分解消耗臭氧物质的方法技术

通过与溶剂化电子的较经济的部分还原反应，使消耗臭氧的碳氟化合物脱卤，该溶剂化电子由较以前当量用量少的活性金属形成。部分还原产物在同一反应混合物中，与非水含氮液态碱，如氨反应，或者在一独立反应中只用氨或其它碱处理，而进一步脱卤。其它实施方案中，只用非水的含氮弱碱处理，就可回收包括难以分离的二氯二氟甲烷与杂质二氟氯甲烷的共沸物的碳氟化合物冷冻剂混合物，从而提供化学上基本上纯的适用于循环／再用的二氯二氟甲烷冷冻剂。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及处理消耗臭氧物质的方法，具体涉及分解和纯化含氯氟烃(CFC)冷冻剂的方法。含氯氟烃(CFC)是一类合成化合物，广泛用于制冷和空调中；用作气溶胶推进剂和溶剂；用于制备包括快餐包装和硬绝缘中使用的泡沫塑料。但科学家们现在认为，这些合成化学品对地球的臭氧保护层是主要威胁。由于CFC在对流层内不受破坏，且其最后向上漂移，所以制造和释放CFC已使大气的最上层聚集了大量CFC。这些最上层的CFC在阳光下分解放出氯气，对臭氧层产生催化和分解作用。其结果是地球的臭氧保护层已明显减少，而地球表面有害紫外线的辐射量却增大了。联合国的研究结果表明，臭氧每减少1％，白种人中非黑瘤皮肤癌患者将增加3％，此外白内障和致命黑瘤癌大幅度增加，同时明显损害人体免疫系统。较大量的紫外线加重了地面污染，对植物、动物、尤其是光敏性水生生物体造成伤害。因此，破坏CFC，且在某些情况下回收CFC制冷剂是一个国家以至全球保护地球臭氧层战略的重要组成部分，而其保护方式又要使得因停止使用这类化学品而造成的经济损失最小。目前仍有大量储备的CFC必须经过处理，以转变成环境上良性的物质。而且，在现有制冷和空调设备被能够使用对环境较好的冷冻剂的设备取代或改造之前，由于CFC的生产规模逐渐缩小直至最后完全取消，所以工业界和消费者都不得不格外依赖于回收的冷冻剂。目前已提出各种各样破坏不需要的CFC的方法，其中如热氧化法，催化分解法，超临界水氧化法，等离子体破坏法，生物学方法，紫外光解法，等等。但许多方法或者处于实验开发阶段，经济上缺乏吸引力，或者不能够只选择分解特定的目标化合物。Mazur等人的US5110364公开了另一种破坏CFC的方法，该法利用溶剂化电子化学作用下的脱卤反应，使不需要的CFC进行化学降解。Mazur等人的专利公开了通过溶解的金属与含氮的碱如氨的反应形成溶剂化电子的过程，其中反应期间至少除掉CFC化合物中一个氯原子，并生成对环境影响较少的产物。Showa Denkokk.的日本未审查专利申请59-10329(1984)介绍了一种与上述方法稍微有关的方法。但与之不同的是，Mazur等人的专利发现，CFC或其它氯代有机物如PCB与溶剂化电子的还原作用可在曾被认为能够影响溶剂化电子的稳定性或反应选择性的某些物质存在下，成功地进行。而且，并不需要从反应混合物中除掉曾被认为是竞争物质的那些物质，如氧、二氧化碳、水等等，即，可以取消这类昂贵的预处理步骤。尽管溶剂化电子提供了处理碳氟化合物，包括CFC的有用的溶剂，但实践中，就耗用的金属和对溶剂的要求而言，如钠和氨都是非常贵的元素。两者总共耗去总操作成本的70％。但其中氨的价格低得多，且氨的回收方法都是现有方法。但像钙、钠和钾这样的金属都是不可回收的，即是更昂贵的消耗性反应物，故而降低了该方法的经济价值。因此，非常希望有一种改进的较经济的方法，用于碳氟化合物，尤其是CFC的脱卤和分解过程，该法同时可以提纯污染的冷冻剂组合物。亦希望对这类化合物的回收过程进行改进，以大幅度降低金属反应物与通常用于脱卤目标化合物的冷冻剂之间的常规化学计算当量值，以及在某些情况下，从该法中完全免除对金属的需求。说明书和权利要求书中使用的术语“冷冻剂”是一种通用术语，表示作为一类化学品的碳氟化合物，这类化合物适用于制冷和空调设备，但也可能有其它用途。该术语包括碳氟卤化合物和卤氟代烃，例如含氯氟烃(CFC)，含溴氟烃，氟氯代烃等等。此外，术语“冷冻剂”还包括可用作溶剂、气溶胶推进剂、可用于制备合成泡沫塑料、包装、绝缘、及灭火剂用阻燃化合物等等的碳氟化合物。因此应理解“冷冻剂”意在包括较宽范围的化合物，而不仅仅是适用于空调和制冷用途的那些化合物。它们包括可按下述商标商购的产品，如Freen，Halon，Frign，Arcton，Genetron和Isotron。根据本专利技术，提供了一种使冷冻剂，且特别地，使碳氟化合物冷冻剂脱卤的方法，该法不是采用在形成溶剂化电子过程中，使活性金属溶于液体氨或其它含氮的碱，而是采用以下步骤(a)提供一种氟代烷冷冻剂，该氟代烷有至少一个氢原子及除氟原子外的至少另一个卤原子，和(b)在没有溶解的金属反应物存在的条件下，使氟代烷冷冻剂只与含氮的碱反应，以使冷冻剂脱卤并分解。所述含氮的碱是非水的。所述的氟代烷包括另外带有至少一个氢原子及除氟原子外至少一个其它卤原子，即氯、溴和/或碘的氟卤代烃。氟代烷最好是包括带＜4个碳原子的氟卤代烃、更优选带1或2个碳原子的化合物。与上述方法不同的是，US2738371(Parmelee)提供的是处理全氟代烃的方法，即仅仅由完全被氟取代的5-25个碳原子构成的化合物。Parmelee发现，在全氟代烃合成过程中，产生的杂质由未完全氟化的化合物组成，这些化合物含有高达0.1％的氢。而据Parmelee的方法，当不纯的全氟代烃组合物与氨或胺反应时，该氟代烃转化为氟碳胺化合物。反之，本专利技术人的实验已经表明，含氮的非水的弱碱如氨能够完全与消耗臭氧的氟卤代烃，尤其是1或2个碳原子的氟氯代烃，如二氟氯甲烷反应，选择性地使其脱卤并分解。有利的是，亦已发现，反应中不用加入金属即可除掉对环境有害的氟卤代烃。该方法除了经济上具有较大的吸引力外，还避免了因处理运输和贮存极其活泼的碱金属而存在的任何潜在的危害。本专利技术的另一个目的是对含多种冷冻剂化合物的组合物选择脱卤。因此，本专利技术也意在提供回收方法，其中对已被氟卤代烃化合物污染的含卤氟烃冷冻剂进行有效的提纯。该法按下列步骤进行(a)提供一种至少含两种冷冻剂的组合物，(i)主要的全卤代化合物和(ii)杂质氟代烷化合物，该氟代烷有至少一个氢原子及除氟原子外的至少另一个卤原子；(b)使(a)步的冷冻剂组合物与一弱碱，即非水的含氮化合物如氨反应，选择分解该杂质氟代烷冷冻剂化合物(ii)，和(c)从(b)步反应混合物中回收冷冻剂组合物，该组合物包括主要的全卤代冷冻剂化合物(i)。回收的组合物不含杂质氟代烷的程度可足以使其能够循环/再用。更优选地，该方法包括下列步骤(a)提供至少有两种冷冻剂的组合物，(i)主要的全卤代化合物，通常是含卤氟烃，如含氯氟烃，含溴氟烃等等和(ii)杂质氟代烷冷冻剂化合物，该化合物有一或二个碳原子，至少一个氢原子及除氟外的至少另一卤原子，如氯、溴或碘；(b)使(a)步的冷冻剂组合物与一非水的含氮碱反应，选择分解该杂质氟代烷冷冻剂化合物(ii)，和(c)从(b)步反应混合物中回收冷冻剂组合物，该组合物包括主要的全卤代冷冻剂化合物(i)，回收的组合物不含杂质氟代烷的程度已足以使其能够循环/再用了。就发现含氮弱碱能选择脱卤/分解氟卤代烃(ii)而不同时与主要的碳氟化合物(i)反应而言，本专利技术这方面已是特别独特的了。从可以由混合物中回收冷冻剂来看，该方法的选择性也是很高的，而上述混合物采用蒸馏方法不容易提纯，因其与其它冷冻剂形成共沸物。而迄今为止，都是通过分解整个混合物来处理这类共沸物，因为尚无一种实用且经济的手段来分离回收仍可使用的冷冻剂化合物。本专利技术的另一个目的是提供一种改进方法，通过溶解的金属在含氮碱如氨中的反应，利用还原作用使碳氟化合物冷冻剂脱卤。用溶剂化电子分解不需要的消耗臭氧的全卤代冷冻剂的较早的方法典本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氟代烃冷冻剂化学脱卤的方法，其特征在于下述步骤：（ａ）提供一种氟代甲烷冷冻剂，该冷冻剂有至少一个氢原子及除氟原子外的至少另一个卤原子，和（ｂ）在无溶解的金属反应物存在的条件下，使所述氟代甲烷冷冻剂与氨或其它含氮碱反应，以使所述冷冻剂脱卤，所述氨或含氮碱是非水的。２．权利要求１的方法，其特征是非水的含氮碱是液氨或含氨溶液，所述溶液基本上溶于所述冷冻剂。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特W默克，阿尔伯特E阿贝尔，
申请(专利权)人：卡莫多研究室公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]