一种水相循环利用合成铁基离子液体的方法

专利名称：一种水相循环利用合成铁基离子液体的方法
技术领域：
本发明涉及铁基离子液体合成过程中废水的循环利用，尤其是铁基离子液体合成后水相的循环利用。
背景技术：
三氯化铁溶液主要用于生活污水、工业废水、饮用水的净化处理，作为高效、廉价的絮凝剂在水处理领域应用较普及；此外，它可作为染料工业的氧化剂，有机合成的催化剂和氧化剂；医用领域方面，三氯化铁晶体经蒸馏水溶解后，过滤配制38%浓度可用于消毒、止血。早期合成铁基离子液体所采用的原料是氯代咪唑、无水三氯化铁，条件为惰性气体保护，并加热(反应式为BmimCl+FeCl3 — [BmimlFeCl4),目前更多的是以氯代咪唑、六水合三氯化铁来合成，常温下反应即可，(反应式为BmimCl +FeCl3 ·Η20 — [Bmim]FeCl4+H20),因为它合成的方法简单，产物粘度更低。相比较而言，六水合三氯化铁的价格较无水三氯化铁高出很多，在合成过程中，六水合三氯化铁有一半成为废液，造成资源浪费，并且污染环境，如果涉及到铁基离子液体的大量应用，那么废液循环利用的意义将会非常深远。此废液主要的成分是三氯化铁。本发明公开的方法则将废液循环利用重新合成铁基离子液体。铁基离子液体有很好的脱硫性能，在焦炉煤气脱硫方面有着广阔的应用前景，但由于价格昂贵，目前未有工业应用的报道。通过本发明公开的技术，将水相循环利用继续合成铁基离子液体，将会产生良好的环境效益和巨大的经济效益。

发明内容
本发明公开的方法，是对废液重新处理，达到循环利用的目的，既节约了成本，又避免了废液的排放。所说废液是六水合三氯化铁与氯代咪唑以2:1的摩尔比合成铁基离子液体后的下层水相，主要成分为三氯化铁，液体浓缩后可得到过饱和溶液，其中的铁离子与氯代咪唑以2:1的摩尔比混合可再次合成铁基离子液体，生成的水相再次循环利用。一种水相循环利用合成铁基离子液体的方法，其特征在于将六水合三氯化铁与氯代咪唑以2:1的摩尔比混合反应24-48h，离心后分层，上层为目的产物铁基离子液体，下层水相经处理后其三氯化铁溶液转变成六水合三氯化铁，然后与氯代咪唑以2:1的摩尔比反应合成铁基离子液体，如此重复，实现铁基离子液体合成过程的废水零排放。进一步，蒸发铁基离子液体合成过程中产生的下层水相中的水分，在50_80°C、真空度O. IMPa下减压蒸馏，浓缩三氯化铁溶液去除率在20%以上使水相成为过饱和溶液，冷却结晶后可得到六水合三氯化铁。进一步，取下层水相溶液，按水与铁离子以6:1的摩尔比补加无水三氯化铁后，再加入按照20-100g/ml加入质量百分比浓度为36-38%浓盐酸并搅拌，静置、冷却结晶后得到六水合三氯化铁。进一步，从下层水相中制备的六水合三氯化铁与氯代咪唑反应再合成铁基离子液体，通过这种方法循环使用水相中的三氯化铁，实现铁基离子液体合成过程的废水零排放。铁基离子液体的合成与分离。氯代咪唑与六水合三氯化铁在摩尔比1:2下混合反应，低于此比例时六水合三氯化铁过量，反之，氯代咪唑的反应可能不完全，所以采用在此比例下反应24-48h，离心后分可分为两相，上层为目的产物铁基离子液体，下层为水相。I.成分分析。铁基离子液体经分析及表征结构为[Bmim]FeCl4，下层水相通过分析得到铁离子以及氯代咪唑的百分含量。2.水相溶液预处理。可由两种方法处理一是真空蒸馏除去占总质量20%以上或全部过量水分，得到过饱和三氯化铁溶液；二是补加无水三氯化铁和浓盐酸，如取100-500g下层水相溶液，按水与铁离子以6:1的摩尔比补加无水三氯化铁，再加入5ml左右的36-38%浓盐酸。3.水相的再合成。处理后的三氯化铁溶液为浓缩液，其中过饱和液通过静置结晶可得到六水合三氯化铁晶体，实际上并不需要等待变为晶体后再与氯代咪唑合成反应，即在过饱和三氯化铁溶液中加入氯代咪唑也可以合成铁基离子液体。4.水相的循环利用。下层水相由分析得到铁与氯代咪唑的含量，再计算出多余的水分，处理后的三氯化铁溶液，由所取溶液的铁摩尔数按与氯代咪唑2:1摩尔比的比例加入氯代咪唑可再次合成铁基离子液体，同时又产生了三氯化铁溶液，再次计算出多余的水分，二次循环也同样得到铁基离子液体，第三次循环利用，同样得到了目标产物。以此类推，水相循环利用。


图I实施例I的循环伏安对比图。图2实施例I的红外对比图。
图3实施例5的循环伏安对比图。图4实施例5的红外对比图。
图5流程图。
具体实施例方式下面介绍说明书附图中的流程图。六水合三氯化铁与氯代咪唑以2:1的摩尔比混合进入合成工序1，一段时间后经离心工序2分为两相，上层为目的产物铁基离子液体3，下层水相由两种方案处理，一种是选择减压蒸馏①，另一种是采用补加无水三氯化铁和36-38%浓盐酸②，两者都可得到过饱和溶液，由取料中铁物质的量以与氯代咪唑2:1摩尔比方式加入氯代咪唑5后进入再合成工序，一段时间后返回离心工序2，以此实现循环利用，达到废液的零排放。实施例I六水合三氯化铁与氯代咪唑以2:1的摩尔比混合，常温下反应24h后经离心分层，取112. 6g下层水相溶液，并通过80°C、真空度O. IMPa下减压蒸馏除去10%即11. 3g的水分，冷却至常温后以铁和氯代咪唑2:1的摩尔比加入25. 5g氯代咪唑，搅拌24h后离心，由于水相密度低，目的产物处于下层，经电化学分析氧化还原峰，并与标准的铁基离子液体比对表现出良好的氧化还原性能，红外表征所得到谱图吸光度偏弱，原因是处理后的水样未达到过饱和，使得氯代咪唑未能完全反应，目的产物铁基离子液体的合成率偏低。实施例2六水合三氯化铁与氯代咪唑以2:1的摩尔比混合，常温下反应24h后经离心分层，取124g下层水相溶液，并通过75°C、真空度O. IMPa下减压蒸馏除去20%即37. 2g的水分，冷却至常温后以铁和氯代咪唑2:1的摩尔比加入28g氯代咪唑，搅拌24h后离心取上层液体，经电化学分析产物的氧化还原峰，并与标准的铁基离子液体比对表现出良好的氧化还原性能，红外表征也一致。实施例3
六水合三氯化铁与氯代咪唑以2:1的摩尔比混合，常温下反应24h后经离心分层，取IlOg下层水相溶液，并通过70°C、真空度O. IMPa下减压蒸馏除去30%即33g的水分，冷却至常温后以铁和氯代咪唑2:1的摩尔比加入24. 9g氯代咪唑，搅拌24h后离心取上层液体，经电化学分析、红外表征产物与标准的铁基离子液体比对基本一致。实施例4水相的多次循环利用可参照实施例3的方法进行。实施例5六水合三氯化铁与氯代咪唑以2:1的摩尔比混合，反应24h后经离心分层，取112g下层水相溶液，补加无水三氯化铁50. 5g以及5ml36-38%浓盐酸后搅拌20分钟，使溶液浓缩化，随后以铁和氯代咪唑2I的摩尔比向体系中加入25. 3g氯代咪唑，搅拌24h后取上层液体，经电化学分析产物的氧化还原峰，与标准的铁基离子液体比对也能表现出良好的氧化还原性能，红外表征所得到谱图与标准的铁基离子液体一致。
权利要求
1.一种水相循环利用合成铁基离子液体的方法，其特征在于将六水合三氯化铁与氯代咪唑以2:1的摩尔比混合反应24-48h，离心后分层，上层为目的产物铁基离子液体，下层水相经处理后其三氯化铁溶液转变成六水合三氯化铁，然后与氯代咪唑以2:1的摩尔比反应合成铁基离子液体，如此重复，实现铁基离子液体合成过程的废水零排放。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于蒸发铁基离子液体合成过程中产生的下层水相中的水分，在50-80°C、真空度O. IMPa下减压蒸馏，浓缩三氯化铁溶液去除率在20%以上使水相成为过饱和溶液，冷却结晶后可得到六水合三氯化铁。
3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于取下层水相溶液，按水与铁离子以6:1的摩尔比补加无水三氯化铁后，再加入按照20-100g/ml加入质量百分比浓度为36-38%浓盐酸并搅拌，静置、冷却结晶后得到六水合三氯化铁。
4.根据权利要求I所述的方法，其特征在于从下层水相中制备的六水合三氯化铁与氯代咪唑反应再合成铁基离子液体，通过这种方法循环使用水相中的三氯化铁，实现铁基离子液体合成过程的废水零排放。
全文摘要
一种水相循环利用合成铁基离子液体的方法涉及铁基离子液体合成过程中废水的循环利用。本发明公开了一种零排放的铁基离子液体合成方法。氯代咪唑与六水合三氯化铁混合反应合成铁基离子液体后，剩余水相中含有大量的三氯化铁和水。将其中过量的水分蒸除，或者补加无水三氯化铁和36-38%浓盐酸，再按比例添加氯代咪唑，可再次合成铁基离子液体，如此重复, 从而实现铁基离子液体形成过程中的废水零排放的目的。本发明公开的方法充分利用了原料，且整个循环利用过程并不产生任何废水，因此这是一种绿色环保的方法。
文档编号C07D233/58GK102911120SQ20121040489
公开日2013年2月6日 申请日期2012年10月22日 优先权日2012年10月22日
发明者余江, 顾佳佳, 李义烁, 张婷婷 申请人:北京化工大学