一种四氟硼酸季铵盐的制备方法技术

本发明专利技术涉及超级电容器电解质的制备领域，特别是涉及一种四氟硼酸季铵盐的制备方法。本发明专利技术提供一种四氟硼酸季铵盐的制备方法，包括如下步骤：1）三级胺、氟硼酸盐、卤代烷在反应溶剂存在的条件下反应，反应完成后固液分离，液相脱除溶剂后获得粗产物；2）步骤1）所得粗产物加入溶剂重结晶即得所述四氟硼酸季铵盐。本发明专利技术采用一锅法反应，从最基础的原料出发，不需分离中间体，操作简单；且采用非水体系，三废少，所有溶剂和原料能方便回收套用，经济实惠；产物中金属离子含量控制在Na<10ppm,K<10ppm,Fe<1ppm,Cl‑<10ppm，可提高四氟硼酸季铵盐的品质和性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及超级电容器电解质的制备领域，特别是涉及一种四氟硼酸季铵盐的制备方法。
技术介绍
超级电容器由于功率特性好、充放电速度快、循环寿命长和环境污染小等特点，是近年来迅速发展的一种新型电化学贮能器件，可广泛应用于电动车动力电源或辅助电源，太阳能、潮汐能和风力等清洁能源发电的储能系统。四氟硼酸季铵盐，因为其具有的在溶剂中溶解度大、电导率高、耐电性好等特点，被广泛用于超级电容器中。当前，使用较多的主要有四乙基四氟硼酸铵(TEA)、三乙基甲基四氟硼酸铵(TEMA)以及双环丁铵四氟硼酸盐(SBP)。四氟硼酸季铵盐的制备方法公开报道的有很多，归纳起来，可分为三类：1)季铵盐与氟硼酸盐反应(WO2004039761、JP2012109539、EP2772495、WO2014029833)2)季铵盐与氟硼酸反应(EP1642894、JP2013067572、JP2000226361)3)季铵碱与氟硼酸反应(JP2001247522)这些制备方法均存在着后处理纯化过程复杂，产品质量不高，特别是Na、K等阳离子难以去除等不足。其中，后两种方法，由于使用到氟硼酸，会引入大量水，而四氟硼酸季铵盐往往在水中有非常好的溶解度，要将产品从水溶液中分离出来非常麻烦且效率低下。另外，季铵碱均是由季铵盐通过离子交换得到，成本上更贵。本专利技术解决了现有技术生产工艺操作繁琐、原料成本高、产物收率低、质量差以及钠、钾等金属离子难以去除的问题，本专利技术使得制备四氟硼酸季铵盐的操作得以简化，产品质量和收率得以提升，原料和操作成本降低，并使得产物中钠、钾离子含量得以有效控制。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种四氟硼酸季铵盐的制备方法，用于解决现有技术中的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种四氟硼酸季铵盐的制备方法，所述制备方法为一锅法，包括如下步骤：1)三级胺、氟硼酸盐、卤代烷在反应溶剂存在的条件下反应，反应完成后固液分离，液相脱除溶剂后获得粗产物；2)步骤1)所得粗产物加入溶剂重结晶即得所述四氟硼酸季铵盐；所述四氟硼酸季铵盐的结构式为：其中，R1、R4各自独立地选自C1-C20的直链或支链的烷基；R2、R3各自独立地选自C1-C20的直链或支链的烷基，或R2、R3与桥接的氮原子一起形成C4-C10环烷基。在本专利技术一些实施方式中，所述步骤1)中，三级胺与氟硼酸盐的摩尔比为1:0.8～1:2。在本专利技术一些实施方式中，所述步骤1)中，氟硼酸盐选自氟硼酸锂、氟硼酸钠、氟硼酸铵或氟硼酸钾中的一种或多种的组合。在本专利技术一些实施方式中，所述步骤1)中，三级胺与卤代烷的摩尔比为1:1～1:3。在本专利技术一些实施方式中，所述步骤1)中，卤代烷结构式为：R1-X；其中，R1选自C1-C20的直链或支链的烷基，X选自Cl、Br、I。在本专利技术一些实施方式中，所述步骤1)中，三级胺的结构式为：其中，R4选自C1-C20的直链或支链的烷基；R2、R3各自独立地选自C1-C20的直链或支链的烷基，或R2、R3与桥接的氮原子一起形成C4-C10环烷基。在本专利技术一些实施方式中，所述步骤1)中，反应的温度为120～180℃。在本专利技术一些实施方式中，所述步骤1)中，固液分离时的温度为不高于60℃。在本专利技术一些实施方式中，所述步骤1)中，反应溶剂为有机溶剂。在本专利技术一些实施方式中，所述步骤1)中，反应溶剂为极性非质子溶剂。在本专利技术一些实施方式中，所述步骤1)中，有机溶剂为腈类溶剂、碳酸酯类溶剂中的一种或多种的组合。在本专利技术一些实施方式中，所述步骤1)中，所述有机溶剂选自乙腈、丙腈、丁腈、异丁腈、丁二腈、戊二腈、苯乙腈、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯等中的一种或多种的组合。在本专利技术一些实施方式中，所述步骤2)中，所述溶剂选自醇类溶剂。在本专利技术一些实施方式中，所述步骤2)中，所述溶剂选自甲醇、乙醇、异丙醇中的一种或多种的组合。在本专利技术一些实施方式中，所述步骤2)中，所述溶剂中还含有冠醚。在本专利技术一些实施方式中，所述步骤2)中，所述冠醚为12-冠-4、15-冠-5、18-冠-6、二环己烷并-18-冠-6中的一种或多种的组合。本专利技术与现有的方法相比，其主要优点在于：本专利技术采用一锅法反应，从最基础的原料出发，不需分离中间体，操作简单；且采用非水体系，三废少，所有溶剂和原料能方便回收套用，经济实惠；产物中金属离子含量控制在Na<10ppm,K<10ppm,Fe<1ppm,Cl-<10ppm，可提高四氟硼酸季铵盐的品质和性能。可见，本专利技术提供了一种能得到高品质高纯度产品且经济实惠的制备方法。具体实施方式本专利技术专利技术人以三级胺、氟硼酸盐和卤代烷为原料，采用一锅法制备获得高品质高纯度的四氟硼酸季铵盐产品，从而提供了一种简单高效的方法来制备高品质四氟硼酸季铵盐，在此基础上完成了本专利技术。本专利技术一方面提供一种四氟硼酸季铵盐的制备方法，所述制备方法可以为一锅法，所述制备方法可以包括：三级胺、氟硼酸盐、卤代烷在反应溶剂存在的条件下反应，反应完成后固液分离获得液相，所述四氟硼酸季铵盐的结构式可以为：其中，R1、R4可以各自独立地选自C1-C20、C1-C12、C1-C10、C1-C8、C1-C6、C1-C4、或C1-C3的直链或支链的烷基；R2、R3可以各自独立地选自C1-C20、C1-C12、C1-C10、C1-C8、C1-C6、C1-C4、或C1-C3的直链或支链的烷基，或R2、R3也可以与桥接的氮原子一起形成C4-C10(例如，C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10)环烷基，例如，R2、R3与桥接的氮原子可以一起形成结构式如下所示的化合物：其中，n为4～10的整数。所述四氟硼酸季铵盐的制备方法中，三级胺的结构式可以为：其中，三级胺的结构式中的R2、R3、R4通常与四氟硼酸季铵盐的结构式中的R2、R3、R4相对应；R4可以独立地选自C1-C20、C1-C12、C1-C10、C1-C8、C1-C6、C1-C4、或C1-C3的直链或支链的烷基；R2、R3可以各自独立地选自C1-C20、C1-C12、C1-C10、C1-C8、C1-C6、C1-C4、或C1-C3的直链或支链的烷基，或R2、R3也可以与桥接的氮原子一起形成C4-C10(例如，C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10)环烷基。例如，R2、R3与桥接的氮原子可以一起形成结构式如下所示的化合物：其中，n为4～10的整数。所述四氟硼酸季铵盐的制备方法中，氟硼酸盐通常指含氟硼酸根(BF4-)的盐，氟硼酸盐的具体例子包括但不限于氟硼酸锂、氟硼酸钠、氟硼酸铵或氟硼酸钾中的一种或多种的组合。本领域技术人员可根据实际反应情况调整氟硼酸盐的用量，例如，三级胺与氟硼酸盐的摩尔比可以为1:0.8～1:2、1:0.85～1:1.5或1:0.9～1:1。所述四氟硼酸季铵盐的制备方法中，卤代烷的结构式可以为：R1-X；其中，R1选自C1-C20、C1-C12、C1-C10、C1-C8、C1-C6、C1-C4、或C1-C3的直链或支链的烷基，X选自Cl、Br、I。卤代烷的用量通常可以过量，例如，三级胺与卤代烷的摩尔比可以为1:1～1:3、1:1～1:2或1:1～1:1.2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种四氟硼酸季铵盐的制备方法，包括如下步骤：1)三级胺、氟硼酸盐、卤代烷在反应溶剂存在的条件下反应，反应完成后固液分离，液相脱除溶剂后获得粗产物；2)步骤1)所得粗产物加入溶剂重结晶即得所述四氟硼酸季铵盐；所述四氟硼酸季铵盐的结构式为：其中，R1、R4各自独立地选自C1‑C20的直链或支链的烷基；R2、R3各自独立地选自C1‑C20的直链或支链的烷基，或R2、R3与桥接的氮原子一起形成C4‑C10环烷基。

【技术特征摘要】
1.一种四氟硼酸季铵盐的制备方法，包括如下步骤：1)三级胺、氟硼酸盐、卤代烷在反应溶剂存在的条件下反应，反应完成后固液分离，液相脱除溶剂后获得粗产物；2)步骤1)所得粗产物加入溶剂重结晶即得所述四氟硼酸季铵盐；所述四氟硼酸季铵盐的结构式为：其中，R1、R4各自独立地选自C1-C20的直链或支链的烷基；R2、R3各自独立地选自C1-C20的直链或支链的烷基，或R2、R3与桥接的氮原子一起形成C4-C10环烷基。2.如权利要求1所述的一种四氟硼酸季铵盐的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，三级胺与氟硼酸盐的摩尔比为1:0.8～1:2；和/或，所述步骤1)中，氟硼酸盐选自氟硼酸锂、氟硼酸钠、氟硼酸铵或氟硼酸钾中的一种或多种的组合。3.如权利要求1所述的一种四氟硼酸季铵盐的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，三级胺与卤代烷的摩尔比为1:1～1:3；和/或，所述步骤1)中，卤代烷结构式为：R1-X；其中，X选自Cl、Br、I。4.如权利要求1所述的一种四氟硼酸季铵盐的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，三级胺的结构式为：5.如权利要求1所述的一种四氟...

【专利技术属性】
技术研发人员：何立，杨东，袁云龙，刘辉，杨建华，
申请(专利权)人：上海康鹏科技有限公司，衢州康鹏化学有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31