專利名稱：甲基磺酰氟CH₃SO₂F電化學(xué)氟化制備三氟甲基磺酰氟CF₃SO₂F的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備三氟甲基磺酰氟CF3S02F的方法，特別涉及一種甲基磺酰氟 CH3S02F電化學(xué)氟化制備三氟甲基磺酰氟CF3S02F的方法，屬于精細(xì)化工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
甲基磺酰氟CH3S02F是在無水HF中直接進(jìn)行電化學(xué)氟化反應(yīng)生成三氟甲基磺酰氟 CF^(^F，三氟甲基磺酰氟CF3S02F是合成離子液體、氟表面活性劑和鋰離子電解質(zhì)等的重要 原料，具有廣泛的應(yīng)用前景，開發(fā)制備三氟甲基磺酰氟CF3S02F的新工藝方法和關(guān)鍵技術(shù)是 構(gòu)筑功能型、精細(xì)型、高效率精細(xì)氟化工產(chǎn)品的重要研發(fā)領(lǐng)域。 目前，甲基磺酰氟CH3S02F電化學(xué)氟化制備三氟甲基磺酰氟CF3S02F的方法，是將甲 基磺酰氟CH3S02F制備出三氟甲基磺酰氟CF3S02F。由于在CH3S02F電化學(xué)氟化過程中，H20 的含量對(duì)電化學(xué)氟化反應(yīng)器的電流效率、反應(yīng)產(chǎn)物的選擇性以及電化學(xué)氟化過程操作安全 性有重要的影響。通常在氟化氫HF和CH3S02F中含有一定量的水分，因此目前的這種制備 方法存在著如下缺陷由于直接進(jìn)入電化學(xué)氟化反應(yīng)器中，這不僅會(huì)降低電化學(xué)氟化產(chǎn)物 的電流效率；同時(shí)因H20在電化學(xué)氟化過程中產(chǎn)生0F2等強(qiáng)氧化性副產(chǎn)物，導(dǎo)致產(chǎn)物的分離 精制困難和設(shè)備的腐蝕，以及操作過程中存在安全性隱患。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種制備方法簡單、能提高電化學(xué)氟 化產(chǎn)物的電流效率、提高氟化反應(yīng)操作過程安全性的甲基磺酰氟CH3S02F電化學(xué)氟化制備 三氟甲基磺酰氟CF3S02F的方法。 實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是一種甲基磺酰氟CH^(^F電化學(xué)氟化制備三氟甲基 磺酰氟CF3S02F的方法，是以甲基磺酰氟CH3S02F為原料進(jìn)行電化學(xué)氟化反應(yīng)，所述方法步驟 如下 (1)電化學(xué)法脫除氟化氫HF中的水在電化學(xué)反應(yīng)器1中，加入氟化氫HF進(jìn)行電 化學(xué)脫水反應(yīng)，脫除氟化氫HF的水，經(jīng)脫水后的無水氟化氫HF作為第三步CH3S02F氟化反 應(yīng)的反應(yīng)物和電解液的溶劑； (2)電化學(xué)法脫除甲基磺酰氟CH3S02F中的水在電化學(xué)反應(yīng)器2中進(jìn)行電化學(xué)脫 水反應(yīng)，脫除甲基磺酰氟CH3S02F中的水，經(jīng)脫水后的無水CH3S02F作為第三步電化學(xué)氟化反 應(yīng)的反應(yīng)原料； (3)甲基磺酰氟CH3S02F的電化學(xué)氟化反應(yīng)將第一步得到的無水HF和第二步得 到的無水甲基磺酰氟CH^02F，在電化學(xué)反應(yīng)器3中進(jìn)行電化學(xué)氟化反應(yīng)，電化學(xué)反應(yīng)器3的 氣相出口為三氟甲基磺酰氟CF^02F、氫氣H2以及因HF的揮發(fā)組成的混合物。
進(jìn)一步，第一步電化學(xué)反應(yīng)器1是固定床反應(yīng)器或平板型電化學(xué)反應(yīng)器，電化學(xué) 反應(yīng)器1操作電壓為4. OV 8. 2V，操作溫度為-10°C l(TC，操作絕對(duì)壓力為0. IMPa
31. 0MPa。 進(jìn)一步，第二步電化學(xué)反應(yīng)器2是固定床反應(yīng)器或平板型電化學(xué)反應(yīng)器，電化學(xué) 反應(yīng)器2操作電壓為4. 0V 8. 2V，操作溫度為0°C 4(TC，操作絕對(duì)壓力為0. lMPa 1. 0MPa。 進(jìn)一步，所述的第三步電化學(xué)反應(yīng)器3是平板型電化學(xué)反應(yīng)器或固定床電化學(xué)反 應(yīng)器，所述的電化學(xué)反應(yīng)器3中CH^02F在HF中的重量百分濃度為5% 45%，電化學(xué)反應(yīng) 器3的表觀操作電流密度為5mA/cm2 30mA/cm2，操作溫度為(TC 3(TC，操作絕對(duì)壓力為 0. lMPa 1. 0MPa。 進(jìn)一步，所述的電化學(xué)反應(yīng)器l、2和3的陽極材料是Ni、Ni-Co、Ni-Fe或Ni-Co-Fe 合金中的任意一種，陰極材料是Ni、Ni-Co、Ni-Fe、Ni-Co-Fe合金、純Fe或低碳鋼材料中的 任意一種。 進(jìn)一步，所述的固定床電化學(xué)反應(yīng)器床層的填充材料是金屬絲、金屬粉或多孔材 料中的任意一種作為電化學(xué)反應(yīng)的電極。 采用上述技術(shù)方案的好處是本發(fā)明是在進(jìn)行電化學(xué)氟化前增加電化學(xué)除水裝 置，先進(jìn)行電化學(xué)脫水，在原料進(jìn)入電化學(xué)氟化前充分脫水，使電化學(xué)氟化過程中產(chǎn)生的 0F2能及早除去，這不僅提高了電化學(xué)氟化產(chǎn)物的電流效率，使電化學(xué)氟化過程的產(chǎn)物選擇 性的提高，同時(shí)也確保了電化學(xué)氟化反應(yīng)過程的安全可靠性大大提高，同時(shí)為CH3S02F電化 學(xué)氟化產(chǎn)物的分離精制提供了有利的條件，為過程工業(yè)化提供了條件，本發(fā)明制備方法簡 單，制備方便，過程安全可靠。


附圖為本發(fā)明的工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式
主要工藝設(shè)備為脫除HF中水的電化學(xué)反應(yīng)器1、脫除甲基磺酰氟CH3S02F中水的 電化學(xué)反應(yīng)器2和甲基磺酰氟CH3S02F的電化學(xué)氟化反應(yīng)器3等。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
實(shí)施例一 如圖所示，一種甲基磺酰氟CH3S02F電化學(xué)氟化制備三氟甲基磺酰氟CF3S02F的方 法，所述方法步驟如下 (1)電化學(xué)法脫除氟化氫HF中的水在陽極材料為Ni絲，陰極材料為Ni板，陰極 和陽極距離為2mm組成的平板型電化學(xué)反應(yīng)器1中加入氟化氫HF，電化學(xué)反應(yīng)器1操作電 壓為4. 0V 8. 2V，電化反應(yīng)操作溫度為-10。C l(TC，操作絕對(duì)壓力為O. lMPa 1. 0MPa進(jìn) 行電化學(xué)脫水反應(yīng)，當(dāng)電化反應(yīng)的操作電壓達(dá)到8. 2V，表觀操作電流密度《1. 0mA/cm2時(shí)， 表明脫水反應(yīng)基本完成，經(jīng)脫水后的無水HF作為第三步CH3S02F氟化反應(yīng)的反應(yīng)物和電解 液的溶劑； (2)電化學(xué)法脫除甲基磺酰氟CH3S02F中的水在陽極材料為Ni絲，陰極材料為 Ni板，陰極和陽極距離為2mm組成的平板型電化學(xué)反應(yīng)器2中加入甲基磺酰氟CH3S02F，電 化學(xué)反應(yīng)器2操作電壓為4. 0V 8. 2V，電化反應(yīng)操作溫度為0°C 4(TC，操作絕對(duì)壓力為0. IMPa 1. OMPa進(jìn)行電化學(xué)脫水反應(yīng)，當(dāng)電化反應(yīng)的操作電壓達(dá)到8. 2V，表觀操作電流 密度《1. 0mA/cm2時(shí)，表明脫水反應(yīng)基本完成，經(jīng)脫水后的甲基磺酰氟CH3S02F作為第三步 CH3S02F電化學(xué)氟化反應(yīng)的反應(yīng)原料； (3)甲基磺酰氟CH3S02F的電化學(xué)氟化反應(yīng)將第一步得到的無水HF和第二步得 到的無水甲基磺酰氟(:貼0^，在陽極材料為Ni絲，陰極材料為Ni板，陰極和陽極距離為 2mm組成的平板型電化學(xué)反應(yīng)器3中進(jìn)行電化學(xué)氟化反應(yīng)，電化學(xué)氟化反應(yīng)的操作條件是 CH^02F在HF中的重量百分濃度為5% 45%，電化學(xué)反應(yīng)器的表觀操作電流密度為10mA/ cm2 30mA/cm2，電化學(xué)反應(yīng)器3的操作電壓為4. 2V 6. 8V，操作溫度為0°C 30。C，操作 絕對(duì)壓力為0. IMPa 1. OMPa，電化學(xué)反應(yīng)器3的氣相出口為三氟甲基磺酰氟CF3S02F和氫 氣H2以及因HF的揮發(fā)組成的混合物，進(jìn)一步分離精制或進(jìn)一步衍生化處理得到三氟甲基 磺酰氟CF3S02F或三氟甲基磺酰氟CF3S02F的衍生化產(chǎn)物、副產(chǎn)物氫氣H2以及回收利用HF。
實(shí)施例二 如圖所示，一種甲基磺酰氟CH3S02F電化學(xué)氟化制備三氟甲基磺酰氟CF3S02F的方 法，所述方法步驟如下 (1)電化學(xué)法脫除氟化氫HF中的水在陽極材料為Ni板，陰極材料為Ni板，陰極 和陽極距離為8mm組成的固定床電化學(xué)反應(yīng)器1中加入氟化氫HF，電化學(xué)反應(yīng)器1操作電 壓為4. 0V 8. 2V，電化反應(yīng)操作溫度為-10。C l(TC，操作絕對(duì)壓力為O. IMPa 1. OMPa進(jìn) 行電化學(xué)脫水反應(yīng)，當(dāng)電化反應(yīng)的操作電壓達(dá)到8. 2V，表觀操作電流密度《2. 0mA/cm2時(shí)， 表明脫水反應(yīng)基本完成，經(jīng)脫水后的無水HF作為第三步CH3S02F氟化反應(yīng)的反應(yīng)物和電解 液的溶劑； (2)電化學(xué)法脫除甲基磺酰氟CH3S02F中的水在陽極材料為Ni板，陰極材料為Ni 板，陰極和陽極距離為2mm組成的固定床電化學(xué)反應(yīng)器2中加入甲基磺酰氟CH3S02F，固定 床電化學(xué)反應(yīng)器床層的填充材料是金屬絲作為電化學(xué)反應(yīng)的電極，也可以采用金屬粉或多 孔材料作為電化學(xué)反應(yīng)的電極，電化學(xué)反應(yīng)器2操作電壓為4. OV 8. 2V，電化反應(yīng)操作溫 度為0°C 40°C ，操作絕對(duì)壓力為0. IMPa 1. OMPa進(jìn)行電化學(xué)脫水反應(yīng)，當(dāng)電化反應(yīng)的操 作電壓達(dá)到8. 2V，表觀操作電流密度《2. 0mA/cm2時(shí)，表明脫水反應(yīng)基本完成，經(jīng)脫水后的 甲基磺酰氟CH3S02F作為第三步CH3S02F電化學(xué)氟化反應(yīng)的反應(yīng)原料； (3)甲基磺酰氟CH3S02F的電化學(xué)氟化反應(yīng)將第一步得到的無水HF和第二步得 到的無水甲基磺酰氟CH3S02F，在陽極材料為Ni板，陰極材料為Ni板，陰極和陽極距離為 2mm組成的固定床電化學(xué)反應(yīng)器3中進(jìn)行電化學(xué)氟化反應(yīng)，電化學(xué)氟化反應(yīng)的操作條件是 CH^02F在HF中的重量百分濃度為5% 45%，電化學(xué)反應(yīng)器的表觀操作電流密度為5mA/ cm2 30mA/cm2，電化學(xué)反應(yīng)器3的操作電壓為4. 6V 7. 2V，操作溫度為0°C 30。C，操作 絕對(duì)壓力為0. IMPa 1. OMPa，電化學(xué)反應(yīng)器3的氣相出口為三氟甲基磺酰氟CF3S02F和氫 氣H2以及因HF的揮發(fā)組成的混合物，進(jìn)一步分離精制或進(jìn)一步衍生化處理得到三氟甲基 磺酰氟CF3S02F或三氟甲基磺酰氟CF3S02F的衍生化產(chǎn)物、副產(chǎn)物氫氣H2以及回收利用HF。
實(shí)施例三 如圖所示，一種甲基磺酰氟CH3S02F電化學(xué)氟化制備三氟甲基磺酰氟CF3S02F的方 法，所述方法步驟如下 (1)電化學(xué)法脫除氟化氫HF中的水在陽極材料為低碳鋼板，陰極材料為低碳鋼板，陰極和陽極距離為8mm組成的平板型電化學(xué)反應(yīng)器1中加入氟化氫HF，電化學(xué)反 應(yīng)器1操作電壓為4. 6V 8. 0V，電化反應(yīng)操作溫度為-10°C l(TC，操作絕對(duì)壓力為
0. lMPa 1. OMPa進(jìn)行電化學(xué)脫水反應(yīng)，當(dāng)電化反應(yīng)的操作電壓達(dá)到8. 2V，表觀操作電流密 度《1. 0mA/cm2時(shí)，表明脫水反應(yīng)基本完成，經(jīng)脫水后的無水HF作為第三步CH3S02F氟化反 應(yīng)的反應(yīng)物和電解液的溶劑； (2)電化學(xué)法脫除甲基磺酰氟CH3S02F中的水在陽極材料為低碳鋼板，陰極材 料為低碳鋼板，陰極和陽極距離為8mm組成的平板型電化學(xué)反應(yīng)器2中加入甲基磺酰氟 CH3S02F，電化學(xué)反應(yīng)器2操作電壓為4. 8V 8. 2V，電化反應(yīng)操作溫度為0°C 4(TC，操作 絕對(duì)壓力為O. lMPa 1. OMPa進(jìn)行電化學(xué)脫水反應(yīng)，當(dāng)電化反應(yīng)的操作電壓達(dá)到8. 2V，表觀 操作電流密度《1. 0mA/cm2時(shí)，表明脫水反應(yīng)基本完成，經(jīng)脫水后的甲基磺酰氟CH3S02F作 為第三步CH3S02F電化學(xué)氟化反應(yīng)的反應(yīng)原料； (3)甲基磺酰氟CH3S02F的電化學(xué)氟化反應(yīng)將第一步得到的無水HF和第二步得 到的無水甲基磺酰氟CH^(^F，在陽極材料為Ni板，陰極材料為低碳鋼板，陰極和陽極距離 為8mm組成的平板型電化學(xué)反應(yīng)器3中進(jìn)行電化學(xué)氟化反應(yīng)，電化學(xué)氟化反應(yīng)的操作條件 是CH3S02F在HF中的重量百分濃度為5 % 45 % ，電化學(xué)反應(yīng)器的表觀操作電流密度為 5mA/cm2 30mA/cm2，電化學(xué)反應(yīng)器3的操作電壓為4. 6V 7. 2V，操作溫度為0°C 30°C， 操作絕對(duì)壓力為0. IMPa 1. OMPa，電化學(xué)反應(yīng)器3的氣相出口為三氟甲基磺酰氟CF3S02F 和氫氣H2以及因HF的揮發(fā)組成的混合物，進(jìn)一步分離精制或進(jìn)一步衍生化處理得到三氟 甲基磺酰氟CF3S02F或三氟甲基磺酰氟CF3S02F的衍生化產(chǎn)物、副產(chǎn)物氫氣H2以及回收利用 HF。 在電化學(xué)反應(yīng)器1和2以及3的陽極材料可以是Ni或Ni-Co或Ni_Fe或Ni-Co-Fe 合金中的任意一種，陰極材料是Ni或Ni-Co或Ni-Fe或Ni-Co-Fe合金或純Fe或低碳鋼材 料中的任意一種，所述的固定床電化學(xué)反應(yīng)器床層的填充材料是金屬絲或金屬粉或多孔材 料中的任意一種作為電化學(xué)反應(yīng)的電極。在電化學(xué)氟化反應(yīng)的電化學(xué)反應(yīng)器3中CH3S02F 在HF中的重量百分濃度為5% 45%，電化學(xué)反應(yīng)器3的表觀操作電流密度為5mA/cm2 30mA/cm、操作溫度為0°C 30。C，操作絕對(duì)壓為0. IMPa 1. OMPa的操作條件都可以得到 最佳的結(jié)果。在電化學(xué)反應(yīng)器l中進(jìn)行電化學(xué)脫水反應(yīng)，脫除氟化氫HF中的水時(shí)，操作電 壓為4. 0V 8. 2V，操作溫度為-10°C 10。C，操作絕對(duì)壓力為0. IMPa 1. OMPa的操作條 件可得到最佳的結(jié)果。在電化學(xué)反應(yīng)器2中進(jìn)行電化學(xué)脫水反應(yīng)，脫除甲基磺酰氟CH3S(^F 中的水時(shí)，操作電壓為4. 0V 8. 2V，操作溫度為0°C 40°C ，操作絕對(duì)壓力為0. IMPa
1. OMPa的操作條件可得到最佳的結(jié)果。 除上述各實(shí)施例，本發(fā)明的實(shí)施方案還有很多，凡采用等同或等效替換的技術(shù)方 案，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種甲基磺酰氟CH3SO2F電化學(xué)氟化制備三氟甲基磺酰氟CF3SO2F的方法，是以甲基磺酰氟CH3SO2F為原料進(jìn)行電化學(xué)氟化反應(yīng)，其特征在于所述方法步驟如下(1)電化學(xué)法脫除氟化氫HF中的水在電化學(xué)反應(yīng)器1中，加入氟化氫HF進(jìn)行電化學(xué)脫水反應(yīng)，脫除氟化氫HF的水，經(jīng)脫水后的無水氟化氫HF作為第三步CH3SO2F氟化反應(yīng)的反應(yīng)物和電解液的溶劑；(2)電化學(xué)法脫除甲基磺酰氟CH3SO2F中的水在電化學(xué)反應(yīng)器2中進(jìn)行電化學(xué)脫水反應(yīng)，脫除甲基磺酰氟CH3SO2F中的水，經(jīng)脫水后的無水CH3SO2F作為第三步電化學(xué)氟化反應(yīng)的反應(yīng)原料；(3)甲基磺酰氟CH3SO2F的電化學(xué)氟化反應(yīng)將第一步得到的無水HF和第二步得到的無水甲基磺酰氟CH3SO2F，在電化學(xué)反應(yīng)器3中進(jìn)行電化學(xué)氟化反應(yīng)，電化學(xué)反應(yīng)器3的氣相出口為三氟甲基磺酰氟CF3SO2F、氫氣H2以及因HF的揮發(fā)組成的混合物。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的甲基磺酰氟CH3S02F電化學(xué)氟化制備三氟甲基磺酰氟CF3S02F 的方法，其特征在于第一步電化學(xué)反應(yīng)器1是固定床反應(yīng)器或平板型電化學(xué)反應(yīng)器，電化 學(xué)反應(yīng)器1操作電壓為4. OV 8. 2V，操作溫度為-10°C 10°C ，操作絕對(duì)壓力為0. IMPa 1. OMPa。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的甲基磺酰氟CH3S02F電化學(xué)氟化制備三氟甲基磺酰氟CF3S02F 的方法，其特征在于第二步電化學(xué)反應(yīng)器2是固定床反應(yīng)器或平板型電化學(xué)反應(yīng)器，電化 學(xué)反應(yīng)器2操作電壓為4. OV 8. 2V，操作溫度為0°C 4(TC，操作絕對(duì)壓力為0. IMPa 1. OMPa。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的甲基磺酰氟CH3S02F電化學(xué)氟化制備三氟甲基磺酰氟CF3S02F 的方法，其特征在于所述的第三步電化學(xué)反應(yīng)器3是平板型電化學(xué)反應(yīng)器或固定床電化 學(xué)反應(yīng)器，所述的電化學(xué)反應(yīng)器3中CH^02F在HF中的重量百分濃度為5% 45%，電化學(xué) 反應(yīng)器3的表觀操作電流密度為5mA/cm2 30mA/cm2，操作溫度為0°C 3(TC，操作絕對(duì)壓 力為0. IMPa 1. OMPa。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的甲基磺酰氟CH3S02F電化學(xué)氟化制備三氟甲基磺酰氟CF3S02F 的方法，其特征在于所述的電化學(xué)反應(yīng)器1、2和3的陽極材料是Ni、 Ni-Co、 Ni-Fe或 Ni-Co-Fe合金中的任意一種，陰極材料是Ni、Ni-Co、Ni-Fe、Ni-Co-Fe合金、純Fe或低碳鋼 材料中的任意一種。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2或3或4所述的甲基磺酰氟CH3S02F電化學(xué)氟化制備三氟甲基磺酰 氟CF3S0f的方法，其特征在于所述的固定床電化學(xué)反應(yīng)器床層的填充材料是金屬絲、金 屬粉或多孔材料中的任意一種作為電化學(xué)反應(yīng)的電極。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種甲基磺酰氟CH3SO2F電化學(xué)氟化制備三氟甲基磺酰氟CF3SO2F的方法，所述方法步驟如下(1)電化學(xué)法脫除HF中的水，經(jīng)脫水后的無水HF作為第三步CH3SO2F氟化反應(yīng)的反應(yīng)物和電解液的溶劑；(2)電化學(xué)法脫除甲基磺酰氟CH3SO2F中的水，經(jīng)脫水后的無水CH3SO2F作為第三步電化學(xué)氟化反應(yīng)的反應(yīng)原料；(3)將第一步得到的無水HF和第二步得到的無水甲基磺酰氟CH3SO2F，進(jìn)行電化學(xué)氟化反應(yīng)，電化學(xué)反應(yīng)器3的氣相出口為三氟甲基磺酰氟CF3SO2F、氫氣H2以及因HF的揮發(fā)組成的混合物。本發(fā)明好處是制備方法簡單，提高電化學(xué)氟化產(chǎn)物電流效率和氟化反應(yīng)操作過程安全性。
文檔編號(hào)C25B3/08GK101748424SQ20081024362
公開日2010年6月23日 申請日期2008年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月11日
發(fā)明者任海, 吳彬, 朱慧, 沙紅霞, 王雅瓊, 許堅(jiān), 許文林, 趙世勇, 陶榮輝 申請人:張家港市國泰華榮化工新材料有限公司;揚(yáng)州大學(xué)