本发明属于化工产品生产领域，特别涉及一种三氯异氰尿酸的制备方法。
背景技术：
三氯异氰尿酸，学名三氯-均三嗪2,4,6(1h,3h,5h)三酮，英文名称trichloro-isocyanuric，简称tcca，结构式如下式ⅰ，分子式c3cl3n3o3，分子量230.41，纯品为白色粉末状结晶，熔点：247～251℃(分解)，易溶于丙酮、乙醇、三氯乙烯及氯仿等溶剂中，25℃时在100g水中的溶解度为1.2g，有效氯理论含量91.54％(有效氯含量的测定原理：从碘化钾中氧化出相同量的单质碘所需单质氯的质量与指定化合物的质量之比，常以百分数表示)，工业有效氯含量不低于88％(三氯异氰尿酸使用标准，该标准是对推荐性化工行业标准hg/t3263-1989《三氯异氰尿酸》修订而成)，是一种高效的消毒漂白剂，储存稳定，使用方便、安全，广泛用于食品加工、饮用水消毒，养蚕业和水稻种子的消毒，可用作纺织、造纸业的漂白剂，水果保鲜，日用化工的脱色、脱臭及杀菌等。
三氯异氰尿酸的合成方法有以下几种：
1.a.从尿素出发，经热裂解脱氨法合成氰尿酸，氰尿酸经碱溶，生成氰尿酸三钠盐，再与氯化试剂氯气生成目标产物；b.直接从氰尿酸出发，其他步骤与a相同，来合成三氯异氰尿酸。在上述制备方法中，碱和氰尿酸成盐的反应热过大，整体反应过程中难以避免生成易爆炸物质三氯化氮，对生产设备要求高，给环境造成难以避免的伤害；为了保证反应的安全性，还不得不引入其他气体来吹扫三氯化氮，使生产成本增加；在反应过程中还生成盐等副产物，使得后处理工序冗繁，产生的废水难以处理等问题。
2.氰尿酸与配置好的氯化试剂(比如cl2o，hocl，naocl等)进行反应，生成目标产物，但常采用有机溶剂作为溶剂或者根本就不用任何溶剂，在上述制备方法中，对工艺条件要求比较苛刻，后续产品分离复杂，也会造成产品与原料不易分离的难题，另外，当使用次氯酸作为氯化试剂时，由于其不稳定，会导致产品收率降低。
鉴于此，本发明提供了通过一步反应合成三氯异氰尿酸的方法。此方法原子经济性高，副产物仅是水，因此通过该方法得到的反应液中不含盐，经过滤后，母液即可作为反应溶剂进行循环套用。此方法不仅生产流程短，原子经济性高，而且还节约水资源，减轻环保压力，降低工人劳动强度，减少生产成本。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种三氯异氰尿酸的制备方法，从氰尿酸出发，以一氧化二氯为氯化试剂，以水为溶剂来制备三氯异氰尿酸。在该制备方法中，一方面，经一步反应即可制得目标产物，反应流程短；另一方面，反应原子经济性高，反应生成的唯一副产物是水，且副产物水可以返回到反应过程中循环套用。此外，该制备方法不会产生易爆炸的三氯化氮，原工艺在制备氰尿酸三钠盐的过程中由于用了强碱，会使氰尿酸开环生成游离氨，与后续过量氯气反应生成三氯化氮。该制备方法后处理过程简单，经过滤、洗涤、干燥即可得到目标产物三氯异氰尿酸。因此，通过本发明的方法制备三氯异氰尿酸，不仅大大节约了水资源，降低环保成本的投入，而且降低工人劳动强度，减少生产成本，且生产安全系数增加。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种三氯异氰尿酸的制备方法，包括以下步骤：
氯化反应步骤，以氰尿酸与一氧化二氯作为原料，以水为溶剂，进行氯化反应，得到含三氯异氰尿酸的反应后料液；
后处理步骤，将所述反应后料液进行后处理，得到目标产物三氯异氰尿酸。
所述氰尿酸与所述一氧化二氯反应原理为：
在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述氯化反应步骤具体如下：首先，在5～35℃(比如8℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、32℃)下，将所述氰尿酸与水配制成氰尿酸水浆液；然后在5～35℃(比如8℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、32℃)下，将所述一氧化二氯通入所述氰尿酸水浆液，经氯化反应得到含三氯异氰尿酸的反应后料液。
在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述氯化反应时间为4～10h(比如5h、6h、7h、8h、9h)；所述氯化反应时间从通入一氧化二氯开始至反应结束；更优选地，所述氯化反应结束时，氯化反应体系的ph值为3-4(比如3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9)，反应体系最终ph值过低会造成氰尿酸氯化效果不好，从而使产品有效氯达不到要求。
在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述氰尿酸水浆液的配制为：每100kg水中加入5～20kg氰尿酸，优选为每100kg水中加入10kg氰尿酸。当氰尿酸水浆液浓度过大时，反应体系均一性变差。
在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述氰尿酸与所述一氧化二氯的摩尔比为2:3-5(比如2:3.1、2:3.5、1:2、2:4.5、1:2.4)。
在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，将所述一氧化二氯通入所述氰尿酸水浆液的时间为2-3h。
发明人通过调节反应温度、氰尿酸与一氧化二氯的摩尔比及一氧化二氯通入氰尿酸水浆液的时间、氯化反应时间，经大量实验探究出氰尿酸与一氧化二氯反应制备单一产物三氯异氰尿酸的方法，且此方法可以工业化生产。也就是说，优选地，为了保证产物的纯度和收率更优，需要控制反应温度、氰尿酸与一氧化二氯的摩尔比及一氧化二氯通入氰尿酸水浆液的时间、氯化反应时间在本发明限定的范围内。氰尿酸与一氧化二氯的摩尔比、一氧化二氯通入氰尿酸水浆液的时间、氯化时间，三者直接影响了反应终点的ph值，也直接影响到反应的产物。当氰尿酸与一氧化二氯的摩尔比过小时，氯化反应便不能单一生成三氯异氰尿酸，会产生其他副产物比如二氯异氰尿酸等。
在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述含三氯异氰尿酸的反应后料液的制备如下：在室温下，将所述氰尿酸与水配制成10wt％的氰尿酸水浆液，然后在室温下将所述一氧化二氯通入所述氰尿酸水浆液，通入一氧化二氯的时间为2h，然后再继续反应至氯化反应体系的ph值为3，反应结束。
在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述后处理步骤包括：首先，将所述含三氯异氰尿酸的反应后料液进行过滤，得到的固体为粗品三氯异氰尿酸，滤液水返回到所述氯化反应步骤中作为溶剂水的替代品循环使用；然后将所述粗品三氯异氰尿酸烘干得到纯品三氯异氰尿酸，有效氯含量可达到88-91.5％，可以达到产品质量标准对合格品的有效氯的要求，符合工业有效氯含量的要求(有效氯≥88％)，多批生产产品质量均可保持。更优选地，所述烘干的温度为110℃，所述烘干的时间为3h。进一步优选地，所述过滤和所述烘干之间还包括：对所述粗品三氯异氰尿酸进行洗涤。
水作为一种安全、廉价易得的溶剂在工业生产中一直被广泛使用。相比于不使用水作为溶剂而言，本发明三氯异氰尿酸的制备方法中，使用水作溶剂有以下几个优点：
1、当氯化反应采用有机溶剂作为溶剂时，在反应完成后产品溶于溶剂，需要蒸除溶剂才能得到产品，需要耗费大量能源来实现，且有机溶剂的挥发等易对操作工人和环境造成不可逆的伤害；此外，由于此反应还会生成水，当使用有机溶剂作为溶剂时，破坏一氧化二氯的氯化效果，且水的生成造成不均相反应。
2、当不使用任何溶剂进行此反应时，由于是气固反应且反应会生成水，所以反应的均一性会大打折扣，容易出现表层可以发生反应但内层依然是未反应的原料，未发生反应的原料和产品均为固相，造成产品与原料不易分离。
3、而本发明使用水作为溶剂，由于得到的产品不溶于水，反应完成后分离产品的操作简单，易于掌握技术要领，同时母液无需经过处理即可循环套用，清洁无污染，也有利于节约生产成本。
本发明的技术效益为：
1.本发明的制备方法中，采用一氧化二氯作为一种新的氯化试剂代替氯气来制备三氯异氰尿酸。
2.本发明采用一步法制备三氯异氰尿酸，不仅缩短了反应流程，而且与现有技术相比在反应时间可以缩短四分之一。
3.本发明的制备方法在常温上下进行，不会增加额外生产成本。
4.本发明的反应原子经济性高，反应生成的唯一副产物是水，且副产物水可以返回到反应过程中循环套用节约水资源，减少废水的产生，减轻环保压力。
5.本发明的制备方法后处理过程简单，经过滤、洗涤、烘干即可得到纯品三氯异氰尿酸，有效氯含量可达到91.5％。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的三氯异氰尿酸的制备方法进行说明。应理解，这些实施例仅用于解释本发明而不用于限制本发明的范围。对外应理解，在阅读了本发明的内容之后，本领域技术人员对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明实施例所使用的氰尿酸、一氧化二氯等化工产品均由河北冀衡化学股份有限公司生产。
实施例1
(1)在25℃下，将2kg氰尿酸加入40l水中，搅拌均匀得到氰尿酸水浆液；
(2)在25℃下，将2.02kg一氧化二氯通入上述氰尿酸水浆液中，通入时间为2h，然后再继续反应，至反应体系ph为3.5，反应结束，自通入一氧化二氯至反应结束共耗时6h，得到含三氯异氰尿酸的反应液。
(3)将上述反应液快速过滤，滤液可返回到步骤(1)中替代溶剂水进行循环使用，固体经洗涤后于110℃烘干3h得到目标产物三氯异氰尿酸，其有效氯含量为91.0％，符合工业有效氯含量的要求(有效氯≥88％)，以氰尿酸为基准，收率为98％。
有效氯含量的测定方式按照三氯异氰尿酸国家标准中规定的方法进行。多批生产产品质量均可保持。
实施例2
(1)在25℃下，将2kg氰尿酸加入20l水中，搅拌均匀得到氰尿酸水浆液；
(2)在25℃下，将3.36kg一氧化二氯通入上述氰尿酸水浆液中，通入时间为2h，然后再继续反应，至反应体系ph为3.0，反应结束，自通入一氧化二氯至反应结束共耗时6.2h，得到含三氯异氰尿酸的反应液。
(3)将上述反应液快速过滤，滤液返回到步骤(1)中替代溶剂水进行循环使用，固体经洗涤后于110℃烘干3h得到目标产物三氯异氰尿酸，有效氯含量为91.2％，符合工业有效氯含量的要求(有效氯≥88％)，以氰尿酸为基准，收率为98％。
有效氯含量的测定方式按照三氯异氰尿酸国家标准中规定的方法进行。多批生产产品质量均可保持。
实施例3
(1)在25℃下，将2kg氰尿酸加入10l水中，搅拌均匀得到氰尿酸水浆液；
(2)在20℃下，将3.10kg一氧化二氯通入上述氰尿酸水浆液中，通入时间为2.3h，然后再继续反应，至反应体系ph为3.3，反应结束，自通入一氧化二氯至反应结束共耗时5.5h，得到含三氯异氰尿酸的反应液。
(3)将上述反应液快速过滤，滤液可返回到步骤(1)中替代溶剂水进行循环使用，固体经洗涤后于110℃烘干3h得到目标产物三氯异氰尿酸，有效氯含量为89.0％，符合工业有效氯含量的要求(有效氯≥88％)，以氰尿酸为基准，收率为95％。
有效氯含量的测定方式按照三氯异氰尿酸国家标准中规定的方法进行。多批生产产品质量均可保持。
实施例4
(1)在25℃下，将2kg氰尿酸加入16l水中，搅拌均匀得到氰尿酸水浆液；
(2)在20℃下，将2.53kg一氧化二氯通入上述氰尿酸水浆液中，通入时间为1.8h，然后再继续反应，至反应体系ph为3.5，反应结束，自通入一氧化二氯至反应结束共耗时5.4h，得到含三氯异氰尿酸的反应液。
(3)将上述反应液快速过滤，滤液可返回到步骤(1)中替代溶剂水进行循环使用，固体经洗涤后于110℃烘干3h得到目标产物三氯异氰尿酸，有效氯含量为90.5％，符合工业有效氯含量的要求(有效氯≥88％)，以氰尿酸为基准，收率为96％。
有效氯含量的测定方式按照三氯异氰尿酸国家标准中规定的方法进行。多批生产产品质量均可保持。
实施例5
(1)在25℃下，将6kg氰尿酸加入20l水中，搅拌均匀得到氰尿酸水浆液；
(2在25℃下，将6.12kg一氧化二氯通入上述氰尿酸水浆液中，通入时间为2h，然后再继续反应，直到反应体系的ph为3.0时，停止反应，得到含三氯异氰尿酸的反应液。
(3)将上述反应液快速过滤，滤液可作为溶剂水的替代品循环使用，固体经洗涤后于110℃烘干3h烘干得到目标产物三氯异氰尿酸，有效氯含量为80％，以氰尿酸为基准，收率为75％。
实施例6
(1)在25℃下，将2kg氰尿酸加入20l水中，搅拌均匀得到氰尿酸水浆液；
(2在25℃下，将4.05kg一氧化二氯通入上述氰尿酸水浆液中，通入时间为2h，然后再继续反应，直到反应体系的ph为3.0时，停止反应，得到含三氯异氰尿酸的反应液。
(3)将上述反应液快速过滤，滤液可作为溶剂水的替代品循环使用，固体于110℃烘干3h烘干得到目标产物三氯异氰尿酸，有效氯含量为91％，以氰尿酸为基准，收率为83％。
实施例7
(1)在25℃下，将2kg氰尿酸加入20l水中，搅拌均匀得到氰尿酸水浆液；
(2)在25℃下，将3.36kg一氧化二氯通入上述氰尿酸水浆液中，通入时间为0.5h，然后再继续反应，至反应体系ph为3.0，停止反应，得到含三氯异氰尿酸的反应液。
(3)将上述反应液快速过滤，滤液可作为溶剂水的替代品进行循环使用，固体于110℃烘干3h得到目标产物三氯异氰尿酸，有效氯含量为68％，以氰尿酸为基准，收率为65％。
实施例8
(1)在25℃下，将2kg氰尿酸加入20l水中，搅拌均匀得到氰尿酸水浆液；
(2)在25℃下，将3.36kg一氧化二氯通入上述氰尿酸水浆液中，通入时间为2h，然后再继续反应，自通入一氧化二氯至反应结束共耗时8h，最终反应体系ph为2.5，得到含三氯异氰尿酸的反应液。
(3)将上述反应液快速过滤，滤液可作为溶剂水的替代品进行循环使用，固体于110℃烘干3h得到目标产物三氯异氰尿酸，有效氯含量为76％，以氰尿酸为基准，收率为61％。