本发明专利技术涉及一种超纯N-甲基吡咯烷酮生产方法，以工业级N-甲基吡咯烷酮为原料，经预处理，4A分子筛吸附脱水，分别通过β-环糊精复合膜，18-冠-6复合膜进行两次膜过滤，滤液经减压精馏，收集得到的馏分冷凝后通过微孔膜进行三级膜过滤，制备得到目标产物。用本发明专利技术方法得到的超纯N-甲基吡咯烷酮纯度达99.8％及以上，含水量小于0.03％，单一金属离子含量小于1ppb，符合国际半导体设备和材料组织制定的化学材料部分8级(SEMI?C8)标准。本发明专利技术与现有技术相比较，产品质量稳定，操作简便，适于工业化连续生产。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种超纯N-甲基吡咯烷酮的生产方法，具体涉及一种符合SEMIC8标准的超纯N-甲基吡咯烷酮的生产方法。
技术介绍
N-甲基吡咯烷酮(N-methylpyrrolidone，简称NMP)属于氮杂环化合物，是一种重要的化工原料，被广泛应用于石油化工、农药、医药、电子材料等领域，其中，电子级N-甲基吡咯烷酮在微电子工业，半导体行业中，可用于精密仪器或线路板的清洗剂、光刻胶脱除液、IXD液晶材料生产的溶剂、以及锂电池的电极辅助材料等，其纯度和洁净度对电子产品的成品率、电性能及可靠性都有着十分重要的影响。近年来由于IT工业的迅速发展，特别是随着集成电路的尺寸向微小化和处理向高速化方向发展，对超纯电子级N-甲基吡咯烷酮等电子级化学品的纯度提出了更为苛刻的要求。现有技术中，N-甲基吡咯烷酮采用Y-丁内酯为原料与甲胺进行胺解反应，生成 N-甲基-4-羟基丁酰胺，经升温，加压，脱水过程制备得到。这是N-甲基吡咯烷酮目前唯一的工业生产方法，美国GAF、德国BASF和日本三菱化成等公司的大规模生产都采用此法。 在进一步纯化过程中，由于NMP的沸点与原料Y-丁内酯的沸点仅差2°C，用精馏方法很难使二者分离，一般采用多级精馏的方式生产超纯电子级试剂。美国专利US4965370，欧洲专利EP346086A2的方法是采用先向NMP (反应体系)中加入碱金属或碱金属盐除去杂质金属离子，再通过分步精馏得到高纯度的NMP。日本专利 JP06-279401A和JP08-109167A皆采用多次精馏的工艺制备得到高纯NMP，但这些方法投入成本高，能耗大，过程控制困难，危险性高，难以进行规模化的工业生产。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种超纯N-甲基吡咯烷酮的生产方法，以克服现有技术的方法中制备过程繁琐，过程控制困难的不足。本专利技术的技术构思为本专利技术以工业级N-甲基吡咯烷酮为原料，经预处理、4A分子筛吸附脱水后，分别通过采用孔径为0. 1 0.2μπι的络合剂复合膜进行两次膜过滤，将滤液进行减压精馏，得到的馏分冷凝后采用络合剂复合微孔膜进行三级膜过滤，制备得到目标产物。其中，所述络合剂指的是能与金属离子形成络合离子的化合物。本专利技术的技术方案将甲胺气体通入工业级N-甲基吡咯烷酮中，在20 40°C下反应0. 5 1. 5小时， 以5 7L/min的流速通过4A分子筛吸附塔脱水，将过滤得到的预处理液采用孔径为0. 1 0. 2 μ m的复合膜进行两次膜过滤，得到的滤液在20 SOKPa下进行减压精馏，从精馏塔顶收集80 120°C的馏分，得到的馏分在冷凝后采用微孔膜进行三级膜过滤，即得目标产物。本专利技术甲胺与工业级N-甲基吡咯烷酮的质量比为2 8 1，优选为3 7 1 ；脱水工艺温度控制在20 40°C。本专利技术中，所述精馏过程，在精馏塔2/3处的轻质馏分排放口，以3 5L/min的流量排放轻质馏分，从精馏塔顶口收集80 120°C的N-甲基吡咯烷酮馏分，将馏分冷却得到目标产物。本专利技术中，所述预处理液进行的两次膜过滤为采用络合剂复合复合膜进行过滤， 优选地，第一次膜过滤采用β-环糊精复合膜过滤，第二次膜过滤采用18-冠-6复合膜过滤ο本专利技术中，所述三级膜过滤为采用18-冠-6复合膜进行膜过滤。其中，所述β -环糊精复合膜或18-冠-6复合膜等络合剂复合膜可按如下方法制备将固相载体高岭土研磨成200 300目的细粉粒，与粘结剂聚乙烯醇混合均勻，低温干燥，在800 900°C温度下烧结，冷却至室温，用络合剂β -环糊精或18-冠-6进行浸渍吸附，制得孔径为0. 1 0. 2 μ m络合剂与固相载体高岭土的复合膜，即β -环糊精复合膜或18-冠-6复合膜。本专利技术中的所述制备超纯N-甲基吡咯烷酮流程中与物料相接触的反应器及各流程的物料传输管道均由高纯石英制成；所用的储槽由高纯全氟材料制成。其中，所述全氟材料指的是与碳原子相连的氢原子全部被氟原子所取代的高分子材料，如聚四氟乙烯、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物等。用本专利技术方法得到的超纯N-甲基吡咯烷酮纯度达99. 8%以上，水分含量小于 0. 02%，大于0. 5 μ m的尘埃颗粒低于10个/ml，单一金属离子的含量小于Ippb，符合国际半导体设备和材料组织制定的化学材料部分8级(SEMI C8)标准。与现有技术相比，本专利技术超纯N-甲基吡咯烷酮的生产方法的优点在于1.本专利技术通过对N-甲基吡咯烷酮进行预处理，可有效去除掺杂在原料中的Y-丁内酯杂质，避免了产品质量不稳定，生产成本高的等问题。2.本专利技术采用β-环糊精复合膜，18-冠-6复合膜进行膜过滤能够有效去除杂质金属离子，操作简便，效果好，适于工业化连续生产。附图说明图1为本专利技术超纯N-甲基吡咯烷酮的生产方法的工艺流程图。1为高纯石英反应器，2为过滤器，3为4Α分子筛吸附器，4为一级膜过滤器，5为二级膜过滤器，6为精馏塔，7为产品馏分收集槽，8为轻质馏分收集槽，9为三级膜过滤器，10 为成品槽。具体实施例方式实施例1(一)N-甲基吡咯烷酮预处理液的制备带有加热装置、搅拌装置、温度计和气体分配器的500L纯石英反应器1中，加入工业级N-甲基吡咯烷酮350kg，控制温度30 士 5°C，并在搅拌条件下通过气体分配器将甲胺气体以5L/min的流速连续通入工业级N-甲基吡咯烷酮中(投料比甲胺气体工业级NMP =4 1，质量比)，并维持该温度反应1小时；将所得N-甲基吡咯烷酮通入过滤器2中过滤， 之后在30 40°C下，以6L/min的流速通过Φ400 X 600mm的4A分子筛吸附器3脱水，得到 N-甲基吡咯烷酮预处理液。(二)N-甲基吡咯烷酮的生产方法将N-甲基吡咯烷酮预处理液以0. 5MPa的压力下依次通入一级膜过滤器4和二级膜过滤器5中，通过0. Ιμπι孔径的β-环糊精复合膜进行一级膜过滤，和0. Ιμπι孔径的 18-冠-6复合膜进行二级膜过滤，除去杂质金属离子和固体颗粒。将得到的滤液压入精馏塔6 (塔釜500L，塔径300mm，塔高5000mm)内，在80KPa，塔顶温度120°C的条件下精馏。精馏过程中，在精馏塔2/3处的轻质馏分排放口以3 5L/min的流量收集轻质馏分，将轻质馏分存放于收集槽8内(回收再利用)；将从精馏塔顶收集得到的NMP馏分冷凝后存放于产品馏分收集槽7内，并通过高纯石英管道输送至三级膜过滤器9中，在0. 5MPa压力下进行三级膜过滤，得到超纯N-甲基吡咯烷酮产品，并存于高纯全氟储槽10内。对产品进行纯度检测，包括色度以钼-钴标准液为标准色，用目视比色法分析； NMP含量采用气相色谱分析；水含量采用卡尔·费休法分析；蒸发残渣用重量法分析；阳离子采用等离子质谱(ICP-MQ分析；阴离子采用离子交换色谱分析。测试仪器的名称及型号参见表2，其纯度检测结果见表1。实施例2(一)N-甲基吡咯烷酮预处理液的制备带有加热装置、搅拌装置、温度计和气体分配器的纯石英反应器中，加入工业级 N-甲基吡咯烷酮350kg，控制温度在35士5°C，在搅拌条件下通过气体分配器将甲胺气体以6L/min的流速连续通入工业级N-甲基吡咯烷酮中(投料比甲胺气体工业级NMP = 6 1，质量比)，并维持该温度反应1.5小时；之后在20本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：詹家荣，茅惠萍，沈哲瑜，
申请(专利权)人：上海化学试剂研究所，
类型：发明
国别省市：
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