专利名称：高纯度离子液体制程及系统的制作方法
高纯度离子液体制程及系统技术领域：
本发明涉及一种可用于制备离子液体的制程及系统，尤其是用于制备高纯 度离子液体的制程及系统。背景技术：
离子液体作为 一种可用来进行化学反应的新型、易挥发性有机复合免溶剂 载体，吸引了业界大量关注。当使用离子液体进行化学反应时，其自身纯度将 起到很重要的作用，这是因为低纯度离子液体会对化学反应的进程起到不良的 效果。但是，由业界现有设备及已知的制程制备出的离子液体通常不具有较高 的纯度，特别是那些对于空气及水敏感的离子液体，例如，铝酸盐离子液体。 因此，业界需要一种能够制备高纯度离子液体的制程及系统。另外，虽然已有大量关于离子液体及其制程的研究，但由于其中大部分的 离子液体的制备都是在实验室规模下进行的，并不适用于工业规模下的制备。 因此，业界也急需一种可量产高纯度离子液体的制程及系统。
发明内容本发明涉及的一方面是提供一种制备离子液体的制程，其采用的技术方案 如下。使用回流及蒸馏的方法提纯提供的烷基咪唑。使用升华的方法提纯提供 的金属卤化物。提供烷基卣化物于温度可控制的储存器中，将烷基卣化物从其 储存器中输入到第一反应器中。在第一反应器中，烷基卣化物与烷基咪唑在控 制的反应温度下发生反应并生成含有目标阳离子的卣化物。当第 一反应器中的 烷基咪唑的消耗达到设定的量时，则通过增加两者间的反应温度的方式或增加烷基卣化物储存器中的烷基囟化物的温度的方式中的至少一种方式加速两者 间的反应。促使含有目标阳离子的卣化物与经过提纯处理后的金属卣化物发生 反应并生成产物离子液体。本发明涉及的又一方面是提供一种制备离子液体的系统，其采有以下技术 方案。 一种制备离子液体的系统，其包括有转子-定子式混合器、第一原料输 入装置及第二原料输入装置。其中，转子-定子式混合器用于混合固态原料及 液体原料，使得两者发生反应并生成产物离子液体。第一原料输入装置用于将 固态原料输入到转子-定子式混合器中，其包括有用于储存固态原料的储存器 以及用于将固态原料从其储存器输入到转子-定子式混合器中的马达螺杆。第 二原料输入装置用于将液态原料输入到转子-定子式混合器中，其包括有用于 将液态原料保持液态状态的温度控制元件以及第一、第二输入元件，其中第一、 第二输入元件交替的向转子-定子式混合器中输入液态原料。本发明涉及的又一方面是提供一种生产离子液体的系统，其采用以下技术 方案。 一种生产离子液体的系统，其包括有转子-定子式混合器、反应器、第 一原料输入装置、第二原料输入装置以及混合装置。其中，转子-定子式混合 器用于混合固态原料及液体原料，使得两者发生反应并生成产物离子液体。转 子-定子式混合器与反应器连接，并可将其制备出的产物离子液体输送到反应 器中。第一原料输入装置用于向反应器输入第一反应原料。第二原料输入装置 用于向反应器输入第二反应原料。混合装置用于混合产物离子液体、第一反应 原料及第二反应原料，使得第一反应原料及第二反应原料溶于产物离子液体中 并于两者间发生反应生成类似于产物离子液体的离子液体。与现有技术相比，本发明涉及的离子液体制程及系统可进行高纯度的离子 液体的制备及量产，从而解决业界对于高纯度离子液体制程及系统的需求。
图1为本发明涉及的制备离子液体EMICA1的流程图； 图2为本发明涉及的使用不同干燥方法干燥MIM所获得的干燥效果的示 意图；图3为本发明涉及的回流系统.的组成示意图； 图4为本发明涉及的蒸馏系统的组成示意图；图5为本发明涉及的使用不同金属杂质去除方法所获得的金属杂质去除效果的示意图；图6为本发明涉及的升华系统组成示意图；图7为本发明涉及的高压反应器系统组成示意图；图8为图7虚线所示的局部放大图，其中涉及的连接相对简化；图9为本发明涉及的高通量混合系统组成示意图；图l.O为图9所示的高通量混合系统组成的简化示意图；图11为本发明涉及的可进行大量离子液体生产的量产离子液体系统组成示意图。具体实施方式
本发明涉及的一方面是提供一种离子液体的制程和系统，其通过促使烷基 咪唑(alkyl imidazole )与烷基卣化物(alkyl halide )发生反应生成含有目标阳 离子的卣化物(halide )。然后在促使含有目标阳离子的卣化物与金属卣化物 〔metal halide )反应生成目标离子液体。本发明涉及的离子液体的制程和系统 可用于制备的离子液体包括但不局限于以下举例l—ethyl_3_methylimidazolium chloride/aluminum chloride (EMIC/(A1C13)X)、 l一butyl—3—methylimidazoli腿chloride/aluminum chloride (BMIC/(A1C13)X)、l~ethyl_3—methylimidazolium chloride/zinc chloride (EMIC/(ZnCl2)x) 类似的离子液体。以下应用本发明涉及的离子液体制程及系统制备离子液体l-乙基—3-曱 基口米口坐一四氯4b4吕(l一ethyl-3—methylimidazolium tetrachloroaluminate, 以下筒 称EMICA1)对本发明作举例性说明。如图1所示，EMICA1的整个制程可包括三个主要阶^::提纯原料阶段、 合成1—乙基—3—甲基咪唑-氯化物(l~ethyl—3-methylimidazolium chloride,以下 简称EMIC)阶段、合成EMICA1阶段。为了保证最终产品EMICA1的高纯 度，每一阶段都需要严密监控并减少污染物，特别是水和金属。为防水，整个制程最好在干燥的惰性气体环境中进行，反应原料中的l-曱 基咪唑(l_methylimidazole，以下简称MIM)及氯乙烷(ethyl chloride,以下 简称EtCl)最好经过干燥处理。而A1C13中的金属污染物最好通过升华 (sublimation)去除。且，EMIC以及EMICA1的制程可设置为具有可减少金 属含量的功效。另外，EMIC的制程中MIM的转化率最好为或接近于100%。一、提纯原料阶段如前所述，本发明涉及的高纯度离子液体制程的第一阶段为提纯原料。其 中涉及到的原料包括MIM、 EtCl以及A1C13。以下将详细描述MIM以及A1C13 的提纯过程。而由于EtCl的提纯将与EMIC的合成同步进行，故而EtCl的提 纯将在后文描述。(A)提纯MIM:提纯MIM可使用的方法很多。其中一种提纯方法包括有干燥步骤及蒸馏 步骤。干燥MIM可以是在干燥的惰性气体环境下将MIM存储于CaH2上，或是于CaH2上进行回流(refluxing MIM oVer Cffit2 )。在一个'实施方式中，在干 燥的惰性气体环境下，将MIM存储于4 wt。/。的CaH2上七天，如此，可使MIM 中的水含量降低到大约300 ppm (此处及后文中，所涉及的水含量均为质量比， 而金属含量均为摩尔比)。在又一个实施方式中，在250。C下，对MIM在4wt。/。 的CaH2上进行回流12个小时，如此，可使MIM中的水含量降低到大约65卯m。 另夕卜，还可通过增加CaH2的含量从4wt。/。至8 wt%,使得水含量进一步降低到 30 ppm,若在进一步的增加回流时间从12小时至36小时，水含量还可在进一 步的降低到低于3 ppm。不同干燥方法的获得干燥效果如图2所示。图3、 4显示了 一种可用于进行提纯MIM (例如，回流蒸馏提纯)的提纯 系统。提纯系统包括一个用于收容MIM进行回流及蒸馏处理的三颈烧瓶311。 三颈烧并瓦311先与回流装置连接组成回流系统31 (如图3所示)以进4亍MIM 的回流，然后在与蒸馏装置连接组成蒸馏系统32 (如图4所示)以进行MIM 的蒸馏。(a) MIM的回流处理首先，将三颈烧jf瓦311及所使用的回流装置于KOH中浸泡一整夜，然后 于O.lmol的HC1中清洗10分钟。然后使用去离子水清洗并在7(TC下干燥3 小时。自然降温后，将它们组装形成一个如图3所示的回流系统31。除了三颈 烧瓶311外，回流系统31还包括位于三颈烧瓶311内的搅拌器313、安装于三 颈烧瓶311第 一瓶颈312上的瓶塞315、与三颈烧瓶311第二瓶颈连接并具有 玻璃阀319的冷却器317、与三颈烧瓶第三瓶颈连接的阀316以及与阀316连 接的可用于引入外部干燥气体/真空的开关阀318。在一个实施方式中，搅拌器 为磁动搅拌器，引入的干燥气体为氩气。所有的连接可用少量油脂和夹子密封。其次，使用真空/氩气技术(vac皿m/Ar technique )(也就是，先经过真空处 理，然后在由干燥的氩气填充，且两个处理过程各需重复进行几次)对回流系统进行处理，以除去回流系统中附着的水。其中在真空处理过程中，关闭玻璃阀319,打开阀316及开关阀318通入氩气。真空处理及氩气填充处理各重复 四次，然后回流系统在氩气中降温。第三，打开冷却器317,置放加热装置314于三颈烧瓶311下，伴随连续 通入的氩气流，将MIM及8%的CaH2从第一瓶颈处312装填入三颈烧瓶311 内。完成MIM及CaH2装填后，使用瓶塞315封闭第一瓶颈312,然后对整个 系统即刻进行真空处理及干燥氩气填充。为保证完全去除系统中的空气，真空 处理及氩气填入将各重复3次。最后，加热回流系统31到200-250。C,并保持回流处理持续36个小时。(b) MIM的蒸馏处理当经过回流处理过的MIM在氩气流中冷却后，所需要的蒸馏装置也完成 清洗、组装及干燥。如图4所示，蒸馏系统32包括有三个具有不同容量的第 一、第二、第三三颈烧瓶321、 323、 325及蒸馏适配器(distilling adapter )。其 中第一、第二、第三三颈烧瓶321、 323、 325安装于蒸馏适配器327上以用于 分馏，在三颈烧瓶311与其配接前，蒸馏适配器327的第一端口 328先暂时与 长颈瓶329 (作为盖子)连接。为防止空气进入到系统内，第一阀322、第二阀324、第三阀326设置于氩气管路上。拆下长颈瓶329,将冷却器317从三颈烧瓶311上拆下，将三颈烧瓶311在氩气的保护下^f又代长颈瓶329安装到蒸馏适配器的第一端口 328上，进而完成蒸馏系统32。蒸馏开始前，先使用铝箔使得三颈烧瓶311与蒸馏适配器327隔热。除了三颈烧瓶311，使用加热枪(heat gun)对蒸馏系统32其他组件进行加热，同时对整个蒸馏系统32进行4次真空处理及氩气填充处理。在一个实施方式中，在蒸馏过程中'，加热装'置？14设定为'140。C ，并将MIM 蒸馏温度及压力分别控制在35。C和8.5X1(T2 Mbar。蒸馏获得的MIM可进入任 一第一、第二及第三三颈烧瓶321、 323、 325。其中一个实施方式可以是，在 蒸馏的开始，蒸馏荻得的MIM依次进入小容量及中容量的第三、第二三颈烧 瓶325、 323中，当中容量的第二三颈烧瓶323存有一定量的MIM后，在最后 进入到大容量的第一三颈烧瓶321。如此操作的原因在于，刚开始获得的蒸馏 MIM可能会含有杂质使其不符合要求。蒸馏完成后，阀326连接到氩气管路 上，第一三颈烧瓶321在氩气的保护下从蒸馏系统上拆下并用封口膜(parafilm ) 密封。(B)提纯A1C13A1C13中主要的杂质包括与水形成的氢氧化物、硫酸盐以及如Fe、 Cr、 Ni、 Zn、 Mri、 Mg、 Cu、 Pb等等金属。干燥环境下的升华处理可去除这些杂质。很多种升华方法可在此使用，以下介绍的三种升华方法仅为举例。所使用 的第一种升华方法为常规使用，其在实施过程中并不使用任何添加物。此种方 法可有效去除AlCl3中除Fe外的其他金属杂质。而第二种方法则添加了 NaCl (例如，3%的NaCl)。第三种升华方法则是添加NaCl和铝粉(例如，3%的 NaCl和3。/。的Al)。第二及第三种升华方法均能有效地去除金属杂质，可优先 采用第三种方法，这是因为添加的铝粉可帮助抑制氯化铁的形成，而A1C13中 若铁含量较高可能会是重大问题。-图5显示了三种升华方法获得的金属杂质去 除效果。以下将对第三种方法作详细描述，作为举例。如图6所示， 一种升华系统6，其包括有升华烧瓶61、冷却器63及加热装 置65。其中升华烧并瓦61通过阀67与真空/氩气转换管路(vacuum/Ar switchable line)连接。使用时，首先，先对系统所使用的玻璃组件进行清洗，然后组装形成系统并使用加热枪在真空环境下对其进行午'燥。在一个实施方式中，将5克铝粉浸渍于100毫升0.1mol/l的HC1水溶液中2小时以除去其表层的氧化物， 然后在60。C及氩气环境下，对处理过的铝粉干燥5小时。将100克A1C13、 3 克NaCl以及3克处理过的Al粉装入500毫升容量的塑料瓶内，然后使用涡流 混合器(vortex mixer)在900rpm的设置下，对其进行混合处理0.5小时。然 后将混合物随连续的氩气流输送至升华烧瓶61内。随后关闭升华烧瓶，对升 华烧^f瓦的内部进行三次真空处理及氩气填充处理。为除去有机杂质，可能需要对AlCl3混合物进行12个小时的真空预处理。 真空预处理可通过将升华系统与真空管路连接实行，同时需将升华烧瓶61的 温度升高至90。C。当升华处理开始后，对升华烧瓶61填充氩气，并将其与用于控制升华压力 的可i周式5世压阀(over pressure valve ) 68连接。在一个实施方式中，升华处理 的实施压力为1 bar。关闭阀67,开始进行水冷，加热装置65的温度升至210°C 并保持约2小时直到A1C1;升华处理停止。当升华处理停止后，关闭压力阀67,使用持续的氩气流对升华系统降温。 最后，将提纯的A1C13取出放置于手套箱60内。其中，先关闭压力阀67, 并使用橡胶管601封闭冷却进口 611及冷却出口 612，以此种方式进行可使湿 气不会进入到手套箱内。使用玻璃研钵对提纯的AlCl3研磨至20~60目大小的 粉末，然后将其置于样品瓶602内，并用石蜡膜(paraffin film)密封，然后将 样品瓶602置放于氩气环境下的干燥器内，并使用P40,。作为干燥剂。 二、合成EMIC阶段在高压反应器(Autoclave)中，MIM与EtCl反应可生成一种高吸水性离 子液体EMIC。以下为其反应式<formula>formula see original document page 14</formula>EMIC的合成最好在高压下进行，或是反应过程中压力要达到一定程度(例 如，8 bar)才可，并且由于合成EMIC的一个主要要求是避水(少于50 ppm )， 整个过程最好在干燥及惰性气体环境下进行。此外，MIM的转化率要非常高 (例如,99.999%)，金属总含量要非常低(例如，低于50ppm)。(A)高压反应器系统如图7所示，其图示了一种用于合成EMIC所使用的高压反应器系统。其 中高压反应器系统7包括有高压反应器71、 EtCl存储瓶73及向其输入EtCl 的装置、MIM存储瓶75及向其输入MIM的装置、EMIC取样瓶77。整个系 统被置放于一个通风厨(hood) 702内，如此使得任何散发出的气体可被排出。 与材料4是纯系统类似，高压反应器系统7也会配备干燥系统(dry gas/vacuum system )。氩气自其源处700开始，经过硅胶干燥剂(silica gel )、 KOH、分子 筛4A ( molecular sieve 4A)及P4O10与玻璃珠(glass beads )等填充柱(column) 710 (此四个填充柱共同使用标号710)干燥后，在经由一个真空通道701向通 风厨702内的第一、第二、第三及第四通道703、 704、 705、 706布气。其中 第一通道703与高压反应器71连接，第二通道704与EtCl存储瓶73连接， 第三、第四通道则在取样时，分别与MIM存储瓶75及EMIC存储瓶77连接。如前所述，EtCl的提纯与EMIC的合成同步进行。EtCl中的主要杂质为水 和HC1。由于EtCl的沸点为12°C,因此其容易被提纯。在一个实施方式中， 将用于合成EMIC的EtCl原料压缩装填于存储瓶73中，在压缩装填过程中，EtCl原料自其供给源处707开始，通过装有KOH的填充柱714 (通过HC1与 KOH反应形成水和KC1,以除去HCl)除去HCl,然后通过装填有？401()及玻 璃珠的填充柱715除去水，最后进入到EtCl存储瓶73内。在EMIC合成过程 中，EtCl自其存储瓶73流入到高压反应器71内。在一个实施方式中，高压反应器系统7会在8bar的压力下运行，因此系统 最好于P40w填充柱后设置2(im的气体过滤器(gas filters) 711、 712、 713以防止系统,皮干燥剂污染。为减少EMIC中的金属含量，高压反应器71的内壁可以涂布不易与反应原 料及反应产物反应的材料，且其可承受反应温度及压力。在一个实施方式中， 高压反应器内壁可涂布Teflon材料。以下将详细描述EMIC的合成操作。(B) 高压反应器系统的准备及高燥使用前，需先检查高压反应器系统是否存有漏洞。其中一个实施方式中， 漏洞检查包括真空检查及高压检查。另外，为制备无水产物，需要干燥高压反 应器系统。在一个实施方式中，緩慢加热高压反应器系统至110。C以去除其上 附着的水，然后使用如前所述的真空/惰性气体技术干燥整个系统所使用的管 路、EtCl存储瓶及高压反应器。(C) EtCl输入关闭阀V6以断开EtCl存储瓶与系统后续部分的连接，在氩气流中，降低 油浴温度至-30。C (阀V7和V14处于打开状态)在输入EtCl之前，可先对存储瓶73进行几分钟的真空处理，真空处理过 程中，关闭阀V14，打开阀V18。然后关闭阀V7，打开阀V1、 V2、 V3、 V4、V5、 V30、 V31,使得原料EtCl通过填充柱7l4、 —715净化后进入到存储瓶73 内，经过12小时的压缩输入后，大约400克的EtCl被输入到存储瓶73内， 关闭阀V1、 V2、 V3、 V4、 V5、 V30、 V31。(D) MIM输入在与高压反应器系统连接前，可能会在手套箱内，将装有提纯的MIM的 烧瓶的玻璃盖子换为硅胶盖(silicon cover)。在一个实施方式中， 一个直径为 1/8英寸的不锈钢管穿过硅胶盖，使得MIM存储瓶75与高压反应器71在闼 Vll处形成连接。硅胶盖使用封口膜密封。在持续通入氩气的条件下(阅V9、 V12 、 Vll、 751、 V15处于打开状态)， MIM存储瓶75与高压反应器71连接。然后关闭阀Vll,打开阀V15、 V19 使得干燥的氩气通入并取代存储瓶内原有的空气。打开阀Vll,在纯净的氩气 流下，MIM进入到存储瓶75内。为控制输入的MIM的量，存储瓶75上可设 置刻度。(E) EMIC取样对于EMIC的取样，为保i正对高压放应器71内合成出的EMIC进行取样， 具有玻璃阀771的取样瓶77通过阀V10与高压反应器71连接。其中，可使用 金属管保证连接的密封性。当取样瓶77与高压反应器71连接后，对其即刻进行真空处理(阀V17 处于打开状态)，并使用加热枪对其进行加热以除去其表面附着的水。然后关 闭阀V17,输入氩气(阀V13处于打开状态)。此操作重复四次。然后，取样瓶77保存在真空中(玻璃阀771处于关闭状态)，緩慢打开阀 V10放出EMIC,当采样完成后，打开阀V13及玻璃阀771向取样瓶77输入氩气，在氩气流下，快速将取样瓶的硅胶羞置换为玻璃塞。然后，应用真空/ 氩气技术对取样瓶内的气体环境进行三次替代。最后，使用封口膜密封取样瓶77,其内存有的EMIC已可进行^是纯处理。(F) 实验运行实验在封闭的环境中进行。实—睑过程中，除了岡V5、 V6、 V8及用于输 入EtCl的阀处于打开状态外，其他阀均处于关闭状态。当实验结束后，高压 反应器被拆下并清洗。(G) 关键控制因素合成EMIC反应会释方文出大量的热。由于交叉产物(cross products): dimethyl— imidazoliumchlorid及diethyl—imidazoliumchlorid可在温度高于90°C 时生成，因此，在反应速度足够快的条件下，反应温度T1 (如图8所示)最 好控制在90。C下(例如，8CTC)。因此，高压反应器可能是外部加热、内部冷 却。在一个实施方式中，高压反应器外部加热到80°C,而内部进行水冷。进入 到高压反应器内的EtCl的浓度通过其局部压力自动控制，这种局部压力可通 过EtCl (EtCl供给源)的温度控制。在一个实施方式中，EtCl供给源的溫度通 过油浴716加热EtCl存储瓶73的温度T2 (如图8所示)控制。在一个实施方 式中，EtCl供给源的温度起始设定为80°C。在MIM与EtCl反应的过程中，当预定的量的MIM被消库毛进而转化为 EMIC后，这时需要对反应进行加速。通常，预定的量为相较于反应初始输入 的MIM的量的80%或以上。加速反应可通过以下方式实现增加反应温度Tl、 增加EtCl浓度、增加EtCl供给源温度T2或是以上方式的组合(例如，同时 增加反应温度T1及EtCl供给源温度T2)。在一个实施方式中，其设定条件如下初始条件EtCl : MIM的输入比例=3:1; Tl = 80°。并持续24小时； T2二80。C并持续24小时；当超过90%的MIM转化为EMIC后，反应条件 Tl= 90。C并持续24~72小时； T2= 120。C并持续24~72小时； 压力二8bar进一步的，整个反应过程可使用电脑720进行控制。 三、合成EMICA1阶段接下来的步骤为将EMIC与AlCl3反应合成EMICA1。这一反应的主要问题在于将固态A1C13与液态EMIC均匀混合在一起。 在一个实施方式中，反应在转子-定子式混合器(rotor-stator mixer)中进 行，转子-定子式混合器有很多不同的实施例，其中一种实施方式，其可以是由位于美国加州Palo Alto市的亚申公司制造的一种高通量混'合器(high throughput mixer,以下筒称HTMX)。如图9、 IO所示，其图示了一种高通量 混合系统8,其包括有HTMX81 。(A)设定高通量混合系统如图9所示，高通量混合系统8的HTMX81包括有第一组件811及第二 组件812,其中第一组件811作为转子安装于作为定子的第二组件812内并于 两者间形成环状处理腔814, EMIC与AlCl3于处理腔814内混合并反应。反应 温度可通过油浴813的方式控制。对于HTMX的进一步描述，请参看中国专 利申请第200610172190.0号，该专利所揭示内容也将作为本申请的内容。高通量混合系统8还进一步包括第一原料输入装置83,其用于将固态A1C13 输入到HTMX81中。在一个实施方式中，AlCl3粉末被储存于第一原料输入装 置83的储存器831中，然后通过马达螺杆(screw motor) 832緩慢将其输入到 HTMX。另外，于马达螺杆的一端还可设置搅拌器用于确保固态AlCl3均匀输 入到HTMX中。为了防止湿气污染，将输入装置83及HTMX81共同置放于一个充满惰性 干燥气体的处理腔84内，同时对处理腔持续输入干燥氩气。氩气的输入流量 和压力可以分别是1升/分钟和2 bar。高通量混合系统8还包括用于将EMIC以液态的形式输入到HTMX81中 的第二原料输入装置85。第二原料输入装置85包括有用于存储EMIC的储存 器851及用于将EMIC输入到HTMX81中的第一、第二注射器853、 854。由 于EMIC在室温下为固态，因此，所有与EMIC相关的管路、储存装置均需要 被加热，如储存器851、第一注射器853、第二注射器854及其所使用的管路。在一个实施方式中，其为将这些元件加热到8crc。第二输入装置在使用时，其包括第一、第二输入状态，如图IO所示，在第一输入状态下，第一注射器853 将EMIC输入到HTMX81中，而第二注射器854则通过对储存器851增加氩 气压力进行填充EMIC。在第二输入状态下，第一注射器853进行填充EMIC, 而第二注射器854向HTMX81输入EMIC。两种状态重复进行，进而实现向 HTMX连续输入EMIC。再参看图9所示，高通量混合系统8还进一步包括有用于收集EMICA1的 收集瓶871及废料瓶872，两者均与HTMX81及氩气/真空系统连接。收集瓶 871及废料瓶872之间设有转向阀873。(B)合成程序EMICA1的合成程序包括以下步骤(a)清洗并干燥整个系统；(b)开始 反应；(c)收集样品。以下将揭示一个具体实施方式
作为举例。(a) 清洗并干燥整个系统高通量混合系统8的各组件将被拆下并进行清洗，先使用水和丙酮清洗， 然后于烘箱内在12(TC下干燥数小时。干燥结束后，再次组装成系统。当反应原料EMIC及A1C13于外部的手套箱内存储到各自的储存器内后， 在真空环境下，加热HTMX至100。C并保持90分钟。然后，至少经过三次真 空/氩气处理，对高通量混合系统8连续通入氩气，氩气流量可以是1000毫升 /分钟。由于EMIC于室温下为固态，需加热EMIC的储存器851及第一注射器 853、第二注射器854至12CTC，以使得EMIC处于液态并保持。(b) 开始反应将油浴813的温度、HTMX的转子811转速、EMIC的流速及A1C13的流 速设置为预定值。然后输入EMIC到HTMX81内。当EMIC从HTMX中流出 进入到废料瓶872中时，第一原料输入装置83开始向HTMX81输入A1C13， 进而开始进行EMIC与A1C13间的反应。(c)收集样品当高通量混合系统开始稳定运转时，将开关阀873由废料瓶872转向 EMICAl收集瓶871 。当收集到一定量EMICAl后，移走收集瓶871 ，并使用封 口胶将其密封，经过真空处理后将其储存于手套箱内或是以P40u)为干燥剂的 干燥箱内。—当反应结束后，分拆高通量混合系统并清洗。大规模生产EMICAl的量产制程及量产系统有时候，会需要进行EMICAl的大量生产。因此，本发明的又一方面是涉 及一种可进行大量EMICAl生产的EMICAl量产制程及量产系统，其使用由转 子-定子式混合器制备出的EMICAl作为种子溶剂，然后向其内同时溶解A1C13 及液态或粉末态的EMIC,进行EMICAl的合成，以此完成大规模的EMICAl 的生产。如图ll所示， 一种EMICAl量产系统100,其包括有混合器子系统101, 反应器子系统102 、 A1C13输入子系统104以及EMIC输入子系统105,其中反 应器子系统包括有用于大量生产EMICAl的反应器103 ，例如高压反应器。混 合器子系统101用于制备种子EMICAl,并将其输入到反应器子系统的反应器 103内。AlCl3输入子系统104可通过前述的马达螺杆( screw motor)进行AICI3 的输入。反应器子系统103可以还包括有用于混合种子EMICAl与反应原料AlCl3和EMIC的搅拌器/混合器106。通过此种量产系统，EMICAl可被大量生产。且，此种系统可以不需要使 用额外的溶剂，即可大量生产高纯度的EMICA1，而若使用额外的溶剂，则生 产出的EMICAl还需经过提纯处理，从而又筒化了获得大量高纯度的EMICAl 的制程。
权利要求
1.一种制备离子液体的制程，其特征在于，其包括以下步骤提供烷基咪唑，并使用回流及蒸馏的方法提纯所述烷基咪唑；提供金属卤化物，并使用升华的方法提纯所述金属卤化物；提供烷基卤化物于温度可控制的储存器中，将所述烷基卤化物从其储存器中输入到第一反应器中，在所述第一反应器中，所述烷基卤化物与所述烷基咪唑在控制的反应温度下发生反应并生成含有目标阳离子的卤化物；当所述第一反应器中的烷基咪唑的消耗达到设定的量时，则通过增加所述反应温度的方式或增加所述烷基卤化物储存器中的烷基卤化物的温度的方式中的至少一种方式加速两者间的反应；以及促使所述含有目标阳离子的卤化物与所述经过提纯处理后的金属卤化物发生反应并生成产物离子液体。
2. 如权利要求1所述的离子液体制程，其特征在于，其中在所述烷基卣化物与 所述烷基咪唑的反应开始时，所述烷基囟化物储存器中的烷基卣化物的温度与 所述反应温度大致相等，并随着反应的继续，两者同时升高，而当所述第一反 应器中所述烷基咪唑的消耗达到设定的量时，所述烷基卣化物储存器中的烷基 卣化物的温度将高于所述两者间的反应温度。
3. 如权利要求1所述的离子液体制程，其特征在于，其中所述烷基咪唑消耗设 定的量为所述烷基咪唑反应前的量的80%。
4. 如权利要求1所述的离子液体制程，其特征在于，其中所述烷基咪唑为甲基 咪唑，烷基卣化物为氯乙烷、丁基氯、烯丙基氯及溴乙烷中的一种，金属卣化物为A1C13 、 A旧i"3及ZnCl2中的 一种。
5. 如权利要求4所述的离子液体制程，其特征在于，其中回流所述曱基咪唑时， 其温度范围为100-300°C ，回流时间超过12小时，使用的CaH2的含量范围为 4 8wt%。
6. 如权利要求4所述的离子液体制程，其特征在于，其中所述蒸馏是在温度 35°C、压力小于8.5Xl(T2mbar的真空环境下进行的。
7. 如权利要求1所述的离子液体制程，其特征在于，其中所述含有目标阳离子 的囟化物与经过提纯处理的金属卣化物是在转子-定子式混合器中进行反应。
8. 如权利要求1所述的离子液体制程，其特征在于其还进一步包括将所述金 属卣化物、所述含有目标阳离子的卣化物及所述产物离子液体输入到第二反应 器中的步骤。
9. 如权利要求8所述的离子液体制程，其特征在于，其还包括以下步骤将所 述金属卣化物、所述含有目标阳离子的卣化物溶于所述产物离子液体中，并相 互混合，以使得所述金属囟化物与所述含有目标阳离子的卣化物间发生反应并 生成与所述产物离子液体相类似的离子液体。
10. —种生产离子液体的系统，其特征在于，其包括有转子-定子式混合器，以用于混合固态原料及液体原料使得两者发生反应 并生成产物离子液体；与所述转子-定子式混合器连接的反应器，其中所述产物离子液体可被输 送到所述反应器中；用于向所述反应器输入第 一反应原料的第 一原料输入装置；用于向所述反应器输入第二反应原料的第二原料输入装置；以及混合装置，用于混合所述产物离子液体、第一反应原料及第二反应原料， 以使得所述第 一反应原料及第二反应原料溶于所述产物离子液体中并于两者 间发生反应生成类似于产物离子液体的离子液体。
11. 如权利要求10所述的离子液体生产系统，其特征在于，其中所述转子-定子式混合器被置放于惰性气体环境。
12. 如权利要求IO所述的离子液体生产系统，其特征在于，其中所述第一原料 输入装置包括有用于储存第一原寿牛的储存器以及用于将所述第一原料从其储 存器输入到所述反应器中的马达螺杆。
13. —种制备离子液体的系统，其特征在于，其包括有转子-定子式混合器，以用于混合固态原料及液体原料使得两者发生反应 并生成产物离子液体；第一原料输入装置，以将所述固态原料输入到所述转子-定子式混合器中， 其中所述第一原料输入装置包括有用于储存所述固态原料的储存器以及用于 将所述固态原料从其储存器输入到所述转子-定子式混合器中的马达螺杆；第二原料输入装置，以将所述液态原料输入到所述转子-定子式混合器中， 其中所述第二原料输入装置包括有用于将所述液态原料保持液态状态的温度 控制元件以及第一、第二输入元件，其中所述第一、第二输入元件交替的向所 述转子-定子式混合器中输入液态原料。
14. 如权利要求13所述的离子液体制备系统，其中所述第二输入装置的第一、 第二输入元件设置为这样当所述第一输入元件向所述转子-定子式混合器输 入所述液态原料时，所述第二输入元件则进^"装载所述液态原料；而当所述第二输入元件向所述转子-定子式混合器输入所述液态原料时，所述第一输入元 件则进行装载所述液态原料。
15. —种制备离子液体的制程，其特征在于其包括有以下步骤提供烷基咪唑、烷基卣化物及金属卣化物，并提纯提供的所述烷基咪唑、 烷基卣化物及金属卣化物；促使所述烷基咪唑与所述烷基囟化物发生反应并生成含有目标阳离子的 卣化物；将所述金属卣化物与所述含有目标金属阳离子的卣化物输入到转子-定子 式混合器中；混合所述金属卣化物与所述含有目标金属阳离子的卣化物以使两者在所 述转子-定子式混合器内发生反应并生成产物离子液体。
16. 如权利要求15所述的离子液体制程，其特征在于其中所述经过提纯处理 的烷基咪唑被输送到反应器中，所述经过提纯处理的烷基卣化物被输送到与所 述反应器连接的温度可控制储存器中，当输送所述烷基卣化物从其储存器进入 到所述反应器中时，其输入的浓度通过控制所述储存器内的温度进行控制。
17. 如权利要求15所述的离子液体制程，其特征在于，其还包括以下步骤将 由所述转子-定子式混合器制备出的产物离子液体、金属卣化物及含有目标阳 离子的卣化物输送到反应器中，混合所述产物离子液体、金属卣化物及含有目 标阳离子的卣化物，以使得所述金属卣化物及含有目标阳离子的卣化物溶解于 所述产物离子液体中并相互反应以生成类似产物离子液体的离子液体。
全文摘要
本发明揭示了一种制备离子液体的制程，其包括以下步骤使用回流及蒸馏的方法提纯提供的烷基咪唑。使用升华的方法提纯提供的金属卤化物。提供烷基卤化物于温度可控制的储存器中，将烷基卤化物从其储存器中输入到第一反应器中。在第一反应器中，烷基卤化物与烷基咪唑在控制的反应温度下发生反应并生成含有目标阳离子的卤化物。促使含有目标阳离子的卤化物与经过提纯处理后的金属卤化物发生反应并生成产物离子液体。本发明涉及的离子液体的制程及系统可进行高纯度的离子液体的制备及量产。
文档编号C07D233/58GK101230041SQ200710181069
公开日2008年7月30日 申请日期2007年9月29日 优先权日2006年9月29日
发明者青 刁, 吴昌柱, 周绍一, 王尤崎, 王桂林, 解金春, 谢广平, 赵贤忠, 隋丹娜 申请人:亚申科技研发中心(上海)有限公司