四乙基氟硼酸銨的合成工藝研究

張照坡 ， 于　洋 ， 楊明霞 ， 司騰飛

(多氟多化工股份有限公司 ， 河南 焦作　454006)

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四乙基氟硼酸銨的合成工藝研究

張照坡 ， 于洋 ， 楊明霞 ， 司騰飛

(多氟多化工股份有限公司 ， 河南 焦作454006)

摘要：四乙基氟硼酸銨具有較高的電導率、良好的熱穩(wěn)定性和耐高壓性能，現已被廣泛應用于超級電容器。本文報道了一種四乙基氟硼酸銨的合成工藝路線，其收率較高，后處理比較簡單。并考察了不同物質的量比、反應溫度、不同的溶劑以及溶劑的量等因素對實驗的影響，最后得到的產品符合產品質量要求。

關鍵詞：四乙基氟硼酸銨 ； 超級電容器 ； 合成工藝

隨著人們對能源問題的日益關注，超級電容器作為一種新型儲能器件受到國內外研究人員的關注。超級電容器具有能量密度和功率密度高、比容量大等特點，因此它在電動汽車、移動通訊和國防等領域有巨大的市場前景[1-3]。由于四乙基氟硼酸銨(Et4NBF4)具有較高的電導率、良好的熱穩(wěn)定性和耐高壓性能，現已被廣泛應用于超級電容器。陳耀華[4]報道了Et4NBF4可以直接混合氟硼酸(HBF4)和四乙基溴化銨(TEABr)或用氟硼酸(HBF4)中和TEAOH(四乙基氫氧化銨)的方法來制取，然后在水中重結晶，用異丙醇清洗鹽類，其能夠有效除去鹽類中的氟化物和雜質。雖然用氟硼酸(HBF4)直接混合四乙基溴化銨(TEABr)的方法原材料比較便宜，但是酸類物質的除去需要額外的清洗和凈化，且這種方法的收率較低，只有40%，若采用中和法會有更高的收率，約85%。然而，在反應中所釋放的大量熱量是一個比較嚴重的安全問題，后續(xù)處理比較麻煩，且用到的異丙醇也屬于比較昂貴的試劑。綜合考慮，其經濟效益和環(huán)保效益較低。

本文涉及到一種適用于電子級試劑——四乙基四氟硼酸銨的合成方法，先用電子級氫氟酸和硼酸混合來合成氟硼酸溶液，然后直接用25%的四乙基氫氧化銨和氟硼酸溶液進行中和反應，在低溫條件下進行減壓抽濾得到產物，經過重結晶、低溫真空干燥，最終得到純度>99.5%的高純四乙基四氟硼酸銨產品。

1實驗

1.1反應方程式

1.2實驗儀器和試劑

實驗儀器：DF-101S集熱式恒溫磁力加熱攪拌器，鄭州長城科工貿有限公司；JJ-1A精密增力電動攪拌器，江蘇金壇市雙捷實驗儀器廠；SHZ-D(Ⅲ)循環(huán)水多用真空泵，河南予華儀器有限公司；TGL-16G離心機，上海安亭科學儀器廠；氣流烘干器，鄭州科豐儀器設備有限公司；DZF-6050電熱鼓風干燥箱，上海一恒科學儀器有限公司；870水分測定儀，瑞士萬通；離子色譜儀，瑞士萬通；電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀，美國PE公司。

實驗試劑：30%氫氟酸，多氟多自產；25%四乙基氫氧化銨，武漢威順達原料發(fā)展有限公司；99%硼酸，武漢威順達原料發(fā)展有限公司；甲醇，分析純，阿拉丁公司；乙醇，分析純，阿拉丁公司；異丙醇，分析純，阿拉丁公司；一級水，實驗室自制。

1.3實驗步驟

1.3.1氟硼酸的制備

在2 L的聚四氟反應罐中加入520 g氫氟酸，開啟攪拌，置冷凍浴中降溫，降至5～10 ℃，緩慢向其中加入124 g硼酸，控溫10 ℃左右，此反應為放熱反應。反應過程中，每3 h取一次樣，測酸度的變化，直到酸度穩(wěn)定為止。降溫至5 ℃，減壓抽濾，濾液留作下一步反應。

1.3.2四乙基氟硼酸銨的制備

在2 L的塑料燒杯中加入1 075 g四乙基氫氧化銨溶液，開啟攪拌，緩慢升溫至60 ℃，向其中緩慢加入160 g的氟硼酸，加入的過程中保持內部溫度在60～70 ℃，滴加完畢后繼續(xù)保溫反應。

反應過程中每隔2 h取樣，測酸度的變化，直到酸度穩(wěn)定為止，降溫至-5 ℃時，減壓抽濾，濾餅用冷的一級水洗滌，然后在烘箱60 ℃烘干。

1.3.3四乙基氟硼酸銨的提純

將上述反應制得的四乙基氟硼酸銨粗品加入到2倍質量體積的乙醇中，加熱攪拌至溶解澄清，然后降溫至-5 ℃，攪拌30 min，減壓抽濾，濾餅用冷的乙醇洗滌，濾餅在低溫真空的條件下干燥。

2結果與討論

為了確定制備四乙基氟硼酸銨的最佳工藝條件，分別考察了不同物質的量比、反應溫度、不同的溶劑以及溶劑的量等因素對實驗的影響。

2.1不同物質的量比對產物產率的影響

本實驗考察了氫氟酸和硼酸反應時，不同物質的量比對產物產率的影響，實驗中硼酸的量為1 mol，實驗結果如表1所示。

表1　不同物質的量比對產物產率的影響

由表1可看出，當氫氟酸和硼酸物質的量比為4.2∶1時，產物的產率達到98.18%，且隨n(氫氟酸)∶n(硼酸)的增大，產物的產率變化不大。因此，反應的最佳物質的量比定為：n(氫氟酸)∶n(硼酸)為4.2∶1。

2.2反應溫度對產物產率的影響

本實驗考察了反應溫度(25～80 ℃)對產物產率的影響，反應過程中，氟硼酸與四乙基氫氧化銨的物質的量比為1∶1(氟硼酸取用量為88 g)，反應時間為6 h。實驗結果如表2所示。

表2　反應溫度對產物產率的影響

由表2可知，反應溫度為60 ℃時，產物的產率為98.12%，且隨溫度繼續(xù)升高，基本沒有變化。因此該反應的最佳反應溫度為60 ℃。

2.3溶劑對產物產率的影響

本實驗考察了溶劑對重結晶產率的影響，四乙基氟硼酸銨粗品的量為100 g。實驗結果如表3所示。

表3　溶劑對產物產率的影響

由表3可以看出，使用乙醇作為重結晶的溶劑，四乙基氟硼酸銨的產率最高，效果最好。水和甲醇的極性較強，根據相似相溶原理，對四乙基氟硼酸銨的溶解性較好，析出的產物較少，而異丙醇的極性較弱，對四乙基氟硼酸銨的溶解性太小，析出效果也不好。因此，選用乙醇作為四乙基氟硼酸銨的重結晶溶劑。

2.4溶劑的量對產物產率的影響

本實驗考察了溶劑的量對產物產率的影響，實驗中使用四乙基氟硼酸銨粗品的量為100 g。實驗結果如表4所示。

表4　溶劑的量對產物產率的影響

由表4可知，當使用乙醇的量為200 g時，得到的產物產率最大，效果最好。重結晶時選用乙醇的量為粗品質量的2倍。

3不同處理方法對產物產率的影響

取第二步反應的抽濾液400 mL，對其做不同的處理，試驗結果如表5所示。

表5　加入試劑對產物產率的影響

由表5可知，在抽濾液中加入乙醇，得到的產物產率最高，效果最好。處理第二步反應液的方法為在其中加入相對應體積的乙醇，然后降溫析晶，抽濾。

4反應條件優(yōu)化后的實驗效果

第一步以560 g氫氟酸和124 g硼酸為原料，將硼酸緩慢加入到氫氟酸中，控溫10 ℃左右，最終得到173.5 g的氟硼酸，產率為98.18%；第二步以第一步得到的173.5 g氟硼酸和1 280 g四乙基氫氧化銨為原料，在60 ℃條件下反應6 h，然后減壓抽濾，濾液采用常壓蒸餾的方式進行濃縮，最后用乙醇重結晶，降溫析晶，得到409.5 g的四乙基氟硼酸銨，收率為95.5%。

5檢測分析

將第一步的反應液取出一部分，可以測其酸度的變化，也可以測其游離氟離子的變化。

將第二步的反應液取出一部分，測其酸度的變化。將反應液減壓抽濾，濾液常壓蒸餾，然后降溫析晶，抽濾。將兩次所得的產品粗品重結晶，烘干。測水分含量、陽離子含量、氟硼酸含量。其結果如表6所示。

表6　最終產物的雜質含量分析

將條件優(yōu)化后實驗得到的產品進行雜質含量分析，且結果如表7所示。

表7　優(yōu)化后產物的雜質含量分析

6結論

通過以上實驗，可以得出第一步以氫氟酸和硼酸為原料，n(氫氟酸)∶n(硼酸)為4.2∶1時，產物的產率能夠達到98%以上；第二步以第一步產物氟硼酸和四乙基氫氧化銨為原料，n(氟硼酸)∶n(四乙基氫氧化銨)為1∶1.1，反應溫度為60 ℃，反應時間為6 h， 可以得到較高的轉化率98%以上。第二步反應后，先減壓抽濾，然后常壓蒸餾其濾液，最后用乙醇重結晶，用乙醇洗滌濾餅，收率為95%以上。該方案通過條件優(yōu)化后的實驗得到了驗證。文獻報道需要用水和堿液處理結晶，操作不便，而本實驗則是直接抽濾，然后用乙醇重結晶，操作更為簡便，且乙醇為溶劑，價格便宜、更加環(huán)保。因此該工藝是一條可行的工業(yè)路線。另外，從實驗合成的過程來看，利用此種方法，在合成和結晶階段還有改進的空間，例如：采用其它的溶劑，結晶溫度和洗滌濾餅時溶液的溫度降低至-10 ℃左右，這樣有助于收率的提高。

參考文獻：

[1]陳艾,吳孟強,漲緒禮,等.電化學超級電容器—科學原理及技術應用[M].北京：化學工業(yè)出版社,2006.

[2]袁國輝.電化學電容器[M].北京：化學工業(yè)出版社,2005.

[3]李作鵬,趙建國,溫雅瓊,等.超級電容器電解質研究進展[J].化工進展,2012,31(8):1631-1640.

[4]陳耀華,賴向軍,梁澤生.一種四乙基氟硼酸銨的制備方法：CN，200510086517.8[P].2006-4-26.

我國首登新型生物殺菌劑甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌9912

2016年1月，華北制藥集團愛諾有限公司獲得農業(yè)部藥檢所首個甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌9912 母藥及可濕性粉劑臨時登記。登記有效期至2017年1月26日。母藥含量為40億活芽孢/g，毒性微毒。可濕性粉劑中有效成分含量為30億活芽孢/g，毒性微毒，登記對象為黃瓜灰霉病，使用劑量每公頃為937.5~1 500 g制劑，噴霧施用。

甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌(Bacillus methylotrophicus)是Munusamy Madhaiyan等人2010年報道的新種，甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌9912是由沈陽生態(tài)所胡江春研究員為首的科研團隊從遼寧渤海海域的海泥樣品中成功篩選、分離出的一株海洋細菌，簡稱BAC-9912。

黃瓜、番茄灰霉病是農業(yè)生產中的常見病，每年給我國農業(yè)均造成數十億元經濟損失，防治此類病害首選進口化學農藥像速克靈(腐霉利)、農利靈(乙烯菌核利 )等，但這些農藥會對雄性動物的生殖能力和生殖器官的發(fā)育造成影響，因此英、美、日等發(fā)達國家已將它們列入環(huán)境激素類化學品名錄限制使用，尤其在某些食品作物上禁止使用。此外，此類化學農藥是農副產品國際貿易的檢驗對象，嚴格的檢驗標準成為發(fā)展中國家的農副產品出口的綠色壁壘。在這樣的背景下，篩選和研制高效、低毒、對人畜無不良影響的微生物農藥成為迫切的需求。

胡江春團隊長期致力于海洋微生物資源和微生物農藥研究工作。他們的室內活性測定結果表明，BAC-9912產生的包括新脂肽類抗生素6-Abu C16 fengycin在內的生物物質對灰霉病病原菌灰葡萄孢(Botrytis cinerea)具有很強的抗菌活性;毒理學研究及環(huán)境影響研究證明，其對人畜無不良影響，無致病性，且對環(huán)境無害。多年田間試驗證明BAC-9912對黃瓜、番茄的灰霉、晚疫病，對棉花黃枯萎病及蘋果樹腐爛病等防治效果顯著。同時，BAC-9912也可作為植物根際促生菌(PGPR)促進植物生長，是一種新型、高效、環(huán)境友好的生物殺菌劑，產業(yè)化后極有希望替代進口的化學農藥，具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

Study on Synthesis Process of Four Ethyl Ammonium Fluoroborato

ZHANG Zhaopo ， YU Yang ， YANG Mingxia ， SI Tengfei

(Do-Fluoride Chemicals Co.Ltd , Jiaozuo454000 , China)

Abstract:The four ethyl ammonium fluoroborato has been widely used in the supercapacitor because of its high conductivity,good thermal stability and high pressure resistance.In this paper,a new synthetic route of the four ethyl ammonium fluoroborato is reported.Its yield is higher,and its postprocessing is also simple.The different molar ratio,reaction temperature,the quantity of different solvent and solvent effect on the experiment are examined.The final product is also in line with the quality requirements of the product.

Key words:four ethyl ammonium fluoroborato ； supercapacitor ； synthetic process

中圖分類號：TQ213

文獻標識碼：A

文章編號：1003-3467(2016)02-0029-04

作者簡介：張照坡(1986-)，男，助理工程師，從事有機氟化工研究工作，電話：13027653966。

收稿日期：2015-12-23