[发明专利]制备高纯度三氟甲基磺酸的工艺方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备高纯度三氟甲基磺酸的工艺方法，适用于以电化学氟化法为基础制备三氟甲基磺酸。 

背景技术

三氟甲基磺酸作为超强酸之一，对氧化还原均极稳定，可作为聚合、酯化、凝聚、脱水等反应的催化剂，广泛应用于塑料工业、燃料工业、制药工业、除草剂和生长调节剂的合成、维生素的合成以及糖工业等。此外，三氟甲基磺酸也是药物合成和农业用化学药剂的中间体，用途广泛。其衍生物三氟甲基磺酸锂是锂离子电池的重要原料之一。已知制备三氟甲基磺酸的方法主要有化学合成法和电化学氟化法两种。化学合成法是以双三氟甲基二硫化物为原料，而双三氟甲基二硫化物主要由五氟化碘与二硫化碳反应制备。电化学氟化法也称电解氟化法，最著名的是Simons电解氟化工艺，它以甲烷磺酰氯或甲烷磺酰氟作原料，在液态无水氟化氢中进行电解氟化，得到高收率的三氟甲基磺酰氟，产生的三氟甲基磺酰氟气体在M(OH)_m(M为碱金属或碱土金属，m表示1或2)水溶液中转变为三氟甲基磺酸盐，再用浓硫酸处理即可得到三氟甲基磺酸。 

一般，化学合成法具有一步合成，工艺简单，条件温和，易于操作的优点，其缺点是原料双三氟甲基二硫化物可作为一种化学战剂，毒性非常厉害，属于极度危险物质，并且产率偏低，纯化困难，不适合于工业生产；而采用电化学氟化法具有生产工艺较为成熟，原料廉价且易购得，产率高，而且产物容易提纯，适合工业化生产，其缺点是产物不能一步合成，流程较为复杂。 

通常，电化学氟化法合成三氟甲基磺酸主要包括以下几个步骤(US4927962.1990)：(1)以甲基磺酰氟或甲基磺酰氯作为有机原料在无水氟化氢中进行电解，其反应式为：CH₃SO₂F+3HF→CF₃SO₂F+3H₂

阳极得到三氟甲基磺酰氟，阴极为氢气。电解产生的气体先通过位于电解槽正上方的冷凝回流器，将氟化氢冷凝回流至电解槽中，此后利用低温收集三氟甲基磺酰氟气体；(2)在60℃～100℃温度条件下，三氟甲基磺酰氟气体在KOH水溶液中发生水解反应生成三氟甲基磺酸钾；(3)将获得的水溶液蒸发、浓缩、冷却，使三氟甲基磺酸钾晶体析出；(4)在真空条件下或用离心法分离得到三氟甲基磺酸钾晶体；(5)在120℃下干燥三氟甲基磺酸钾晶体10小时，获得的盐中含有氟化钾和氢氧化钾两种杂质；(6)用含98％硫酸和26％发烟硫酸配成100％硫酸对析出的盐进行酸解，此时会形成带焦硫酸钾的硫酸浮渣，需要进 行处理；(7)蒸馏提纯三氟甲基磺酸。 

如此说来，此工艺的不足之处有：三氟甲基磺酰氟气体水解反应速度慢，而且会出现反应不充分的问题，造成原料的损失并污染环境；水解生成的氟化钾和氢氧化钾等杂质没有及时除去，造成三氟甲基磺酸钾中F^-含量很大，从而增大了三氟甲基磺酸的纯化难度；采用简单的蒸馏方法难以使粗品中的F^-降至10ppm以下。 

发明内容：

为了克服现有技术的缺点，本发明提供一种制备高纯三氟甲基磺酸的方法，它不仅有效的提高了三氟甲基磺酰氟气体的水解速度，使三氟甲基磺酰氟气体反应更充分，提高反应产率，而且利用重结晶和减压蒸馏等方式进行纯化，有效的降低了产品中F^-的含量，使得产品纯度达到99.9％。