甲基磺酰氟CH3SO2F电化学氟化制备三氟甲基磺酰氟CF3SO2F的方法

摘要

本发明涉及一种甲基磺酰氟CH3SO2F电化学氟化制备三氟甲基磺酰氟CF3SO2F的方法，所述方法步骤如下：(1)电化学法脱除HF中的水，经脱水后的无水HF作为第三步CH3SO2F氟化反应的反应物和电解液的溶剂；(2)电化学法脱除甲基磺酰氟CH3SO2F中的水，经脱水后的无水CH3SO2F作为第三步电化学氟化反应的反应原料；(3)将第一步得到的无水HF和第二步得到的无水甲基磺酰氟CH3SO2F，进行电化学氟化反应，电化学反应器3的气相出口为三氟甲基磺酰氟CF3SO2F、氢气H2以及因HF的挥发组成的混合物。本发明好处是：制备方法简单，提高电化学氟化产物电流效率和氟化反应操作过程安全性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备三氟甲基磺酰氟CF₃SO₂F的方法，特别涉及一种甲基磺酰氟CH₃SO₂F电化学氟化制备三氟甲基磺酰氟CF₃SO₂F的方法，属于精细化工技术领域。

背景技术

甲基磺酰氟CH₃SO₂F是在无水HF中直接进行电化学氟化反应生成三氟甲基磺酰氟CF₃SO₂F，三氟甲基磺酰氟CF₃SO₂F是合成离子液体、氟表面活性剂和锂离子电解质等的重要原料，具有广泛的应用前景，开发制备三氟甲基磺酰氟CF₃SO₂F的新工艺方法和关键技术是构筑功能型、精细型、高效率精细氟化工产品的重要研发领域。

目前，甲基磺酰氟CH₃SO₂F电化学氟化制备三氟甲基磺酰氟CF₃SO₂F的方法，是将甲基磺酰氟CH₃SO₂F制备出三氟甲基磺酰氟CF₃SO₂F。由于在CH₃SO₂F电化学氟化过程中，H₂O的含量对电化学氟化反应器的电流效率、反应产物的选择性以及电化学氟化过程操作安全性有重要的影响。通常在氟化氢HF和CH₃SO₂F中含有一定量的水分，因此目前的这种制备方法存在着如下缺陷：由于直接进入电化学氟化反应器中，这不仅会降低电化学氟化产物的电流效率；同时因H₂O在电化学氟化过程中产生OF₂等强氧化性副产物，导致产物的分离精制困难和设备的腐蚀，以及操作过程中存在安全性隐患。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种制备方法简单、能提高电化学氟化产物的电流效率、提高氟化反应操作过程安全性的甲基磺酰氟CH₃SO₂F电化学氟化制备三氟甲基磺酰氟CF₃SO₂F的方法。

实现上述目的的技术方案是：一种甲基磺酰氟CH₃SO₂F电化学氟化制备三氟甲基磺酰氟CF₃SO₂F的方法，是以甲基磺酰氟CH₃SO₂F为原料进行电化学氟化反应，所述方法步骤如下：

(1)电化学法脱除氟化氢HF中的水：在电化学反应器1中，加入氟化氢HF进行电化学脱水反应，脱除氟化氢HF的水，经脱水后的无水氟化氢HF作为第三步CH₃SO₂F氟化反应的反应物和电解液的溶剂；

(2)电化学法脱除甲基磺酰氟CH₃SO₂F中的水：在电化学反应器2中进行电化学脱水反应，脱除甲基磺酰氟CH₃SO₂F中的水，经脱水后的无水CH₃SO₂F作为第三步电化学氟化反应的反应原料；

(3)甲基磺酰氟CH₃SO₂F的电化学氟化反应：将第一步得到的无水HF和第二步得到的无水甲基磺酰氟CH₃SO₂F，在电化学反应器3中进行电化学氟化反应，电化学反应器3的气相出口为三氟甲基磺酰氟CF₃SO₂F、氢气H₂以及因HF的挥发组成的混合物。

进一步，第一步电化学反应器1是固定床反应器或平板型电化学反应器，电化学反应器1操作电压为4.0V～8.2V，操作温度为-10℃～10℃，操作绝对压力为0.1MPa～1.0MPa。

进一步，第二步电化学反应器2是固定床反应器或平板型电化学反应器，电化学反应器2操作电压为4.0V～8.2V，操作温度为0℃～40℃，操作绝对压力为0.1MPa～1.0MPa。

进一步，所述的第三步电化学反应器3是平板型电化学反应器或固定床电化学反应器，所述的电化学反应器3中CH₃SO₂F在HF中的重量百分浓度为5％～45％，电化学反应器3的表观操作电流密度为5mA/cm²～30mA/cm²，操作温度为0℃～30℃，操作绝对压力为0.1MPa～1.0MPa。

进一步，所述的电化学反应器1、2和3的阳极材料是Ni、Ni-Co、Ni-Fe或Ni-Co-Fe合金中的任意一种，阴极材料是Ni、Ni-Co、Ni-Fe、Ni-Co-Fe合金、纯Fe或低碳钢材料中的任意一种。

进一步，所述的固定床电化学反应器床层的填充材料是金属丝、金属粉或多孔材料中的任意一种作为电化学反应的电极。

采用上述技术方案的好处是：本发明是在进行电化学氟化前增加电化学除水装置，先进行电化学脱水，在原料进入电化学氟化前充分脱水，使电化学氟化过程中产生的OF₂能及早除去，这不仅提高了电化学氟化产物的电流效率，使电化学氟化过程的产物选择性的提高，同时也确保了电化学氟化反应过程的安全可靠性大大提高，同时为CH₃SO₂F电化学氟化产物的分离精制提供了有利的条件，为过程工业化提供了条件，本发明制备方法简单，制备方便，过程安全可靠。

附图说明

附图为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

主要工艺设备为：脱除HF中水的电化学反应器1、脱除甲基磺酰氟CH₃SO₂F中水的电化学反应器2和甲基磺酰氟CH₃SO₂F的电化学氟化反应器3等。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图所示，一种甲基磺酰氟CH₃SO₂F电化学氟化制备三氟甲基磺酰氟CF₃SO₂F的方法，所述方法步骤如下：

(1)电化学法脱除氟化氢HF中的水：在阳极材料为Ni丝，阴极材料为Ni板，阴极和阳极距离为2mm组成的平板型电化学反应器1中加入氟化氢HF，电化学反应器1操作电压为4.0V～8.2V，电化反应操作温度为-10℃～10℃，操作绝对压力为0.1MPa～1.0MPa进行电化学脱水反应，当电化反应的操作电压达到8.2V，表观操作电流密度≤1.0mA/cm²时，表明脱水反应基本完成，经脱水后的无水HF作为第三步CH₃SO₂F氟化反应的反应物和电解液的溶剂；

(2)电化学法脱除甲基磺酰氟CH₃SO₂F中的水：在阳极材料为Ni丝，阴极材料为Ni板，阴极和阳极距离为2mm组成的平板型电化学反应器2中加入甲基磺酰氟CH₃SO₂F，电化学反应器2操作电压为4.0V～8.2V，电化反应操作温度为0℃～40℃，操作绝对压力为0.1MPa～1.0MPa进行电化学脱水反应，当电化反应的操作电压达到8.2V，表观操作电流密度≤1.0mA/cm²时，表明脱水反应基本完成，经脱水后的甲基磺酰氟CH₃SO₂F作为第三步CH₃SO₂F电化学氟化反应的反应原料；

(3)甲基磺酰氟CH₃SO₂F的电化学氟化反应：将第一步得到的无水HF和第二步得到的无水甲基磺酰氟CH₃SO₂F，在阳极材料为Ni丝，阴极材料为Ni板，阴极和阳极距离为2mm组成的平板型电化学反应器3中进行电化学氟化反应，电化学氟化反应的操作条件是CH₃SO₂F在HF中的重量百分浓度为5％～45％，电化学反应器的表观操作电流密度为10mA/cm²～30mA/cm²，电化学反应器3的操作电压为4.2V～6.8V，操作温度为0℃～30℃，操作绝对压力为0.1MPa～1.0MPa，电化学反应器3的气相出口为三氟甲基磺酰氟CF₃SO₂F和氢气H₂以及因HF的挥发组成的混合物，进一步分离精制或进一步衍生化处理得到三氟甲基磺酰氟CF₃SO₂F或三氟甲基磺酰氟CF₃SO₂F的衍生化产物、副产物氢气H₂以及回收利用HF。

实施例二

如图所示，一种甲基磺酰氟CH₃SO₂F电化学氟化制备三氟甲基磺酰氟CF₃SO₂F的方法，所述方法步骤如下：

(1)电化学法脱除氟化氢HF中的水：在阳极材料为Ni板，阴极材料为Ni板，阴极和阳极距离为8mm组成的固定床电化学反应器1中加入氟化氢HF，电化学反应器1操作电压为4.0V～8.2V，电化反应操作温度为-10℃～10℃，操作绝对压力为0.1MPa～1.0MPa进行电化学脱水反应，当电化反应的操作电压达到8.2V，表观操作电流密度≤2.0mA/cm²时，表明脱水反应基本完成，经脱水后的无水HF作为第三步CH₃SO₂F氟化反应的反应物和电解液的溶剂；

(2)电化学法脱除甲基磺酰氟CH₃SO₂F中的水：在阳极材料为Ni板，阴极材料为Ni板，阴极和阳极距离为2mm组成的固定床电化学反应器2中加入甲基磺酰氟CH₃SO₂F，固定床电化学反应器床层的填充材料是金属丝作为电化学反应的电极，也可以采用金属粉或多孔材料作为电化学反应的电极，电化学反应器2操作电压为4.0V～8.2V，电化反应操作温度为0℃～40℃，操作绝对压力为0.1MPa～1.0MPa进行电化学脱水反应，当电化反应的操作电压达到8.2V，表观操作电流密度≤2.0mA/cm²时，表明脱水反应基本完成，经脱水后的甲基磺酰氟CH₃SO₂F作为第三步CH₃SO₂F电化学氟化反应的反应原料；

(3)甲基磺酰氟CH₃SO₂F的电化学氟化反应：将第一步得到的无水HF和第二步得到的无水甲基磺酰氟CH₃SO₂F，在阳极材料为Ni板，阴极材料为Ni板，阴极和阳极距离为2mm组成的固定床电化学反应器3中进行电化学氟化反应，电化学氟化反应的操作条件是CH₃SO₂F在HF中的重量百分浓度为5％～45％，电化学反应器的表观操作电流密度为5mA/cm²～30mA/cm²，电化学反应器3的操作电压为4.6V～7.2V，操作温度为0℃～30℃，操作绝对压力为0.1MPa～1.0MPa，电化学反应器3的气相出口为三氟甲基磺酰氟CF₃SO₂F和氢气H₂以及因HF的挥发组成的混合物，进一步分离精制或进一步衍生化处理得到三氟甲基磺酰氟CF₃SO₂F或三氟甲基磺酰氟CF₃SO₂F的衍生化产物、副产物氢气H₂以及回收利用HF。

实施例三

如图所示，一种甲基磺酰氟CH₃SO₂F电化学氟化制备三氟甲基磺酰氟CF₃SO₂F的方法，所述方法步骤如下：

(1)电化学法脱除氟化氢HF中的水：在阳极材料为低碳钢板，阴极材料为低碳钢板，阴极和阳极距离为8mm组成的平板型电化学反应器1中加入氟化氢HF，电化学反应器1操作电压为4.6V～8.0V，电化反应操作温度为-10℃～10℃，操作绝对压力为0.1MPa～1.0MPa进行电化学脱水反应，当电化反应的操作电压达到8.2V，表观操作电流密度≤1.0mA/cm²时，表明脱水反应基本完成，经脱水后的无水HF作为第三步CH₃SO₂F氟化反应的反应物和电解液的溶剂；

(2)电化学法脱除甲基磺酰氟CH₃SO₂F中的水：在阳极材料为低碳钢板，阴极材料为低碳钢板，阴极和阳极距离为8mm组成的平板型电化学反应器2中加入甲基磺酰氟CH₃SO₂F，电化学反应器2操作电压为4.8V～8.2V，电化反应操作温度为0℃～40℃，操作绝对压力为0.1MPa～1.0MPa进行电化学脱水反应，当电化反应的操作电压达到8.2V，表观操作电流密度≤1.0mA/cm²时，表明脱水反应基本完成，经脱水后的甲基磺酰氟CH₃SO₂F作为第三步CH₃SO₂F电化学氟化反应的反应原料；

(3)甲基磺酰氟CH₃SO₂F的电化学氟化反应：将第一步得到的无水HF和第二步得到的无水甲基磺酰氟CH₃SO₂F，在阳极材料为Ni板，阴极材料为低碳钢板，阴极和阳极距离为8mm组成的平板型电化学反应器3中进行电化学氟化反应，电化学氟化反应的操作条件是CH₃SO₂F在HF中的重量百分浓度为5％～45％，电化学反应器的表观操作电流密度为5mA/cm²～30mA/cm²，电化学反应器3的操作电压为4.6V～7.2V，操作温度为0℃～30℃，操作绝对压力为0.1MPa～1.0MPa，电化学反应器3的气相出口为三氟甲基磺酰氟CF₃SO₂F和氢气H₂以及因HF的挥发组成的混合物，进一步分离精制或进一步衍生化处理得到三氟甲基磺酰氟CF₃SO₂F或三氟甲基磺酰氟CF₃SO₂F的衍生化产物、副产物氢气H₂以及回收利用HF。

在电化学反应器1和2以及3的阳极材料可以是Ni或Ni-Co或Ni-Fe或Ni-Co-Fe合金中的任意一种，阴极材料是Ni或Ni-Co或Ni-Fe或Ni-Co-Fe合金或纯Fe或低碳钢材料中的任意一种，所述的固定床电化学反应器床层的填充材料是金属丝或金属粉或多孔材料中的任意一种作为电化学反应的电极。在电化学氟化反应的电化学反应器3中CH₃SO₂F在HF中的重量百分浓度为5％～45％，电化学反应器3的表观操作电流密度为5mA/cm²～30mA/cm²，操作温度为0℃～30℃，操作绝对压为0.1MPa～1.0MPa的操作条件都可以得到最佳的结果。在电化学反应器1中进行电化学脱水反应，脱除氟化氢HF中的水时，操作电压为4.0V～8.2V，操作温度为-10℃～10℃，操作绝对压力为0.1MPa～1.0MPa的操作条件可得到最佳的结果。在电化学反应器2中进行电化学脱水反应，脱除甲基磺酰氟CH₃SO₂F中的水时，操作电压为4.0V～8.2V，操作温度为0℃～40℃，操作绝对压力为0.1MPa～1.0MPa的操作条件可得到最佳的结果。

除上述各实施例，本发明的实施方案还有很多，凡采用等同或等效替换的技术方案，均在本发明的保护范围之内。