一种氨基锂钾的合成方法与流程

本发明属于材料合成领域，具体涉及一种氨基锂钾的合成方法。

背景技术：

氨基锂钾是一种金属氨基化合物，具备金属氨基化合物体系的高含氢量，热力学及动力学变化多端等特点，可作为良好的储氢材料。同时它是作为钾化合物改性li-n-h体系中非常重要的中间体，并且可以单独作为一元储氢材料参与吸放氢的反应，提高储氢体系的吸放氢性能。目前制备氨基锂钾的方法比较少，具体为通过三氨基锂二钾与氢化锂在氢气环境下加热的方法得到氨基锂钾。[yongfengliu,yaxiongyang,xinzhang,youli,mingxiagaoandhonggepan.insightsintothedehydrogenationreactionprocessofak-containingmg(nh2)2–2lihsystem,royalsocietyofchemistry,2015,8.]以上方法存在着反应复杂、难分离，安全性低等缺点。

氨基锂钾是一种良好的储氢材料，但目前的合成工艺还不够全面高效。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种简单、高效安全合成氨基锂钾的方法。

本发明是将氨基锂与氟化氨基锂钾通过机械球磨后转移至反应器加热最后反应生成氨基锂钾和氟化锂，然后用液氨分离获得氨基锂钾。具体的技术方案如下：

一种氨基锂钾的合成方法，包括以下步骤：

(1)在惰性气氛下，将氨基锂与氟化氨基锂钾按一定比例加入到球磨罐中，并按一定的球料比加入磨球后密封球磨罐；

(2)将球磨罐抽成真空后，向其中通入氨气；

(3)将球磨罐装在球磨机上并以一定的转速球磨一定时间；

(4)待球磨完后，先收集球磨罐中的气体，再在惰性气氛下将球磨后的固体从球磨罐中取出并转移至反应器；

(5)将反应器抽真空后，以一定速率加热步骤(4)球磨后固体至设定的温度后反应一定时间；

(6)反应结束后，步骤(5)产物经后处理得到氨基锂钾。

步骤(1)和(4)中所述的惰性气氛为氩气、氮气、氩气/氮气混合气体。

步骤(1)中所述的氨基锂与氟化氨基锂钾的摩尔比为3：1。

步骤(1)中所述的球料比为(30～80)：1，所述球料比是指磨球的质量与氨基锂和氟化氨基锂钾的总质量之比。

步骤(2)中通入氨气后容器内压力为1～5bar。

步骤(3)中所述的球磨转速为300～500r/min，球磨时间为20～80h。

步骤(5)中所述的反应器加热速率为2～10℃/min，加热温度为250～350℃，反应时间为10～50h。

步骤(6)中所述的后处理为：将步骤(5)固体产物转移至液氨分离器，经固液分离，氟化物不溶于液氨溶液进而被分离，收集液体后将液氨溶液中的液氨转化为氨气并收集，剩余固体即为氨基锂钾。

该合成方法所涉及到的化学反应方程式为：

liknh2f+3linh2→li3k(nh2)4+lif

本发明与现有技术相比，其有益效果主要体现在：

(1)本发明方法反应条件无需使用氢气，并且操作安全性能高。

(2)本发明方法利用氨基锂与氟化氨基锂钾反应生成氨基锂钾，是一种高效、简单且成本低的合成技术。

附图说明

图1为实施例1中反应生成产物的傅里叶红外光谱图。

具体实施方式

下面以具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明，但本发明的保护范围不限于此。

实施例1

在氩气气氛下，将0.69g氨基锂与0.81g氟化氨基锂钾均匀混合加入球磨罐中，其中磨球总重量与物料总重量比为60：1，用真空泵将球磨罐抽成真空后，往其中通入3bar的氨气，使球磨罐于500r/min的转速连续球磨24h。球磨完后将气体进行回收，然后转移球磨后固体产物至反应器，抽完真空后以2℃/min的加热速率加热到300℃，保温反应24h。待反应结束反应器温度降到室温后，将所得到的氨基锂钾与氟化锂的混合物装入分离容器，氨气冷凝后引入容器，最后经过固液分离将固体氟化锂过滤掉。转移到室温环境下，待得到的产物中的液氨挥发完，即获得氨基锂钾。图1为产物对应的傅里叶红外光谱图，所得产物为氨基锂钾。

实施例2

在氩气气氛下，将0.92g氨基锂与1.08g氟化氨基锂钾均匀混合加入球磨罐中，其中磨球总重量与物料总重量比为30：1，用真空泵将球磨罐抽成真空后，往其中通入1bar的氨气，使球磨罐于500r/min的转速连续球磨80h。球磨完后将气体进行回收，然后转移球磨产物至反应器，抽完真空后以5℃/min的加热速率加热到350℃，保温反应10h。待反应结束反应器温度降到室温后，将所得到的氨基锂钾与氟化锂的混合物装入分离容器，氨气冷凝后引入容器，最后经过固液分离将氟化锂过滤掉。转移到室温环境下，待得到的产物中的液氨挥发完，即获得氨基锂钾。

实施例3

在氮气气氛下，将1.15g氨基锂与1.35g氟化氨基锂钾均匀混合加入球磨罐中，其中磨球总重量与物料总重量比为50：1，用真空泵将球磨罐抽成真空后，往其中通入4bar的氨气，使球磨罐于300r/min的转速连续球磨20h。球磨完后将气体进行回收，然后转移球磨产物至反应器，抽完真空后以6℃/min的加热速率加热到250℃，保温反应50h。待反应结束反应器温度降到室温后，将所得到的氨基锂钾与氟化锂的混合物装入分离容器，氨气冷凝后引入容器，最后经过固液分离将氟化锂过滤掉。转移到室温环境下，待得到的产物中的液氨挥发完，即获得氨基锂钾。

实施例4

在氩气和氮气的混合气氛下，将1.38g氨基锂与1.62g氟化氨基锂钾均匀混合加入球磨罐中，其中磨球总重量与物料总重量比为80：1，用真空泵将球磨罐抽成真空后，往其中通入5bar的氨气，使球磨罐于400r/min的转速连续球磨30h。球磨完后将气体进行回收，然后转移球磨产物至反应器，抽完真空后以10℃/min的加热速率加热到300℃，保温反应30h。待反应结束反应器温度降到室温后，将所得到的氨基锂钾与氟化锂的混合物装入分离容器，氨气冷凝后引入容器，最后经过固液分离将氟化锂过滤掉。转移到室温环境下，待得到的产物中的液氨挥发完，即获得氨基锂钾。

以上所述的实施例只是本发明的较佳方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

技术特征：

1.一种氨基锂钾的合成方法，其特征在于：包含如下步骤：

(1)在惰性气氛下，将氨基锂与氟化氨基锂钾按一定比例加入到球磨罐中，并按一定的球料比加入磨球后密封球磨罐；

(2)将球磨罐抽成真空后，向其中通入氨气；

(3)将球磨罐装在球磨机上并以一定的转速球磨一定时间；

(4)待球磨完后，先收集球磨罐中的气体，再在惰性气氛下将球磨后固体转移至反应器；

(5)将反应器抽真空后，以一定速率加热步骤(4)球磨后固体至设定的温度后反应一定时间；

(6)反应结束后，步骤(5)产物经后处理得到氨基锂钾。

2.如权利要求1所述的一种氨基锂钾的合成方法，其特征在于：步骤(1)和(4)中所述的惰性气氛为氩气、氮气、氩气/氮气混合气体。

3.如权利要求1所述的一种氨基锂钾的合成方法，其特征在于：步骤(1)中所述的氨基锂与氟化氨基锂钾的摩尔比为3：1。

4.如权利要求1所述的一种氨基锂钾的合成方法，其特征在于：步骤(1)中所述的球料比为(30～80)：1。

5.如权利要求1所述的一种氨基锂钾的合成方法，其特征在于：步骤(2)中通入氨气后容器内压力为1～5bar。

6.如权利要求1所述的一种氨基锂钾的合成方法，其特征在于：步骤(3)中所述的球磨转速为300～500r/min，球磨时间为20～80h。

7.如权利要求1所述的一种氨基锂钾的合成方法，其特征在于：步骤(5)中所述的反应器加热速率为2～10℃/min，加热温度为250～350℃，反应时间为10～50h。

8.如权利要求1所述的一种氨基锂钾的合成方法，其特征在于：步骤(6)中所述的后处理为：将步骤(5)产物转移至液氨分离器，经固液分离，收集液体后将液氨转化为氨气，得到氨基锂钾。

9.如权利要求1所述的一种氨基锂钾的合成方法，其特征在于：该合成方法所涉及到的化学反应方程式为：

liknh2f+3linh2→li3k(nh2)4+lif。

技术总结
本发明涉及材料合成领域，具体涉及一种氨基锂钾的合成方法。针对现有氨基锂钾的合成方法比较少，合成过程比较复杂且成本高的问题，本发明提供了一种氨基锂钾的合成方法。本发明所述合成方法是用氟化氨基锂和氨基锂为原料，在惰性气体的保护下，装入到封闭的球磨罐中通入氨气后进行球磨，球磨后的产物在反应器中加热生成了氨基锂钾及氟化锂，经液氨分离后即可得到氨基锂钾。提供了一种工艺简单、成本低的合成氨基锂钾的方法。

技术研发人员：梁初;胡梦茹;孙鑫;张文魁;甘永平;黄辉;张俊;夏阳
受保护的技术使用者：浙江工业大学
技术研发日：2020.08.14
技术公布日：2020.12.22