高性能铜萃取剂的一锅合成

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铜萃取剂

第38卷第8期2009年8月

应用化工Appljed

Chemical

V01.38No.8Al】g.2009

Indus田

高性能铜萃取剂的一锅合成

饶猛,蒋崇文,贺瑛,肖豪

(中南大学化学化工学院,湖南长沙410083)

摘要:以4.壬基酚、镁粉、多聚甲醛、硫酸羟胺为原料,无毒的260‘油为溶剂,采用一锅法合成5 壬基水杨醛肟,产物不需要提纯分离就可以直接应用于铜的萃取工业。其较优的合成工艺条件为:n(4-壬基酚):n(镁):n(多聚甲醛):n(硫酸羟胺)=l:0.6:2.5:0.55,甲酰化反应3h,肟化反应2h。以4一壬基酚质量计的5 壬基水杨醛肟收率为97.8%,GC纯度为90.9%,产物结构经m,MS分析鉴定。关键词:5.壬基水杨醛肟;一锅合成;甲酰化;肟化中图分类号:’W

246

文献标识码:A

文章编号:1671—3206(2009)08—1159一04

one—potsynthesisofIligh

perfo珊ance

Sout}I

copperextractant

RAoMeng,JIANGChong一∽en。HEY讯g,XIAoHc吣

(coⅡege

0f

Ch锄istry&Chemical

En舀ne甜rIg,Centml

UrIivers时,Ch∞伊王18410083,Chi矾)

Ak舡act:Tl}Ie5-nonylsalicyaldehydeo】【imew酷synthesizedf如m

nesium

4-nonylphenol,pa蹦b彻aldehydejmag-

c趴be

separation.Theoptimalconditions

powder,hyd日0xyl锄ine

suhte

and

non戚c

solvent0f260嚣oilbyt11emetllod0ne—pot.It

directly印pliedinthecopperex缸actionprocesswit}loutpurification

were∞follows:,l(4一nonylphen01):凡(magnesi啪):n(parafo肋aIdehyde):死(hydroxylallline

desiredproduct

caIl

suⅡate)is

GC).

1:O.6:2.5:0.55,formylationreactiontimeis3handoximationreactiontimeis2h.Theyieldofme

%es咖c£ure

was

97.8%(basedon4-nonylphen01)with90.9%puri哆(dete珊ined

charac£e五zedbyIR鲫dMS锄alysis.

beupt0

by

Keywords:5-nonylsa_lieyaldehydeo)【ime;one-pot

syn出esis;fo瑚ylation;oximation

5一壬基水杨醛肟是湿法炼铜中的一种重要的萃取剂,萃取容量大,萃取性能好,目前,铜溶剂萃取工

实验部分

1.1试剂与仪器

壬基酚、260’油为工业品;镁粉、甲醇、多聚甲醛、硫酸羟胺、甲苯、二甲苯等都为分析纯。

VEClloR22傅立叶红外光谱仪;QP2010联用仪;DB-5MS(30型毛细管色谱柱。1.2合成路线

以4.壬基酚为原料合成5.壬基水杨醛肟主要分三步进行。1.2.1成盐反应

GCMS

业采用的萃取剂大都是以5一壬基水杨醛肟为基

础¨.2J,因此,近年来对5。壬基水杨醛肟及其相似物生产新工艺的研究和开发成为了非常活跃的领域之一【3】。5一壬基水杨醛肟通常采用甲苯作溶剂分两锅H刮或一锅合成¨.7】。本文采用4一壬基酚、镁粉、多聚甲醛、硫酸羟胺为原料分别采用两锅法和一锅法合成了5一壬基水杨醛肟,比较了两种合成方法对反应的影响。最后本着环保的思想,以无毒或低毒

m×0.25姗×O.25岬)通用

的260。油取代了有毒的芳香类溶剂,用一锅法合成

了5一壬基水杨醛肟,反应速率很快,产物收率和纯度分别达97.8%和90.9%。

2CH30H+Mg叫(CH30)2Mg+H2

(CH。0):l吣+2

叫杰Y眠

收稿日期:2009JD6旬1

.。太Y呱

]_92+zcH,。H

修改稿日期:2009舶-22

作者简介:饶猛(1984一),男,江西抚州人,中南大学在读硕士研究生,师从蒋崇文副教授,主要研究铜的湿法冶金及萃取

剂的制备。电话:15874076323,E—mail:x艋j20042004@126.咖

万方数据

铜萃取剂

1160

应用化工

第38卷

1.2.2甲酰化反应

0_

M产+4HcHo

Mg“+2cHl0H

C一。。

1.2.3肟化反应

o_

NH:OH

占≮/伽L即+

oH

,oH

c≮/

IM产一兰=一卜

C丑。,

.。审‰卜r

C一。,

1.3实验方法

1.3.1

两锅合成方法在250mL四口烧瓶中加入

甲苯20mL,镁粉1.45g(0.6m01),油浴加热至65℃,在搅拌的同时缓缓加入20mL甲醇,冷凝回流反应1.5h。加入壬基酚22.0g(O.1m01),保温回流反应1.5h后升温至100~110℃以完全蒸出甲醇。缓缓加人多聚甲醛9.Og(0.3m01),约

40

min加完,反应3h后降温至50℃。加入50

mL

质量分数10%的硫酸酸洗lh,静置分层,有机相用水洗至中性,减压蒸馏,收集0.095MPa(真空度)下170~190℃的馏分。

用蒸馏出来的馏分作原料,甲苯为溶剂在50℃下于lh内缓缓加人质量分数34%的硫酸羟胺溶液

27

g(0.55m01),缓缓加入质量分数25%的Na2C03溶液22.8g,保温反应2h。静置分层,减压蒸馏以去除溶剂。产物经IR,MS进行结构鉴定,GC分析产物纯度。

1.3.2一锅合戍方法采用与两锅合成相同的物料配比和相同的反应条件,待甲酰化反应完成后,降温至50℃,然后直接向反应器中加人硫酸羟胺反应,肟化反应毕,酸洗静置分层,产物减压蒸馏以去除溶剂甲苯。产物经IR,MS进行结构鉴定,GC分析产物纯度。

2结果与讨论

2.1

一锅法与两锅法对产物的收率及纯度的影响5一壬基水杨醛肟的传统合成方法有两锅法和一

锅法,在相同的反应条件下考察了两锅法与一锅法对产物的收率及纯度的影响,结果见表l。

表l两锅法与一锅法对产物收率和纯度的影响

Table1

Innuen∞ofmethodoftwo-potand衄e.pot

on

tlIe

yieIdandpurityoftheproduct

万方数据

C,Hl,

由表l可知,一锅法合成的产物的收率与纯度都要比两锅法的要高。其原因是由于两锅合成方法操作繁琐,中间产物容易损失,导致最后产物收率降低,而一锅法反应操作简单,避免了产物的无形损失,从而收率及纯度都得到提高。2.2一锅合成的工艺条件

一锅法合成产物的收率与纯度都比两锅法的高,而且一锅合成操作更简便,更加节省时间,因此,接下来着重考察了一锅合成的最优工艺条件。2.2.1镁粉用量对反应的影响成盐反应是整个反应中关键的一步,生成的盐量直接影响后面产物的收率与纯度,而镁粉的量在成盐反应中的作用很关键。因此,在其他反应条件不变的情况下,考察了镁粉的加入量对产物收率和纯度的影响,结果见

表2。

表2

n(镁):n(4-壬基酚)对产物收率和纯度的影响

Table2

IIIfluen∞ofn(呦印eSil衄):n(4-肿nylphen01)∞the妒ddandp嘶锣oftheproduct

由表2可知,n(镁):7l(4一壬基酚)较小时,产物收率和纯度都不高,大到一定程度后继续增大比值,产物收率和纯度都变化不大,且后期酸洗的硫酸消耗量大,从经济角度分析,以n(镁):n(4.壬基酚)

=0.6:1最佳。

2.2.2多聚甲醛用量对反应的影响在其它反应条件不变的情况下,多聚甲醛的加入量对产物的收率及纯度的影响见表3。

铜萃取剂

第8期

饶猛等:高性能铜萃取剂的一锅合成

表3

n(多聚甲醛):席(4-壬基酚)对产物收率和纯度的影响

Table3

Innu蚰ce

of厅(pa例!bn∞ldehyde):

一(4 nonyIph明oI)on也eyieId

and

purityoftheproduct甲酰化反应是可逆反应,增加反应物的浓度,或从体系中不断去除生成物,可以提高产物收率。另外,甲醛能与水反应,百分之百的生成偕二醇。而反应中使用的多聚甲醛含有5%~6%的水,故反应中多聚甲醛的量应该过量。实验表明,n(多聚甲醛):n(4一壬基酚)=2.5:l时,产物收率和纯度都较理想。

2.2.3甲酰化反应时间对反应的影响在其它条件不变的情况下,甲酰化反应时间对产物的收率及纯度的影响见表4。

表4甲酰化反应时间对产物收率及纯度的影响

Table4

InnII蚰∞of

fomyla廿∞r翰c吐ontiIne帆the

yieId柚dpu一姆of

theproduct

由表4可知,反应时间短了,反应不充分,产物收率和纯度都不高;反应时间延长,副产物增多产物不纯。故采用甲酰化反应3h为宜。2.2.4硫酸羟胺用量对反应的影响

肟化反应是

一个非均相反应,在其它条件不变的情况下,硫酸羟胺用量对产物的收率及纯度的影响见表5。

表S

n{硫酸羟胺):厅(4.壬基酚)对产物收率和纯度的影晌

Table5

IIlflue眦e

of一(hydm剐aminesul蠡咖):

一(4.nonylphen01)ontIle妒eld狮dpu一锣0ftlle

product

由表5可知,儿(硫酸羟胺):n(4一壬基酚)=O.55:l时,产物的收率和纯度都较高;继续增大硫酸羟胺用量,虽然产率和纯度都有所提高,但综合考虑经济因素,还是以n(硫酸羟胺):厅(4一壬基酚)=O.55:l为好。

2.2.5肟化反应时间对反应的影响

在其它条件

不变的情况下,肟化反应时间对产物的收率及纯度

万方数据

的影响见表6。

表6肟化反应时间对产物收率及纯度的影响

TabIe6

InnI地noe

of伪【.吼a60nreac6伽time

on

the

yield锄dpllri锣ofthe

product

由表6可知,肟化反应的速率较快,约1.5h就基本达到平衡,肟化2h后继续延长时间,对产物收率及纯度并没太大影响。因此,确定肟化时间为

2h。

2.3溶剂对产物的收率及纯度的影响

溶剂是反应发生的媒介,不同的溶剂对反应会有直接的影响。很多报道都是以甲苯或二甲苯之类的非极性物质为溶剂,但是这类溶剂毒性太大,对环境污染严重。因此,本文采用无毒的260’溶剂油取代甲苯或二甲苯作溶剂。在其他条件不变的情况下,3种溶剂的平行实验结果见表7。

表7不同溶剂对产物收率及纯度的影响

Table7

InfI眦n∞ofd嫡锄Ⅻ吐鞠^vent蚰

theyiddand

purit)rofthepmduct

由表7可知,用260。油作溶剂,产物的收率和纯度并没有受到太大影响,但对环境更加友好,且反应最后的产物并不需要分离提纯,可以直接应用于铜的萃取工业。

原料4一壬基酚与产物5一壬基水杨醛肟的IR对比见图l。

…V厂’"

W旷。

y,cm‘‘

图1

原料4.壬基酚与产物5.壬基水杨醛肟的红外光谱图

Fig.1

IR

8pec协衄0fthe5一nonylsalicyaldehydeoxi踯

明d4-n伽ylphenol

2.4产物的定性分析

铜萃取剂

1162

应用化工

第38卷

由图l可知,产物在波数为1

623

cm。1处比原

佳工艺条件为n(4一壬基酚):n(镁):,t(多聚甲醛):,l(硫酸羟胺)=1:0.6:2.5:O.55,甲酰化反应3为90.9%。

(3)采用260。油作溶剂取代了有毒的甲苯和二

h,

料多出一个中等强度的吸收峰,是一C—NOH产生

的吸收峰,由此初步断定生成的产物为肟。

产物5.壬基水杨醛肟的MS图见图2。

肟化反应2h,5一壬基水杨醛肟收率为97.8%,纯度

甲苯之类的芳香类非极性溶剂,产物收率和纯度没

受到影响,且产物不需分离提纯就可以直接应用于

铜的萃取工业。参考文献:

“f.}伯

50

75

100125

150

.f

.i.

250

275300

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Kordosky,Kenneth

Macky,RBmnteysuddenlI,

图25.壬基水杨醛肟质谱图

the

№2M蝴spect咖0f

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H们阻rd,Keams,et

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Di咖it。Je舭y

a1.syntll瞄i80f

rIl/z:263(M+),234,192,178,164,160,150,132,120,9l,77,55,43,41与目标产物5一壬基水杨醛肟特征相符。因此,MS图可以进一步确定所得产品为5一壬基水杨醛肟。

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3结论

(1)分析比较了一锅法与两锅法合成铜萃取剂

5一壬基水杨醛肟。一锅法操作更加简便,产物产率和纯度都相对更高。

(2)以4一壬基酚、镁粉、多聚甲醛、硫酸羟胺为原料,260’油作溶剂一锅合成5一壬基水杨醛肟的最

(上接第1158页)

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pr;ep岫donof2一hydmxyar)rlal缸

酸盐浓度为40g/L,CS2与PVAm HCl物质的量比1.1:1,反应时间3h,NaOH与PVAm HCl链节物质量之比为1.9:l,此时转化率达最大值61.9%。参考文献:

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万方数据

铜萃取剂

高性能铜萃取剂的一锅合成

作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):引用次数:

饶猛, 蒋崇文, 贺瑛, 肖豪

中南大学,化学化工学院,湖南,长沙,410083应用化工

APPLIED CHEMICAL INDUSTRY2009,38(8)0次

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