于工业生产的进行。
另外,在实施例3和4中,采用了碱性处理后的活性炭-壳聚糖复合物,使得纯度进一步提高,分别达到了89.8%和88.7%,副产物等进一步减少。
Claims (10)
1.一种高纯度固体氨基三亚甲基膦酸的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将氯化铵和亚磷酸混合,升温至65~75℃,滴入甲醛水溶液,甲醛水溶液加入完毕后,升温至95~105℃,反应2~3h;
(2)步骤(1)反应结束后,降温至40~60℃,加入活性炭-壳聚糖复合物,搅拌状态下持续3-5h,停止搅拌,分层后过滤去除活性炭-壳聚糖复合物;
(3)冷却至氨基三亚甲基膦酸析出,经过滤、烘干得高纯度固体氨基三亚甲基膦酸。
2.根据权利要求1所述的高纯度固体氨基三亚甲基膦酸的制备方法,其特征在于,步骤(2)中所述的活性炭-壳聚糖复合物的制备方法为:将羧基化的活性炭和壳聚糖的溶液,在0~20℃条件下,加入N,N'-二环己基碳二亚胺反应3-6h,反应结束后固液分离,固体干燥得活性炭-壳聚糖复合物。
3.根据权利要求2所述的高纯度固体氨基三亚甲基膦酸的制备方法,其特征在于,所述的羧基化的活性炭的制备方法为,将活性炭置于浓硝酸中搅拌反应1~2h,浓硝酸用量是活性炭的体积的5-20倍,反应结束后固液分离,固体干燥得羧基化的活性炭。
4.根据权利要求2所述的高纯度固体氨基三亚甲基膦酸的制备方法,其特征在于,羧基化的活性炭和壳聚糖的质量比为3~5:1,N,N'-二环己基碳二亚胺的加入量为羧基化的活性炭和壳聚糖质量的0.5~3%。
5.根据权利要求2所述的高纯度固体氨基三亚甲基膦酸的制备方法,其特征在于,所述的活性炭-壳聚糖复合物的制备方法还包括,将干燥后得到的活性炭-壳聚糖复合物浸渍在碱性溶液中1-4h,浸渍后过滤、低温干燥,然后在80~120℃条件下进行热处理1-2h。
6.根据权利要求5所述的高纯度固体氨基三亚甲基膦酸的制备方法,其特征在于,所述的碱性溶液为0.01~1.0mol/L的氢氧化钠或氢氧化钾溶液;所述的低温干燥的温度低于60℃。
7.根据权利要求1所述的高纯度固体氨基三亚甲基膦酸的制备方法,其特征在于,步骤(1)中所述的氯化铵、亚磷酸和甲醛的摩尔比为1:3~5:4~7。
8.根据权利要求1所述的高纯度固体氨基三亚甲基膦酸的制备方法,其特征在于,步骤(2)中所述的活性炭-壳聚糖复合物的与反应液的体积比为1-10:100。
9.一种活性炭-壳聚糖复合物,其特征在于,通过以下方法制备:
1)将羧基化的活性炭和壳聚糖的溶液,在0~20℃条件下,加入N,N'-二环己基碳二亚胺反应3-6h,反应结束后固液分离,固体干燥;
2)步骤1)干燥后的固体浸渍在碱性溶液中1-4h,浸渍后过滤、低温干燥,然后在80~120℃条件下进行热处理1-2h,得活性炭-壳聚糖复合物。
10.根据权利要求9所述的活性炭-壳聚糖复合物,其特征在于,步骤1)中羧基化的活性炭和壳聚糖的质量比为3~5:1,N,N'-二环己基碳二亚胺的加入量为羧基化的活性炭和壳聚糖质量的0.5~3%;步骤2)中所述的碱性溶液为0.01~1.0mol/L的氢氧化钠或氢氧化钾溶液;所述的低温干燥的温度低于60℃。
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2023
- 2023-12-29 CN CN202311846693.1A patent/CN117964656A/zh active Pending
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