RU2774438C1 - Способ получения мелема - Google Patents

Способ получения мелема Download PDF

Info

Publication number
RU2774438C1
RU2774438C1 RU2021124045A RU2021124045A RU2774438C1 RU 2774438 C1 RU2774438 C1 RU 2774438C1 RU 2021124045 A RU2021124045 A RU 2021124045A RU 2021124045 A RU2021124045 A RU 2021124045A RU 2774438 C1 RU2774438 C1 RU 2774438C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
melem
melamine
thermolysis
hcl
yield
Prior art date
Application number
RU2021124045A
Other languages
English (en)
Inventor
Виталий Иванович Салдин
Василий Викторович Суховей
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН)
Application granted granted Critical
Publication of RU2774438C1 publication Critical patent/RU2774438C1/ru

Links

Abstract

Изобретение относится к химии меламина, конкретно к способу получения мелема C6H6N10 термолизом менее конденсированного C-N-H соединения. Способ характеризуется тем, что в качестве исходного соединения используют полугидрат гидрохлорида меламина С3Н6N6·HCl·0,5Н2О, а синтез проводят в герметичном реакторе в атмосфере азота при температуре 330-350°С в течение 8-10 ч. Предлагаемый способ позволяет получать мелем менее энергоемким способом и с высоким выходом. 2 з.п. ф-лы, 5 пр.

Description

Изобретение относится к химии меламина C3H6N6, а именно к способу получения одного из его производных, мелема C6H6N10, который может быть использован для синтеза термостойких смол, кремнийорганических соединений, "http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2/3528.html"\о "Химическая энциклопедия" с улучшенными физико-механическими свойствами, производства огнестойкого линолеума, огнезащитных вспучивающихся покрытий, прочных строительных растворов. Кроме того, мелем является исходным соединением для получения графитоподобного нитрида углерода g-C3N4, обладающего огромным потенциалом для использования в «зеленых технологиях».
Мелем (2,6,10-триамино-сим-гептазин) C6H6N10 является производным меламина C3H6N6. Образование мелема можно представить конденсацией двух молекул меламина с отщеплением аммиака в результате его термолиза согласно уравнению реакции:
2C3H6N6 = C6H6N10 + 2NH3 (1).
Известны способы получения мелема с помощью термической конденсации цианамида H2CN2, дицианамида (пат. SU №187770, опубл.20.10.1966), мочевины (пат. SU № 386943, 21.06.1973), циануровой кислоты (пат. SU №264388, опубл. 03.03.1970), гуанидина и его производных (Гальперин В.А., Карлик В.М. // Азот. пром., 1975, № 10, с. 32; пат. SU № 1775402, опубл. 15.11.1992).
Недостатками этих способов являются небольшой выход мелема, т.к. его синтез происходит в результате длинной цепочки превращений с образованием целого ряда побочных продуктов. Помимо этого, используемые в этих способах прекурсоры являются токсичными (цианамид, дицианамид), а также относительно дорогими.
Эти недостатки устраняются при использовании меламина, который является нетоксичным, относительно дешевым реагентом, выпускаемом в промышленном масштабе.
Известен способ получения мелема (пат. SU №956481, опубл. 07.09.1982) термолизом смеси мочевины с меламином в массовом соотношении 1:0,5-2,0 при 380-480°С и атмосферном давлении. Мелем с примесью 0,5% меламина получают в тигле. В конденсате образуется смесь меламина и его гидроксопроизводных: амелина, аммелида и циануровой кислоты. Выход продукта составляет 78-93% от теоретически рассчитанного.
Недостатком этого способа является использование мочевины и нерациональные потери исходных веществ в составе конденсата.
Известен способ получения мелема (пат. SU №1490122, опубл. 30.06.1989) пиролизом смеси меламина и дицианамида при 420-480°С в реакторе из хромникельмолибденовой стали.
Недостатком способа является использование токсичного дициандиамида, высокая температура реакции, а также наличие специфического оборудования.
Известен двухстадийный способ получения мелема пиролизом смеси меламина и мелема, с содержанием меламина 30-90% по весу при 370-400°С в течение 0,5-10 ч (з. JP №2001172282, опубл. 26.06.2001). Способ включает предварительное измельчение смеси меламина и мелема на мельнице до размера частиц 1-100 мкм. Затем исходную смесь отжигают в реакторе. В заявленном способе из-за выделения аммиака и паров меламина давление поднимается от атмосферного до 5 атм (0,5 МРа), так как пары меламина остаются в зоне реакции, а образующийся газообразный аммиак выводится за пределы реакционной системы. Высокоэффективной жидкостной хроматографией определено весовое соотношение мелем/мелам/меламин в продукте реакции равное 82,1 - 86,4/0,7 - 1,2/12,9 - 16,7.
Недостатками способа являются невысокий выход мелема, высокое давление паров в процессе реакции, а также необходимость использования предварительно полученного мелема.
Известен способ получения мелема пиролизом смеси меламина, мелема и мочевины при 450-550°С (пат. SU №1294806, опубл. 07.03.87).
К недостаткам относятся использование мочевины и мелема, высокая температура реакции.
Известен способ получения мелема пиролизом меламина (пат. CN №108276995, опубл. 22.10.2019). Для этого керамический тигель с навеской меламина помещают в центральную температурную зону трубчатой печи, подвергают обработке газовой промывкой при нормальном давлении и защите газообразным аргоном с нагревом до температуры 425°C со скоростью 10°C/мин и выдерживают при этой температуре 2 часа. После завершения процесса подачу газа прекращают, вынимают продукт, полученный после спекания, и измельчают. В результате получают мелем углеродно-азотный материал, представляющий собой наностержни и обладающий свойствами длительного послесвечения. Данные по выходу мелема не приводятся, однако, можно предположить, что он невысокий. Это связано с проведением пиролиза в открытой системе, что является недостатком предложенного способа.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является синтез мелема простой термической конденсацией меламина "file:///E:\\C-N-H\\Мелем\\Новая%20папка\\Melem%20%20A20metal-free%20unit%20for%20photocatalytic%20hydrogen%20evolution%20-%20ScienceDirect.htm", et al. «Melem: A metal-free unit for photocatalytic hydrogen evolution» // "https://www.sciencedirect.com/science/journal/03603199"\о"Go to International Journal of Hydrogen Energy on Science Direct", 2014, "https://www.sciencedirect.com/science/journal/03603199/39/25"\o"Go to table of contents for this volume/issue", рр. 13519-13526). Для этого 5 г меламина нагревают при 425°C в течение 4 часов в фарфоровом тигле с крышкой (полузакрытая система). Мелем получают в виде бело-бежевого порошка с выходом 2,85 г, что составляет 65,97%.
Недостатком описанного способа является высокая температура синтеза и относительно низкий выход мелема за счет использования полузакрытой системы.
В связи с этим, задачей заявляемого изобретения является получение мелема менее энергоемким способом и с высоким выходом целевого продукта.
Технический результат заявляемого изобретения достигают термолизом гидрохлорида меламина C3H6N6⋅HCl⋅0,5Н2О при 330-350°С в течение 8-10 ч в металлическом герметичном реакторе с последующей отмывкой продукта термолиза горячей водой от примесей и сушкой при 110°С.
Сущность изобретения состоит в том, что при нагревании до заявленных температур, происходит разложение гидрохлорида меламина согласно реакции:
C3H6N6⋅HCl = C3H6N6 + HCl (2).
Благодаря герметичности реактора меламин и HCl не покидают высокотемпературную зону. Одновременно с распадом соли начинается термическое разложение меламина до мелема согласно реакции 1. Присутствующий в замкнутом объеме HCl, взаимодействует с выделяющимся аммиаком с образованием хлорида аммония согласно уравнению реакции 3:
HCl + NH3 = NH4Cl (3).
Это сдвигает равновесие реакции 1 вправо и ускоряет образование мелема. При суммировании реакций 1-3 с приведенными коэффициентами получаем итоговое уравнение, описывающее образование мелема:
2C3H6N6⋅HCl = C6H6N10 + 2NH4Cl (4).
Далее реакционный продукт отмывают горячей водой (70-80°С) от побочного хорошо растворимого хлорида аммония и остаточного гидрохлорида меламина и сушат при 110°С. При этом потери мелема незначительны, т.к. он практически не растворим в воде. Выход мелема от теоретического, рассчитанного по реакции 4, составляет 94,4-98,0%.
Оптимальная температура синтеза составляет 330-350°С. При меньшей температуре скорость реакции конденсации меламина падает и для достижения более высокого выхода мелема необходимо значительно увеличивать время отжига. При более высокой температуре хлорид аммония начинает диссоциировать на NH3 и HCl, что вызывает увеличение парциального давления аммиака и замедление реакции 1, а в крайнем случае приводит к обратимому амминированию мелема до меламина.
Оптимальное время термолиза 8-10 ч. При меньшем времени выход мелема падает. При большем времени выход мелема существенно не увеличивается, что приводит к нерациональным энергозатратам.
Получение мелема заявляемым способом подтверждено диффенциально-сканирующей спектроскопией, термогравиметрией, рентгенофазовым анализом, ИК-спектроскопией.
Анализ мелема на углерод вели методом ИК-детектирования, а на азот - методом хемилюминисцентного детектирования на анализаторе общего органического углерода TOC-V с приставкой TNM-1 (Shimadzu. Япония).
Рентгенограммы продуктов термолиза, полученные на дифрактометре ДРОН - 3 и D8 ADVANCE по методу Брегг-Брентано (λCuKα), не содержат отражений исходного гидрохлорида меламина или меламина. Найденные отражения относятся к мелему и хлориду аммония, отражения которого отсутствуют в отмытом мелеме.
Заявляемое изобретение подтверждается следующими примерами.
Пример 1. 5,1628 г (30,08 ммоль) C3H6N6⋅HCl⋅0,5Н2О предварительно обезвоживают при 200°С в течение 1 ч и загружают в медный автоклав, после чего откачивают из него воздух, заполняют азотом, нагревают его до 330°С, перекрывая выход летучих продуктов и выдерживают при этой температуре 10 часов. После остывания автоклава из него извлекают светлый реакционный продукт, промывают его 3 порциями по 50 мл горячей воды (70-80°С), фильтруют и сушат при 120°С до постоянного веса. Получают 3,0987 г (14,20 ммоль) целевого продукта, что составляет 94,4% от теоретически рассчитанного по уравнению 4.
Вычислено для C6H6N10, вес.%: С - 33,0, N - 64,2.
Найдено для C6H6N10, вес.%: С - 32,5, N - 64,7.
Пример 2. 5,0356 г (29,34 ммоль) C3H6N6⋅HCl⋅0,5Н2О подвергают термолизу, как подробно приведено в примере 1, при 340°С в течение 10 ч. Получают 3,0725 г (14,08 ммоль) мелема, что соответствует 96,0%-ному выходу.
Вычислено для C6H6N10, вес.%: С - 33,0, N - 64,2.
Найдено для C6H6N10, вес.%: С - 33,4, N - 64,4.
Пример 3. 5,2310 г (30,48 ммоль) C3H6N6⋅HCl⋅0,5Н2О подвергают термолизу, как подробно приведено в примере 1, при 350°С в течение 8 ч. Получают 3,2253 г (14,78 ммоль) мелема, что соответствует 97,0%-ному выходу.
Вычислено для C6H6N10, вес.%: С - 33,0, N - 64,2.
Найдено для C6H6N10, вес.%: С - 32,7, N - 64,0.
Пример 4. 5,2070 г (30,34 ммоль) C3H6N6⋅HCl⋅0,5Н2О подвергают термолизу, как подробно приведено в примере 1, при 350°С в течение 10 ч. Получают 3,2450 г (14,87 ммоль) мелема, что соответствует 98,0%-ному выходу.
Вычислено для C6H6N10, вес.%: С - 33,0, N - 64,2.
Найдено для C6H6N10, вес.%: С - 33,6, N - 61,6.
Пример 5. 5,1984 г (30,30 ммоль) C3H6N6⋅HCl⋅0,5Н2О подвергают термолизу, как подробно приведено в примере 1, при 320°С в течение 14 ч. Получают 2,9918 г (13,71 ммоль) мелема, что соответствует 90,05%-ному выходу.
Вычислено для C6H6N10, вес.%: С - 33,0, N - 64,2.
Найдено для C6H6N10, вес.%: С - 33,3, N - 64,0.
Примеры 1-4 соответствуют оптимальным условиям термолиза. При повышении температуры от 330 до 350°С выход мелема немного возрастает. В примере 3 выход мелема выше, хотя время термолиза по сравнению с примерами 1 и 2 меньше. При этом увеличение времени термолиза при 350°С до 10 ч (пример 4) не приводит к заметному повышению выхода мелема. Из примера 5 (320°С, 14 ч) видно, что при температуре ниже оптимальной выход мелема заметно падает и повысить его не удается даже при увеличенном времени термолиза.

Claims (3)

1. Способ получения мелема С6Н6N10 термолизом менее конденсированного C-N-H соединения, отличающийся тем, что в качестве исходного соединения используют полугидрат гидрохлорида меламина С3Н6N6·HCl·0,5Н2О, а синтез проводят в герметичном реакторе в атмосфере азота при температуре 330-350°С в течение 8-10 ч.
2. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что термолиз ведут в медном автоклаве.
3. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что для выделения целевых соединений продукт термолиза обрабатывают горячей водой, отделяют осадок, промывают его водой до полного удаления растворимых примесей и сушат при 120°С.
RU2021124045A 2021-08-13 Способ получения мелема RU2774438C1 (ru)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2774438C1 true RU2774438C1 (ru) 2022-06-21

Family

ID=

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1685939A1 (ru) * 1989-09-25 1991-10-23 Дзержинский филиал Государственного научно-исследовательского и проектного института азотной промышленности и продуктов органического синтеза Способ получени мелема

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1685939A1 (ru) * 1989-09-25 1991-10-23 Дзержинский филиал Государственного научно-исследовательского и проектного института азотной промышленности и продуктов органического синтеза Способ получени мелема

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
B. JURGENS ET AL, Melem (2,5,8-Triamino-tri-s-triazine), an Important Intermediate during Condensation of Melamine Rings to Graphitic Carbon Nitride: Synthesis, Structure Determination by X-ray Powder Diffractometry, Solid-State NMR, and Theoretical Studies, J. AM. CHEM. SOC., 2003, 125, pp. 10288-10300. S. CHU ET AL., Melem: A metal-free unit for photocatalytic hydrogen evolution, INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY, 2014, Vol. 39, pp. 13519-13526. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US2566231A (en) Preparation of melamine
RU2301704C2 (ru) Способ получения катализатора никель/фосфорсодержащего лиганд для гидроцианирования
PL185494B1 (pl) Sposób wytwarzania melaminy
Sangeetha et al. Spectral and thermal degradation of melamine cyanurate
EA000931B1 (ru) Способ получения высокочистого меламина
CA2177520A1 (en) Method for increasing purity in melamine
JPS61287930A (ja) ポリシラザンの製造方法
RU2774438C1 (ru) Способ получения мелема
WO2020193617A1 (en) Impact of trace elements in the grignard reaction
US2712491A (en) Preparation of ammonium cyanate from urea
JPH10511369A (ja) メラミンの精製法
US2396193A (en) Preparation of melamine
Podsiadło Stages of the synthesis of gallium nitride with the use of urea
Schmidt et al. New directions in carbonitride research: synthesis of resin-like dense-packed C 3 N 4 using a hydrogen-free precursor
Podsiadło Stages of the synthesis of indium nitride with the use of urea
Zhan et al. Catalytic hydrolysis of s-triazine compounds over Al2O3
Belsky et al. Reactions of cyanamide, dicyandiamide and related cyclic azines in high temperature water
JPS611654A (ja) ヒドラゾジカーボンアミドの製造方法
US3300493A (en) Production of melamine
US2698344A (en) Process for the production of guanidine sulfamate
Pouget et al. Reaction study of aluminium chloride with ammonia and mechanisms leading to aluminium nitride
US2838512A (en) Preparation of cyanuric chloride
US20210238047A1 (en) Conversion of Ammonium Nitrate Into Useful Products
US3166390A (en) Method of making hcno
US2571911A (en) Preparation of guanidine salts