本发明属于化学合成领域，具体涉及一种气相催化氟化三氯乙醛制备三氟乙酸的方法。
背景技术：
三氟乙酸(cf3cooh，缩写：tfa)，无色挥发性发烟液体，熔点－15.6℃，沸点72.4℃，密度1.489g/cm3(20℃)，与乙酸气味类似，有吸湿性和刺激性臭味。受吸电子性的三氟甲基的影响而有强酸性，酸性比乙酸强十万倍。三氟乙酸在205℃以上稳定，在苯胺存在下分解成氟仿和二氧化碳。三氟乙酸主要用于合成多种含三氟甲基和杂环的除草剂；作为极强的质子酸，它广泛用于芳香族化合物烷基化、酰基化、烯烃聚合等反应的催化剂；作为溶剂，三氟乙酸是氟化、硝化及卤代反应的优良溶剂，特别是其衍生物三氟乙酰基对羟基和氨基的优良保护作用，在氨基酸和多肽化合物合成方面有着非常重要的应用，三氟乙酸作为制备离子膜的原料和改性剂，可大幅提高烧碱工业电流效率，延长膜的使用寿命；在反相色谱分离多肽和蛋白质的实验中，使用三氟乙酸作为离子对试剂是常见的手段。
已报道的三氟乙酸的制备方法主要有①simons电解氟化法(us2519983，us2717871)，以乙酐或乙酰卤为原料，其中以乙酰氟更为理想，经电解氟化后，生成气态三氟乙酰氟由电槽上部流向吸收塔，将酰氟以碱水解成盐后用硫酸酸化并蒸出三氟乙酸产品，该法能耗高，三氟乙酸中间体三氟乙酰氟在与氢气分离的过程成本较高，转化率低且制备过程中消耗大量硫酸。②日本专利jps60239435报道的利用高锰酸钾氧化1,1,1-三氟-2,3,3三氯丙稀得到三氟乙酸，该方法原料需要通过六氯丙烯的swarts氟化制取，且生成副产物三氟乙酰氯，需要消耗大量一次水接触转变为三氟乙酸，废水量大导致环保压力增大。③专利cn201310478647.0公开一种三氟乙酸的制备方法，将1,1-二氟乙烷或其氯代物通过紫外光催化与氯气反应后，再经过催化氧化、催化氟化得到三氟乙酰氯，最后水解得到三氟乙酸，该法步骤繁琐且反应收率低。④专利us5041647报道了1，1-二氯-2，2，2-三氟乙烷（hcfc-123）与氧气和水在金属卤化物催化下进行气相氧化反应，制得三氟乙酸以及三氟乙酰氯的方法。该方法中原料hcfc-123较难与其异构体hcfc-123a分离，且反应过程中会产生较多副产物。
技术实现要素：
本发明的目的在于针对现有技术所存在的不足提供一种三氯乙醛制备三氟乙酸的技术方案，通过气相氟化的方法使得制备工艺简单、经济环保，同时提高三氯乙醛的转化率和三氟乙酸的选择性，减少能耗，经济效益显著。
本发明提出的一种气相催化氟化三氯乙醛制备三氟乙酸的方法，包括以下步骤：步骤一，氟化催化反应；步骤二，氧化催化反应；步骤三，成品收集；其中：
在步骤一中，
三氯乙醛加热为气态后与无水氟化氢（hf）混合通入固定床反应器中，在铬基氟化催化剂的作用下发生氟化反应，反应温度为210℃~280℃，三氯乙醛和无水氟化氢流量摩尔比为1：2~18，反应方程式如下：
在步骤二中，
将步骤一中得到的产物和氧气按流量摩尔比为1：0.75~5通入固定床反应器中，在氧化催化剂的作用下生成三氟乙酸，反应温度为90℃~120℃，反应方程式如下：
在步骤三中，将步骤二中得到的三氟乙酸密封保存。
进一步，所述步骤二中氧化催化剂为丙酸锰。
与现有技术相比，本发明通过气相氟化的方法使得制备工艺简单、经济环保，同时提高三氯乙醛的转化率和三氟乙酸的选择性，减少能耗，经济效益显著。
附图说明
图1为本发明用气相催化氟化反应法合成的三氟乙酸的红外谱图；
图2为本发明用气相催化氟化反应法合成的三氟乙酸的质谱图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
一种气相催化氟化三氯乙醛制备三氟乙酸的方法，包括以下步骤：步骤一，氟化催化反应；步骤二，氧化催化反应；步骤三，成品收集；其中：
在步骤一中，
三氯乙醛加热为气态后与无水氟化氢（hf）混合通入固定床反应器中，在铬基氟化催化剂的作用下发生氟化反应，反应温度为210℃~280℃，三氯乙醛和无水氟化氢流量摩尔比为1：2~18，反应方程式如下：
在步骤二中，
将步骤一中得到的产物和氧气按流量摩尔比为1：0.75~5通入固定床反应器中，在氧化催化剂的作用下生成三氟乙酸，反应温度为90℃~120℃，反应方程式如下：
在步骤三中，将步骤二中得到的三氟乙酸密封保存。
所述步骤二中氧化催化剂为丙酸锰。
实施例1：
在自制固定床反应器中装入50g铬基氟化催化剂，反应温度控制为230℃，三氯乙醛加热为气态后与无水氟化氢混合后通入反应器中，三氯乙醛和hf流量分别为80g/h和43g/h。产物气体和氧气按流量摩尔比为1：0.8通入另一固定床反应器中，反应温度为90℃，在20g丙酸锰催化剂的作用下进行反应，产物气体经冷凝分离得到三氟乙酸，尾气使用碱液进行吸收。
实施例2：
在自制固定床反应器中装入50g铬基氟化催化剂，反应温度控制为250℃，三氯乙醛加热为气态后与无水氟化氢混合后通入反应器中，三氯乙醛和hf流量分别为80g/h和43g/h。产物气体和氧气按流量摩尔比为1：0.8通入另一固定床反应器中，反应温度为100℃，在20g丙酸锰催化剂的作用下进行反应，产物气体经冷凝分离得到三氟乙酸，尾气使用碱液进行吸收。
实施例3：
在自制固定床反应器中装入50g铬基氟化催化剂，反应温度控制为280℃，三氯乙醛加热为气态后与无水氟化氢混合后通入反应器中，三氯乙醛和hf流量分别为80g/h和43g/h。产物气体和氧气按流量摩尔比为1：0.8通入另一固定床反应器中，反应温度为110℃，在20g丙酸锰催化剂的作用下进行反应，产物气体经冷凝分离得到三氟乙酸，尾气使用碱液进行吸收。
根据实施例1~3，氟化反应中三氯乙醛转化率和三氟乙醛选择性以及催化氧化反应中三氟乙醛的转化率如下表所示：
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。