一种季铵盐的提纯方法技术

本发明专利技术公开了一种季铵盐的提纯方法，包括以下处理步骤：步骤1，杂质沉淀；将季铵盐与水按重量比例为1.6～2.1混合溶解后加热至70℃～75℃，向季铵盐水溶液加入碱性溶液调节pH值至6.5～7.5，生成杂质沉淀，并过滤除去杂质沉淀，保留季铵盐滤液；步骤2，滤液浓缩；将季铵盐滤液减压浓缩至水的质量百分含量为15%～25%的季铵盐饱和水溶液；步骤3，重结晶；根据浓缩得到的季铵盐饱和水溶液的水的质量与非良性溶剂的质量比为1:10～1:50，加入非良性溶剂后进行重结晶，过滤，即得季铵盐晶体；步骤4，烘干；将步骤3的季铵盐晶体置于75℃～80℃条件下烘干，即得成品。本发明专利技术具有纯化率高、回收率高、安全环保且处理成本低，容易实现工业化批量处理等优点。

A Purification Method of Quaternary Ammonium Salt

The invention discloses a purification method of quaternary ammonium salt, which comprises the following steps: step 1, impurity precipitation; heating quaternary ammonium salt and water to 70 ~75 ~C by weight ratio of 1.6~2.1, adjusting pH value to 6.5~7.5 by adding alkaline solution to quaternary ammonium salt solution, generating impurity precipitation, filtering and removing impurity precipitation, and retaining quaternary ammonium salt filtrate; step 2, filter solution concentration; The quaternary ammonium salt saturated water solution with 15%-25% water mass fraction is concentrated by vacuum; step 3 is recrystallization; according to the mass ratio of the concentrated quaternary ammonium salt saturated water solution to the non-benign solvent 1:10-1:50, the quaternary ammonium salt crystal is obtained by recrystallization and filtration after adding non-benign solvent; step 4 is drying; step 3 is recrystallization of the quaternary ammonium salt. The salt crystals are dried at 75 ~80 ~C, and the finished products are obtained. The invention has the advantages of high purification rate, high recovery rate, safety, environmental protection, low processing cost and easy realization of industrial batch processing.

【技术实现步骤摘要】
一种季铵盐的提纯方法
本专利技术涉及电解液电解质提纯
，尤其涉及一种季铵盐的提纯方法。
技术介绍
超级电容器具有安全、高能量密度、适用温度范围广、环保等优良性能，而开发耐高压、耐高温的电解质，是目前国内外提高超级电容器性能的重点研究方向。而季铵盐作为双电层电容器电解液的电解质盐，具有熔点高、化学结构稳定和电化学窗口范围宽、溶解度好和电化学分解电压高等特点，以此电解质配置的电解液温度适应性好，电导率高，形成的双电层稳定可好，漏电流小。因而在双电层电容器中得到了广泛的应用。目前国内外对于该季铵盐的合成中，由于使用季铵碱为原料，产品中不可避免地带入钠、钾、铁等金属，造成产品指标未能达到电子级标准。因此提供一种安全、环保、处理成本低、回收利用率高的季铵盐提纯方法是目前本
迫切需要解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种安全、环保、处理成本低、回收利用率高的季铵盐提纯方法。一种季铵盐的提纯方法，所述提纯方法包括以下处理步骤：步骤1，杂质沉淀；将季铵盐与水按重量比例为1.6∶1～2.1∶1混合溶解后加热至70℃～75℃，向季铵盐水溶液加入碱性溶液调节pH值至6.5～7.5，搅拌1～1.5小时，生成杂质沉淀，并控制季铵盐水溶液温度在70℃～75℃范围内过滤除去杂质沉淀，保留季铵盐滤液；季铵盐与水混合后加热使季铵盐完全溶解，同时通过调节季铵盐水溶液的溶液环境pH值为6.5～7.5，使其所含的铁离子杂质与溶液中的氢氧根离子反应生成氢氧化铁沉淀，同时通过搅拌保证反应完全，且在70～75℃下氢氧化铁沉淀平衡常数比常温下更小，实现最大化除去铁离子杂质；步骤2，滤液浓缩；将步骤1的季铵盐滤液减压浓缩至水的质量百分含量为15％～25％的季铵盐饱和水溶液；浓缩除去多余的水分，避免水分过多影响下一步重结晶收率；步骤3，重结晶；根据步骤2浓缩得到的季铵盐饱和水溶液中水的质量与非良性溶剂的质量比为1∶10～1∶50，加入非良性溶剂与所述季铵盐饱和水溶液的水混合形成混合溶剂后进行重结晶，过滤，即得季铵盐晶体；利用季铵盐在混合溶剂中不同温度下的溶解度进行重结晶，从而使季铵盐与杂质分离，得到高纯度的季铵盐晶体。步骤4，烘干；将步骤3的季铵盐晶体置于75℃～80℃条件下烘干，即得成品；在75℃～80℃条件下烘干水和非良性溶剂，避免烘干温度过高引起非良性溶剂燃烧或爆炸。本专利技术提纯方法适用于去除杂质铁，杂质含量为4ppm～10000ppm的季铵盐，通过加入碱性溶液与季铵盐中的铁杂质反应生成氢氧化铁沉淀，将氢氧化铁沉淀过滤后滤液浓缩至饱和水溶液后，再加入非良性溶剂与所述季铵盐饱和水溶液的水混合形成混合溶剂后进行重结晶，将可溶解于混合溶剂的杂质进一步分离，使季铵盐进一步纯化，最终得到杂质铁含量小于1ppm，纯度大于99.9％的季铵盐。提纯方法简单，处理步骤少，由于处理方式主要为溶解、过滤和重结晶，处理后季铵盐的回收利用率高，且处理过程所用的非良性溶剂还可收集循环再用，减少废弃的非良性溶剂的排放，对环境友好，这个操作过程不涉及高温反应、强酸强碱处理等高危操作，安全性高。进一步地，步骤1所述碱性溶液包括有机碱溶液、碱金属溶液、碱土类金属化合物溶液或碳酸盐溶液中的一种或多种；其中，所述有机碱溶液为氨水、三乙胺、三丙胺、三丁胺中的一种或多种的水溶液；所述碱金属溶液为氢氧化钠或氢氧化钾的水溶液；所述碱土类金属化合物溶液为氢氧化镁、氢氧化钙、氢氧化钡和氢氧化锶中的一种或多种的水溶液。碱性溶液为沉淀杂质铁离子提供有氢氧根离子，使铁离子与氢氧根结合生成氢氧化铁沉淀，从而将杂质铁除去。所选用的碱性溶液均由化工行业常见的碱性物质制备得到，容易制备且成本低。进一步地，步骤2所述季铵盐减压浓缩条件为真空度-0.1～-0.05MPa，温度55℃～88℃。由于季铵盐在高温条件下容易分解，减压加热浓缩使加热条件更加温和，保护浓缩过程中季铵盐不会分解，提高提纯后季铵盐的回收率。进一步地，步骤3所述季铵盐饱和水溶液的水的质量与非良性溶剂的质量比为1∶10～1∶15。所述季铵盐饱和水溶液的水和非良性溶剂在此比例下形成的混合溶剂，形成能充分溶解季铵盐和其它杂质的溶液环境，达到有效提纯且节约非良性溶剂的使用量，保证以低成本方式得到高纯度季铵盐，且回收率大于90％。进一步地，步骤3所述非良性溶剂包括苯、甲苯、异丙醇、乙醇、丙醇、仲丁醇、正丁醇、异丁醇、环氧丙烷、醋酸乙酯、乙二醇单甲醚、氯仿、四氯化碳中任意一种或两种。季铵盐在上述溶剂中溶解度差。通过加入非良性溶剂使季铵盐饱和溶液的溶解度变差，使季铵盐析出，从而将杂质分离出来，得到高纯度的季铵盐。进一步地，步骤3所述乙醇为无水乙醇，所述无水乙醇的锌、钾、铁、铬、镍、钠金属成分含量为1ppm以下。采用无水乙醇，避免引入多余的水分，降低重结晶回收率，同时控制无水乙醇的各种金属成分含量为1ppm以下，优选0.1ppm以下，避免溶剂引入新的杂质影响季铵盐重结晶后的纯度。进一步地，步骤3所述重结晶条件为加热至70℃～80℃，搅拌至季铵盐完全溶解后，维持搅拌并降温至20℃～25℃重结晶。重结晶加热温度控制在70℃～80℃避免高温导致析出的季铵盐晶体分解，且当温度控制在70℃～80℃范围内，季铵盐在该溶液环境下能够全部溶解，释放所包裹的杂质，达到溶解杂质和提纯目的。重结晶降温降低季铵盐的溶解度使其析出结晶，同时在降温过程中维持搅拌，避免结晶晶体过大将杂质重新包裹在晶体内，降低杂质去除的效果。进一步地，所述季铵盐包括阳离子和阴离子，所述阳离子通式如结构1所示，(结构式1)其中R1、R2、R3、R4为碳原子数为1～10的烃基及其组合物，包括一甲基三乙基，二甲基二乙基，三甲基一乙基，四甲基，四乙基，四丙基，一丙基三乙基，二丙基二乙基，三丙基一乙基，一甲基三丙基，二甲基二丙基，三甲基一丙基，四丁环类，环氧类，螺环类化合物中任意一种。进一步地，所述阴离子为四氟硼酸阴离子、四氟铝酸阴离子、六氟磷酸阴离子中任意一种。季铵盐所含阴离子为非卤素阴离子，使其具有较高的稳定性，使其在高温条件不容易分解。进一步地，所述水为通过离子交换树脂、蒸馏器或纯水装置制备得到的纯水。整个提纯过程所用水均经过上述任意一种方式处理处理，降低提纯过程中水引入新杂质的风险。本专利技术具有如下的有益效果：第一、纯化率高；本专利技术通过加入碱性溶液沉淀杂质铁，过滤除去杂质铁实现金属杂质的去除，浓缩得到饱和溶液后再加入非良性溶剂与季铵盐饱和水溶液的水形成混合溶剂，并加热使季铵盐充分溶解后降温结晶，二次去除可溶于混合溶剂的杂质，使最终提纯得到的季铵盐纯度达到99.9％以上，且金属铁含量低于1ppm，达到超级电容的电解质纯度要求；第二、回收率高；本专利技术通过对季铵盐进行溶解、杂质沉淀、重结晶处理提纯得到高纯度季铵盐，处理过程条件温和，避免季铵盐分解，且所采用的处理方式以利用物理性质处理为主，以化学处理为辅，减少季铵盐在处理过程中的季铵盐分解、回收率低、杂质去除不完全等不良效果，处理得到的高纯度季铵盐回收率高，回收率大于90％；第三、安全环保；本专利技术步骤包括溶解、杂质沉淀、过滤、减压浓缩和重结晶，提纯条件温和，利用沉淀法去除杂质铁，反应条件温和，整个提纯过程操作简单安全，且处理过程所用非良性溶剂可回收本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种季铵盐的提纯方法，其特征在于：所述提纯方法包括以下处理步骤：步骤1，杂质沉淀；将季铵盐与水按重量比例为1.6:1～2.1:1混合溶解后加热至70℃～75℃，向季铵盐水溶液加入碱性溶液调节pH值至6.5～7.5，搅拌1～1.5小时，生成杂质沉淀，并控制季铵盐水溶液温度在70℃～75℃范围内过滤除去杂质沉淀，保留季铵盐滤液；步骤2，滤液浓缩；将步骤1的季铵盐滤液减压浓缩至水的质量百分含量为15%～25%的季铵盐饱和水溶液；步骤3，重结晶；根据步骤2浓缩得到的季铵盐饱和水溶液的水的质量与非良性溶剂的质量比为1:10～1:50，加入非良性溶剂与所述季铵盐饱和水溶液的水混合形成混合溶剂后进行重结晶，过滤，即得季铵盐晶体；步骤4，烘干；将步骤3的季铵盐晶体置于75℃～80℃条件下烘干，即得成品。

【技术特征摘要】
1.一种季铵盐的提纯方法，其特征在于：所述提纯方法包括以下处理步骤：步骤1，杂质沉淀；将季铵盐与水按重量比例为1.6:1～2.1:1混合溶解后加热至70℃～75℃，向季铵盐水溶液加入碱性溶液调节pH值至6.5～7.5，搅拌1～1.5小时，生成杂质沉淀，并控制季铵盐水溶液温度在70℃～75℃范围内过滤除去杂质沉淀，保留季铵盐滤液；步骤2，滤液浓缩；将步骤1的季铵盐滤液减压浓缩至水的质量百分含量为15%～25%的季铵盐饱和水溶液；步骤3，重结晶；根据步骤2浓缩得到的季铵盐饱和水溶液的水的质量与非良性溶剂的质量比为1:10～1:50，加入非良性溶剂与所述季铵盐饱和水溶液的水混合形成混合溶剂后进行重结晶，过滤，即得季铵盐晶体；步骤4，烘干；将步骤3的季铵盐晶体置于75℃～80℃条件下烘干，即得成品。2.根据权利要求1所述的季铵盐的提纯方法，其特征在于：步骤1所述碱性溶液包括有机碱溶液、碱金属溶液、碱土类金属化合物溶液或碳酸盐溶液中的一种或多种；其中，所述有机碱溶液为氨水、三乙胺、三丙胺、三丁胺中的一种或多种的水溶液；所述碱金属溶液为氢氧化钠或氢氧化钾的水溶液；所述碱土类金属化合物溶液为氢氧化镁、氢氧化钙、氢氧化钡和氢氧化锶中的一种或多种的水溶液。3.根据权利要求2所述的季铵盐的提纯方法，其特征在于：步骤2所述季铵盐减压浓缩条件为真空度-0.1～-0.05MPa，温度55℃～88℃。4.根据权利要求3所述的季铵盐的提纯方法，其特征在于：步骤3所...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨婷元，曹英杰，陈群，
申请(专利权)人：惠州市宙邦化工有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44