一种固体螯合剂哌嗪-N,N-双二硫代氨基甲酸钠的合成方法技术

本发明专利技术提供了一种固体螯合剂哌嗪

【技术实现步骤摘要】
一种固体螯合剂哌嗪
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N,N
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双二硫代氨基甲酸钠的合成方法


[0001]本专利技术涉及有机合成应用
，尤其涉及一种固体螯合剂哌嗪
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N,N
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双二硫代氨基甲酸钠的合成方法。

技术介绍

[0002]随着垃圾焚烧飞灰量日益增加，开发安全有效的飞灰螯合剂，提高螯合剂的水溶性和稳定性，优化合成工艺，降低成本，促进新型螯合剂的商品化显得尤为重要。
[0003]哌嗪
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N,N
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双二硫代氨基甲酸盐(以下简称BPD)是一种重金属螯合剂也叫做重金属捕集剂、捕获剂等。其分子量大小适中且具有合理的分子空间结构，具有良好的螯合捕集效率和沉降性能。该类螯合剂可以用于各种含重金属离子的垃圾焚烧飞灰稳定化、工业废水处理、重金属污染土壤修复等使用。市场上常见的BPD螯合剂以哌嗪
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N,N
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双二硫代氨基甲酸钾溶液(以下简称BPD
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K)为主。
[0004]现有BPD
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K合成工艺中仍然存在反应时间长、合成过程中副产物不容易控制、固体产品不易制备、得到的液体产品运输和储存不方便和生产成本高等问题。仅有的哌嗪
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N,N
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双二硫代氨基甲酸钠(以下简称BPD
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Na)合成技术，因其所用原材料复杂，配比不够精确，反应过程不易控制，反应时间长，产品收率不够理想，生产和使用成本高于BPD
‑/>K等，而不为市场所接受。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于，针对现有技术的上述不足，提出一种固体螯合剂哌嗪
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N,N
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双二硫代氨基甲酸钠的合成方法。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：
[0007]本专利技术提供的一种固体螯合剂哌嗪
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N,N
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双二硫代氨基甲酸钠的合成方法，所述方法包括以下步骤：
[0008]步骤S1、哌嗪的仲胺负离子化阶段：
[0009]将无水哌嗪、四甲基胍和氢氧化钠溶液溶解水中，加热反应一段时间得到溶液A；
[0010]步骤S2、哌嗪的仲胺负离子化阶段：
[0011]将二硫化碳滴加到步骤S1得到的溶液A中，保持温度并反应，得到哌嗪
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N,N
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双二硫代氨基甲酸钠溶液；
[0012]步骤S3、结晶阶段：
[0013]将步骤S2得到的哌嗪
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N,N
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双二硫代氨基甲酸钠溶液进行常温结晶，固液分离，洗涤，干燥，粉碎，得到哌嗪
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N,N
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双二硫代氨基甲酸钠粉末结晶固体；
[0014]步骤S4、二次结晶阶段：
[0015]将步骤S3得到的哌嗪
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N,N
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双二硫代氨基甲酸钠溶液加入结晶溶剂，低温放置进行二次结晶，固液分离，干燥，粉粹，得到哌嗪
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N,N
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双二硫代氨基甲酸钠白色结晶粉末产品。
[0016]进一步的，步骤S1中，所述氢氧化钠溶液的质量浓度为：40％～45％。
[0017]进一步的，步骤S1中，所述哌嗪与折合100％NaOH加入量的摩尔比为1:1.96～2.05；所述哌嗪与二硫化碳摩尔比1:2.02～2.08；所述哌嗪与水摩尔比为1:14.3～15.4。
[0018]进一步的，步骤S1中，所述四甲基胍用量为哌嗪重量的0.3％
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0.8％。
[0019]进一步的，步骤S1中，所述反应的加热温度为20～42℃，反应时间为：15～20min。
[0020]进一步的，步骤S2中，二硫化碳滴加过程中保持反应温度25～30℃，二硫化碳滴加时间为10～15min；待二硫化碳滴加完成后，继续加热反应20～30min。
[0021]进一步的，步骤S3中，所述结晶温度为0～35℃。
[0022]进一步的，步骤S4中，所述结晶溶剂包括乙醇、丙酮、乙酸乙酯和乙酸异丙酯中的一种或多种。
[0023]进一步的，步骤S4中，所述二次结晶温度为0～5℃。
[0024]本专利技术还提供了哌嗪
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N,N
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双二硫代氨基甲酸钠产品。
[0025]本专利技术提供的技术方案带来的有益效果是：
[0026](1)本专利技术提供的固体螯合剂哌嗪
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N,N
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双二硫代氨基甲酸钠的合成方法，所用原材料种类少，合成步骤少，反应时间短，反应易控制，制备得到的固体产品纯度高，收率高，而且固体产品更有利于储存和运输。该合成方法选用强碱性有机化合物四甲基胍为催化剂，协同氢氧化钠再配合其他操作条件，加快了哌嗪与氢氧化钠、二硫化碳反应速度，并缩短了反应时间。因合理的温度控制，取消了回流冷凝操作和对逸出二硫化碳的吸收，缩短了二硫化碳的滴加时间，简化了操作步骤，降低了能耗。钾、钠两种离子虽然同属碱金属，且性质类似，但其离子半径存在差别。因此，钠离子与哌嗪所形成的结构更易于形成晶体，而且晶体产品的纯度高。本专利技术合成过程中反应充分，不容易生成副产物，反应结束时溶液透明，无白色沉淀物和黑色细小颗粒，产品中未检测到杂质含量，产品纯度近100％。所制备的产品外观为无色晶体或白色结晶粉末，避免了现有BPD
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K工艺制备的液体产品所带来的储存和运输方面的问题，同时也避免了二硫代氨基甲酸根存在水解倾向带来的液体产品不稳定问题，故固体产品的稳定性更好。
[0027](2)本专利技术提供的合成方法，操作简单，对设备要求低，生产成本低，且制备的哌嗪
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双二硫代氨基甲酸钠固体产品稳定性好，货架期可达三年，具备市场竞争力。
[0028](3)本专利技术提供的哌嗪
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N,N
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双二硫代氨基甲酸钠固体产品对重金属离子的去除效果好，对飞灰无害化处理效果好，符合国家标准。
附图说明
[0029]图1为本专利技术提供的固体螯合剂哌嗪
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N,N
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双二硫代氨基甲酸钠的实物图；
[0030]图2(a)为本专利技术提供的固体螯合剂哌嗪
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N,N
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双二硫代氨基甲酸钠的核磁共振氢谱图；
[0031]图2(b)为本专利技术提供的固体螯合剂哌嗪
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N,N
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双二硫代氨基甲酸钠的核磁共振碳谱图；
[0032]图2(c)为本专利技术提供的固体螯合剂哌嗪
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N,N
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双二硫代氨基甲酸钾的核磁共振氢谱图；
[0033]图2(d)为本专利技术提供的固体螯合剂哌嗪
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N,N
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双二硫代氨基甲酸钾本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固体螯合剂哌嗪
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N,N
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双二硫代氨基甲酸钠的合成方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：S1、哌嗪的仲胺负离子化阶段将无水哌嗪、四甲基胍和氢氧化钠溶液溶解水中，加热反应一段时间得到溶液A；S2、仲胺负离子与二硫化碳双重亲核反应阶段将二硫化碳滴加到步骤S1得到的溶液A中，继续加热并反应，得到哌嗪
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N,N
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双二硫代氨基甲酸钠溶液；S3、结晶阶段将步骤S2得到的哌嗪
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N,N
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双二硫代氨基甲酸钠溶液进行结晶，固液分离、洗涤、干燥和粉碎，得到哌嗪
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N,N
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双二硫代氨基甲酸钠粉末结晶固体。S4、二次结晶阶段将步骤S3得到的哌嗪
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N,N
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双二硫代氨基甲酸钠溶液加入结晶溶剂，低温放置进行二次结晶、固液分离、干燥、粉粹，得到哌嗪
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双二硫代氨基甲酸钠白色结晶粉末产品。2.如权利要求1所述的一种固体螯合剂哌嗪
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双二硫代氨基甲酸钠的合成方法，其特征在于：步骤S1中，所述氢氧化钠溶液的质量浓度为：40％～45％。3.如权利要求2所述的一种固体螯合剂哌嗪
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N,N
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双二硫代氨基甲酸钠的合成方法，其特征在于：步骤S1中，所述哌嗪与NaOH加入量的摩尔比为1:1.96～2.05；所述哌嗪与二硫化碳摩尔比1:2.02～2.08；所述哌嗪与水摩尔比为1:14.3～15....

【专利技术属性】
技术研发人员：杨书逸，杨飞，陶庆文，周英玖，石磊明，徐三善，周梅阳，
申请(专利权)人：江西鸿运环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：