The invention discloses a method for preparing high-purity quaternary ammonium salt by ion exchange purification, which mainly comprises the preparation of spiro quaternary ammonium salt crude products and the purification of quaternary ammonium salt crude products. The two step synthesis of spiro quaternary ammonium salt of crude products, were purified of spiro metal impurities in the crude product of quaternary ammonium ions and halogen, sulfate, phosphate and other impurity anion resin and anion exchange resin with cation exchange. By adopting the method of the invention, the purity of the quaternary ammonium salt product of the spiral ring can be limited.
【技术实现步骤摘要】
一种用离子交换净化法制备高纯螺环季铵盐的方法
本专利技术涉及一种超级电容器电解质的提纯方法,尤其是涉及一种高纯度超级电容器电解质螺环季铵四氟硼酸盐的提纯方法。
技术介绍
超级电容器(双电层电容器)是近年来发展起来的一种高能量电能存储元件,介于二次电池与传统静电电容器之间的能量储存器件,具有高功率密度、高循环寿命、可快速冲放电和对环境无污染等优点,被广泛应用于机动车辆的启动装置、风力发电和太阳能发电系统等洁净能源系统,电机调节器、传感器、微机存储器的后备电源,因而受到广泛关注。季胺盐作为超级电容器的非水电解质,可用作能量储藏装置的化学电池或高能量电容器的支持电解质。螺环季铵四氟硼酸盐作为一种新型电解质盐(CHlBAK,2007,Electrochemlstry,75,664-667),具有在常用有机溶剂中溶解度大、电势窗口宽、电导率高等优点。其用作超级电容器的支持电解质能提供较高能量密度和功率密度。螺环季铵四氟硼酸盐合成方法,在专利(US:2007-49750)和期刊论文(ARKlVOC,2002(lll),63-70;Chem.Ber.,1924,57,187)中描述了环状胺与二卤代烃进行亲核取代反应,先合成相应的卤代盐,再通过离子交换制备螺环季铵四氟硼酸盐的合成过程,该方法制备螺环季铵四氟硼酸盐的产品中含有的卤离子盐、硫酸盐、磷酸盐、金属离子等难以满足对超级电容器有机电解液的要求。在专利(CN:102093367)中描述了螺环季铵四氟硼酸盐的合成、提纯,但只涉及到其中杂质阳离子的去除并没有考虑杂质阴离子;而专利(CN:104059706)中描述了螺环季铵 ...
【技术保护点】
一种用离子交换净化法制备高纯螺环季铵盐的方法,其特征在于具体步骤如下:(1)螺环季铵盐粗产品的制备以有机溶剂为反应介质,在碱的存在下,将环状仲胺与二溴代丁烷反应待其反应完成后进行过滤,将所得滤液旋蒸除去有机溶剂,得到螺环季铵盐5‑氮螺[4.4]壬烷溴盐;将5‑氮螺[4.4]壬烷溴盐与离子交换剂四氟硼酸盐置于有机溶剂中进行离子交换,待其反应完成后进行过滤,将所得滤液旋蒸除去有机溶剂,得到螺环季铵盐5‑氮螺[4.4]壬烷四氟硼酸盐粗产品并将其烘干;(2)阳离子交换树脂和阴离子交换树脂的活化a.用稀NaCl浸泡阳离子交换树脂和阴离子交换树脂;b.用去离子水反复洗涤NaCl浸泡过阳离子交换树脂和阴离子交换树脂,直到洗净为止;c.用稀NaOH浸泡洗涤阴离子交换树脂,再用去离子水反复洗涤至pH =7~7.5;d.用稀HCl浸泡洗涤阳离子交换树脂,再用去离子水反复洗涤至pH=6.5~7;e.用离心机分别将活化好的阴离子交换树脂和阳离子交换树脂进行脱水、烘干处理,待其备用;(3)螺环季铵盐粗产品的提纯将经步骤(1)合成的螺环季铵盐5‑氮螺[4.4]壬烷四氟硼酸盐配成溶液,并将其注入到活化好的阳离子交换 ...
【技术特征摘要】
1.一种用离子交换净化法制备高纯螺环季铵盐的方法,其特征在于具体步骤如下:(1)螺环季铵盐粗产品的制备以有机溶剂为反应介质,在碱的存在下,将环状仲胺与二溴代丁烷反应待其反应完成后进行过滤,将所得滤液旋蒸除去有机溶剂,得到螺环季铵盐5-氮螺[4.4]壬烷溴盐;将5-氮螺[4.4]壬烷溴盐与离子交换剂四氟硼酸盐置于有机溶剂中进行离子交换,待其反应完成后进行过滤,将所得滤液旋蒸除去有机溶剂,得到螺环季铵盐5-氮螺[4.4]壬烷四氟硼酸盐粗产品并将其烘干;(2)阳离子交换树脂和阴离子交换树脂的活化a.用稀NaCl浸泡阳离子交换树脂和阴离子交换树脂;b.用去离子水反复洗涤NaCl浸泡过阳离子交换树脂和阴离子交换树脂,直到洗净为止;c.用稀NaOH浸泡洗涤阴离子交换树脂,再用去离子水反复洗涤至pH=7~7.5;d.用稀HCl浸泡洗涤阳离子交换树脂,再用去离子水反复洗涤至pH=6.5~7;e.用离心机分别将活化好的阴离子交换树脂和阳离子交换树脂进行脱水、烘干处理,待其备用;(3)螺环季铵盐粗产品的提纯将经步骤(1)合成的螺环季铵盐5-氮螺[4.4]壬烷四氟硼酸盐配成溶液,并将其注入到活化好的阳离子交换树脂柱中,得到流出液后再次注入到活化好的阴离子交换树脂柱中,收集经过阴阳离子交换柱处理后的流出液,并将流出液蒸干得到白色的螺环季铵盐5-氮螺[4.4]壬烷四氟硼酸盐,后将其烘干得到产品。2.根据权利要求1所述的一种用离子交换净化法制备高纯螺环季铵盐的方法,其特征在于所述步骤(1)中螺环季铵盐5-氮螺[4.4]壬烷溴盐制备的反应介质为:异丙醇、乙腈、乙醇、四氢呋喃、丙二醇中一种或几种的混合物;碱为:碳酸钾、碳酸钠、碳酸氢钾、碳酸氢钠、碳酸铵、碳酸钙、碳酸氢钙中一种或几种的混合物。3.根据权利要求1所述的一种用离子交换净化法制备高纯螺环季铵盐的方法,其特征在于所述步骤(1)中螺环季铵盐5-氮螺[4.4]壬烷四氟硼酸盐制备的反应介质为:异丙醇、乙腈、乙醇、四氢呋喃、丙二醇中一种或几种的混合物;四氟硼酸盐为...
【专利技术属性】
技术研发人员:罗丁峰,李荐,周宏明,
申请(专利权)人:湖南省正源储能材料与器件研究所,
类型:发明
国别省市:湖南,43
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