一种高效合成三氟碘甲烷的装置的制作方法

本实用新型涉及一种高效合成三氟碘甲烷的装置。

背景技术：

三氟碘甲烷(CF3I)的温室效应潜值(GWP)＜5，臭氧损耗潜值(ODP) 为0，已被联合国列为第3代环保制冷剂的主要组元。除了可作为新型气体灭火剂和制冷剂外，在含氟中间体、半导体蚀刻、发泡剂等其它领域也有广泛的应用前景。

CF3I文献报道CF3I合成工艺众多，主要的方法有：

(1)全氟羧酸盐热解法：以CF3COM(M＝Ag，Na，K，Hg，Pb，Ba)和碘(I2)为原料，在强极性溶剂中加热分解制备CF3I，这也是最早被提出具有工业化和实用价值的合成方法，(J.Am.Chem.Soc.1950(72)：584-587.3806-7，J. Chem.Soc.，1951(2)：584-587.)。其中以银盐的热解产率较高，但价格昂贵。 Paskovich等发现，钠盐或钾盐在二甲基甲酰胺(DMF)回流下，可提高CF3I 产率到70％左右，(J.Org.Chem.，1967，32(3)：833-835.)。许华堂等以环丁砜替代DMF为溶剂，得到CF3I的产率为80％左右，(化学试剂，1989，11(2)： 123.)。

(2)三氟甲烷碘化法：日本专利JP52068110报道以三氟甲烷(CF3H)和 I2为原料，活性炭负载碱金属或碱土金属为催化剂制备CF3I。催化剂表现出较好的催化活性，由于反应温度高，催化剂积碳严重，寿命较短，并且产生的高聚物增加了循环利用未反应I2的难度。

(3)法国专利FR2794456中提出以五氟乙烷(C2F5H)和I2为原料的合成路线，该工艺具有和三氟甲烷碘化法类似的催化体系，原料气通过活性炭负载的碱金属或碱土金属催化剂床层可以得到CF3I。

综上所述，现有制备CF3I的方法存在原料价格昂贵、成本高，反应溶剂用量大，产物收率低、选择性差、原料利用率低等一系列问题。因此，找到一条操作简单，选择性高的CF3I合成路线至关重要。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种操作简单、产物选择性高的合成CF3I的装置。为了达到上述目的，本实用新型通过以下技术方案实现：

本实用新型提供一种高效合成三氟碘甲烷的装置，所述装置包括反应器，所述反应器入口连接CF3COOH汽化器和碘蒸发器；所述反应器出口依次连接第一收集器、第二收集器、碱洗罐、干燥器、吸附器，冷阱。

采用上述装置合成CF3I的方法，CF3COOH蒸汽和碘蒸气，在催化剂作用下，反应生成三氟碘甲烷；

所述催化剂是以活性炭或石墨烯为载体负载1～10wt％KNO3和2～7wt％ RbNO3的催化剂；CF3COOH蒸汽和碘蒸气的摩尔比为1：1～2：1；反应温度为450-550℃；反应时间为10-15min；CF3COOH蒸汽的流量为10-20mL/min。

进一步地，在上述技术方案中，将得到的三氟碘甲烷依次通入第一收集器、第二收集器、碱洗罐、干燥器和吸附器，除去杂质和水份；第一收集器外利用循环水进行加热；碱洗罐的碱液为NaOH溶液；干燥器中的干燥剂为硅胶；吸附器中的吸附剂为分子筛。

进一步地，在上述技术方案中，一级收集器外循环水的温度为70-80℃；碱洗罐中NaOH溶液的浓度为0.1-5％；吸附器中吸附剂为5A分子筛。

进一步地，在上述技术方案中，利用冷阱对三氟碘甲烷进行接收。

进一步地，在上述技术方案中，收集三氟碘甲烷冷阱的温度为-70℃。

进一步地，在上述技术方案中，CF3COOH蒸汽是由温度为100℃的汽化器汽化产生；碘蒸气是由温度为200℃的碘蒸发器产生。

采用本实用新型装置高效合成CF3I是以活性炭或石墨烯为载体负载 1～10wt％KNO3和2～7wt％RbNO3的催化剂，使CF3COOH蒸汽和碘蒸气在高温反应器中发生化学反应而生成CF3I，然后依次通过NaOH溶液，硅胶和分子筛来有效去除CF3I中的杂质和水分，由此合成的CF3I的产率高达90％，由于催化剂选用事宜，并且工艺步骤设计合理，不仅可以加快反应速率，提高产量，从而可以提高反应物的利用率，节约能源，有望实现工业化生产，从而满足当前的市场需求。

附图说明

图1为本实用新型的高效合成三氟碘甲烷的装置结构示意图；

图中，1、CF3COOH汽化器；2、碘蒸发器2；3、反应器；4、第一收集器； 5、第二收集器；6、碱洗罐；7、干燥器；8、吸附器；9、冷阱。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，一种高效合成三氟碘甲烷的装置，所述装置包括反应器3，所述反应器3入口连接CF3COOH汽化器1和碘蒸发器2；所述反应器3出口依次连接第一收集器4、第二收集器5、碱洗罐6、干燥器7、吸附器8，冷阱9。

合成催化剂：将3.0g KNO3和5g RbNO3溶解在500mL水中，向其中加入100 g活性炭，超声处理30min，静置过夜；过滤，将固体分离物在100℃下烘干5h，然后在高纯氮气气氛下500℃煅烧2h，制得催化剂。

采用上述装置合成CF3I

(1)CF3COOH蒸汽和碘蒸气按摩尔比1：1进入500℃反应器3，反应器3 中装有100g催化剂，控制CF3COOH蒸汽的流量为20mL/min，CF3COOH和碘的反应时间为10min生成CF3I。

(2)使上述CF3I气体依次通入第一收集器4、第二收集器5、碱洗罐6、干燥器7、吸附器8，除去H2O、CO2、HF等杂质。第一收集器4外利用80℃水进行循环；碱洗罐6中的碱液为0.5％NaOH溶液；干燥器7中的干燥剂为硅胶；吸附器8中的吸附剂为5A分子筛。最后通过-70℃的冷阱9对CF3I溶液进行接收，CF3I的收率为84.6％。

实施例2

1、合成催化剂：将7.0g KNO3和0.7g RbNO3溶解在500mL水中，向其中加入100g石墨烯，超声处理30min，静置过夜；过滤，将固体分离物在100℃下烘干5h，然后在高纯氮气气氛下500℃煅烧2h，制得催化剂。

2、合成CF3I

(1)CF3COOH蒸汽和碘蒸气按摩尔比2：1进入550℃反应器，反应器中装有100g催化剂，控制CF3COOH蒸汽的流量为20mL/min，CF3COOH和碘的反应时间为10min生成CF3I。

(2)使上述CF3I气体依次通入第一收集器4、第二收集器5、碱洗罐6、干燥器7、吸附器8，除去H2O、CO2、HF等杂质。第一收集器4外利用80℃水进行循环；碱洗罐6中的碱液为0.5％NaOH溶液；干燥器7中的干燥剂为硅胶；吸附器8中的吸附剂为5A分子筛。最后通过-70℃的冷阱9对CF3I溶液进行接收，CF3I的收率为90.7％。