一种双氟磺酰亚胺钾的制备方法技术

本发明专利技术涉及化学合成领域，具体涉及一种双氟磺酰亚胺钾的制备方法。本发明专利技术一种双氟磺酰亚胺钾的制备方法，包括如下步骤：1）氯磺酸和氯磺酰异氰酸酯在催化剂存在的条件下反应获得双氯磺酰亚胺；2）双氯磺酰亚胺和氟化氢在催化剂存在的条件下反应获得双氟磺酰亚胺；3）双氟磺酰亚胺和碱性钾化合物反应获得双氟磺酰亚胺钾盐。本发明专利技术所提供的双氟磺酰亚胺钾盐的制备方法，能够在第一步反应采用氯磺酸与氯磺酰异氰酸酯作原料，避免了SO2和HCl等废气的产生，更符合环保要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及化学合成领域，具体涉及一种含氟化合物(双氟磺酰亚胺钾，potassium bis(fluorosulfonyl)imide，KFSI)的制备方法。
技术介绍
近年来，双氟磺酰亚胺钾在熔盐电池、硬涂膜、导电膜、抗静电粘结剂上的用途受起了关注。专利JP2013087019，使用氨基磺酸、氯磺酸和二氯亚砜反应先制备双氯磺酰亚胺，再进一步与氟化钾反应。该方法在第一步反应中会生成大量酸性气体氯化氢和二氧化硫，不利于环保，第二步反应需要过量较多的无水氟化钾，成本高，纯化复杂。专利WO2015143866，依然采用产生大量酸性气体的氨基磺酸、氯磺酸和二氯亚砜工艺制备双氯磺酰亚胺，再以氟化氢为溶剂与氟化钾反应制得。同样存在环保上的问题。日本曹达株式会社专利CN103391896A，首先由氯磺酰异氰酸酯与氯磺酸反应得到双氯磺酰亚胺，然后与氟化铵反应得到双氟磺酰亚胺铵盐，与氢氧化钾溶液反应后得到双氟磺酰亚胺钾盐。该方法过量使用氯磺酸，造成原料浪费，且中间体双氯磺酰亚胺产率低，导致产物工业化成本偏高，不具有竞争优势。所以，如果能够开发一种成本低、产物质量高的双氟磺酰亚胺钾的制备方法，将会具有很高的产业化价值。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种双氟磺酰亚胺钾的制备方法，用于解决现有技术中的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种双氟磺酰亚胺钾的制备方法，包括如下步骤：1)氯磺酸和氯磺酰异氰酸酯在催化剂存在的条件下反应获得双氯磺酰亚胺(HClSI)；2)双氯磺酰亚胺和氟化氢(HF)在催化剂存在的条件下反应获得双氟磺酰亚胺(HFSI)；3)双氟磺酰亚胺和碱性钾化合物反应获得双氟磺酰亚胺钾盐。所述步骤1的反应方程式如下：具体的，所述步骤1中，所述催化剂为酸。更具体的，所述步骤1中，所述催化剂为质子酸和/或路易斯酸。更具体的，所述步骤1中，所述路易斯酸选自NiCl2、FeCl2、FeCl3、CoCl3、ZnCl2、MnCl2中的一种或多种的组合。更具体的，所述步骤1中，所述质子酸选自浓硫酸和/或发烟硫酸。具体的，所述步骤1中，氯磺酸和催化剂的摩尔比为1:1‰～1:2％，更优选为1:4‰～1:1％。具体的，所述步骤1中，氯磺酸与氯磺酰异氰酸酯的摩尔比为1:0.9～1:1.3，更优选为1:1～1:1.2。具体的，所述步骤1中，反应体系的温度为90～150℃，更优选为120～140℃。具体的，所述步骤1中，反应的具体方法为：将氯磺酰异氰酸酯分批加入氯磺酸，在催化剂存在的条件下反应获得双氯磺酰亚胺。具体的，所述步骤1中，反应完成后蒸馏，即得HClSI。所述步骤2的反应方程式如下：具体的，所述步骤2中，所述催化剂为酸。更具体的，所述步骤2中，所述催化剂为质子酸和/或路易斯酸。更具体的，所述步骤2中，所述路易斯酸选自SbCl5，TiCl4，SnCl4，MoCl5中的一种或多种的组合。更具体的，所述步骤2中，所述质子酸选自浓硫酸和/或发烟硫酸。具体的，所述步骤2中，HClSI与催化剂的摩尔比为1:0.05‰～1:1‰，更优选为1:0.1‰～1:0.5‰。具体的，所述步骤2中，HClSI与HF摩尔比为1:1.4～1:4，更优选为1:1.7～1:2.5。具体的，所述步骤2中，反应体系的温度为90～110℃，更优选为100～105℃。具体的，所述步骤2中，反应的具体方法为：将HClSI、催化剂置于反应装置中，通入HF气体进行反应。具体的，所述步骤2中，反应完成后除去反应体系中的HF和HCl气体。具体的，所述步骤3中，所述碱性钾化合物选自KOH、K2CO3或KHCO3中的一种或多
种的组合。当碱性钾化合物为KOH时，反应方程式如下：当碱性钾化合物为K2CO3时，反应方程式如下：当碱性钾化合物为KHCO3时，反应方程式如下：具体的，所述步骤3中，HFSI与碱性钾化合物中钾的摩尔比优选为1:1～1:3.8，更优选为1:1.2～1:2。具体的，所述步骤3中，反应体系的温度为10～50℃，更优选为20～40℃。具体的，所述步骤3中，反应在溶剂存在的条件下进行，所述溶剂选自极性溶剂。更具体的，所述步骤3中，溶剂选自乙酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸丙酯、乙酸异丙酯、乙酸丁酯、乙酸异丁酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酸、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、乙醚、丙醚、异丙醚、丁醚、异丁醚、四氢呋喃、甲基四氢呋喃、二氧六环、乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、丙酮、丁酮、甲基异丁酮、环戊酮、环丁酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜中的一种或多种的组合。具体的，所述步骤3中，反应的具体方法为：将双氟磺酰亚胺分批加入碱性钾化合物溶液体系中，反应获得双氟磺酰亚胺钾盐。具体的，所述步骤3中，反应完成后固液分离，所得液相纯化即得双氟磺酰亚胺钾盐。具体的，所得液相纯化即得双氟磺酰亚胺钾盐的方法具体为：将所得液相浓缩、析晶，固液分离、干燥即得双氟磺酰亚胺钾盐。具体实施方式本专利技术专利技术人以氯磺酸和氯磺酰异氰酸酯为原料，在催化剂作用下反应得到中间体双氯磺酰亚胺(HClSI)，HClSI进一步与氟化氢(HF)反应得到中间体双氟磺酰亚胺(HFSI)，
HFSI再与一定当量的碱性钾化合物反应制备获得高品质高纯度的双氟磺酰亚胺钾盐(KFSI)，从而提供了一种简单高效的方法来制备高品质KFSI，在此基础上完成了本专利技术。本专利技术一方面提供一种双氟磺酰亚胺钾的制备方法，所述双氟磺酰亚胺钾的制备方法可以包括：氯磺酸和氯磺酰异氰酸酯在催化剂存在的条件下反应获得双氯磺酰亚胺(HClSI)，具体反应方程式如下所示：上述反应过程中，所述催化剂可以为酸，更具体的，所述催化剂可以为质子酸和/或路易斯酸。所述路易斯酸通常基于路易斯酸碱理论，通常指可接受电子对的物质，具体可选用的路易斯酸的例子包括但不限于NiCl2、FeCl2、FeCl3、CoCl3、ZnCl2、MnCl2中的一种或多种的组合；所述质子酸通常基于布朗斯特-劳里酸碱理论，通常指可以释放质子(氢离子，H+)的分子或离子，具体可选用的质子酸的例子包括但不限于浓硫酸和/或发烟硫酸。所述浓硫酸通常指质量百分比≥70％的硫酸溶液，更具体为质量百分比≥98％的硫酸溶液。所述发烟硫酸(H2SO4·xSO3)通常指三氧化硫的硫酸溶液，更具体可以为质量百分比≥20％的三氧化硫的硫酸溶液。上述反应过程中，催化剂的使用量没有特殊限制，只要不对本专利技术的专利技术目的产生限制即可，所述催化剂的使用量通常为催化量，具体使用量按摩尔比计，可以是氯磺酸和催化剂的摩尔比为1:1‰～1:2％，还可以为1:4‰～1:1％。上述反应过程中，按摩尔比计，氯磺酰异氰酸酯的使用量通常接近或者略高于氯磺酸的使用量，具体使用量按摩尔比计，可以是氯磺酸与氯磺酰异氰酸酯的摩尔比为1:0.9～1:1.3，还可以为1:1～1:1.2。上述反应过程中，反应体系的温度可以为90～150℃，还可以为120～140℃。本领域技术人员可根据实际反应情况控制反应进程，例如可以通过监控原料的反应情况判断反应进程，再例如反应时间可以为20～40小时。上述反应过程中，反应的具体方法可以为：将氯磺酰异氰酸酯分批加入氯磺酸，在催化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双氟磺酰亚胺钾的制备方法，包括如下步骤：1)氯磺酸和氯磺酰异氰酸酯在催化剂存在的条件下反应获得双氯磺酰亚胺；2)双氯磺酰亚胺和氟化氢在催化剂存在的条件下反应获得双氟磺酰亚胺；3)双氟磺酰亚胺和碱性钾化合物反应获得双氟磺酰亚胺钾盐。

【技术特征摘要】
1.一种双氟磺酰亚胺钾的制备方法，包括如下步骤：1)氯磺酸和氯磺酰异氰酸酯在催化剂存在的条件下反应获得双氯磺酰亚胺；2)双氯磺酰亚胺和氟化氢在催化剂存在的条件下反应获得双氟磺酰亚胺；3)双氟磺酰亚胺和碱性钾化合物反应获得双氟磺酰亚胺钾盐。2.如权利要求1所述的一种双氟磺酰亚胺钾的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，所述催化剂为酸。3.如权利要求2所述的一种双氟磺酰亚胺钾的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，所述催化剂为质子酸和/或路易斯酸，所述路易斯酸选自NiCl2、FeCl2、FeCl3、CoCl3、ZnCl2、MnCl2中的一种或多种的组合，所述质子酸选自浓硫酸和/或发烟硫酸。4.如权利要求1所述的一种双氟磺酰亚胺钾的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，氯磺酸和催化剂的摩尔比为1:1‰～1:2％；和/或，所述步骤1中，氯磺酸与氯磺酰异氰酸酯的摩尔比为1:0.9～1:1.3；和/或，所述步骤1中，反应体系的温度为90～150℃；和/或，所述步骤1中，反应的具体方法为：将氯磺酰异氰酸酯分批加入氯磺酸，在催化剂存在的条件下反应获得双氯磺酰亚胺；和/或，所述步骤1中，反应完成后蒸馏，即得HClSI。5.如权利要求1所述的一种双氟磺酰亚胺钾的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，所述催化剂为酸。6.如权利要求5所述的一种双氟磺酰亚胺钾的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，所述催化剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨东，何立，林盛平，刘俊，
申请(专利权)人：上海康鹏科技有限公司，衢州康鹏化学有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31