电解氟化法合成含氟烷基表面活性剂的研究综述6

编号2010031239

毕业论文（设计）

（2014届本科）

论文题目：电解氟化法合成含氟烷基表面活性剂研究综述学院：化学化工学院

专业：化学

班级： 10级化学本科（2）班

作者姓名：蒲小兰

指导教师：仵博万职称：教授

完成日期：2014 年 4 月10 日

目录

电解氟化法合成含氟烷基表面活性剂的研究综述 (2)

1引言 (3)

2 研究现状 (4)

3 电解氟化反应的特点 (4)

4 合成原理 (5)

4.1电解氟化反应机理 (5)

4.2含氟中间体的合成 (5)

4.3含氟烷基表面活性剂的形成过程 (6)

5 实验装置 (6)

6 实验条件 (7)

7 影响因素 (7)

7.1原始有机物结构及其含量的影响 (8)

7.2活性添加剂的影响 (8)

7.3电流密度和电极电位的影响 (8)

7.4反应温度的影响 (8)

7.5极化工况的影响 (9)

7.6电解液循环速度的影响 (9)

7.7电解槽结构的影响 (9)

8 行业概况 (11)

9 发展前景展望 (12)

10 工业生产中的环境污染与环境保护 (13)

10.1氟化物的毒性 (13)

10.2氟化生产过程中副产物的综合利用与环境环保治理 (13)

10.2.1含氟废气的综合利用与治理技术 (13)

10.2.2含氟废水的处理技术 (13)

10.2.3高氟残液的处理技术 (14)

10.2.4电解氟化过程中的安全技术 (14)

11 结束语 (15)

参考文献： (15)

电解氟化法合成含氟烷基表面活性剂的研究综述

指导教师：仵博万

学生：蒲小兰班级：10化学2班专业：化学

陇东学院化学化工学院，甘肃庆阳 745000

摘要：本文介绍了电解氟化法（ECF）制备含氟表面活性剂（FS）的合成特点，合成原理、电解装置、实验条件、影响因素、应用前景以及工业生产过程中副产物的利用与环境污染的治理。探讨了氟化反应电解槽的设计、氟化产物分离及氟化过程工业化存在技术安全的主要问题。指出了开展电极/溶液界面热力学特性及反应动力学规律研究、三维电极电化学反应器应用基础研究以及从分子结构角度入手,开发新型功能性氟碳表面活性剂等主要研究方向。

关键字：含氟烷基表面活性剂；电解氟化法；性质；原理；电解槽；环境污染、技术安全。

1引言

氟表面活性剂（FS）属于特种表面活性剂，为非金属元素有机物，具有耐高温，耐酸碱，耐氧化，饱和吸附浓度低，临界胶束浓度（CMC）低的优异性，是当今表面活性剂中表面活性最高，最重要的品种。它主要以全氟烷基或全氟烯基或部分活化了的烷基等作为表面活性剂中的疏水部分；然后再按需要引进适当的链接基及亲水基团，制得不同系列的（FS）产品。其独特性能可概括为“三高”即高表面活性，高耐热稳定性及高化学稳定性；“两憎”指其既有憎水性又有增油性。氟化剂毒性大但氟表面活性剂无毒或毒性很小[1]。

氟在自然界中以纯19F 同位素形式存在[2]，如何把氟引进有机物中成为人们正在解决的问题。目前方法主要有高价金属氟化物的氟化、氟气氟化和电化学氟化(简称ECF)，前两者反应和操作都较复杂，需要的设备苛刻，而且不易控制加氟量，难以得到目标产物[3]。

电化学氟化是美国化学家Simons于 1941 年发明的，又称为Simons过程，它是用镍作阳极，在无氟化氢(AHF)中电解制备全氟化物的一种方法，只需一步反应即可将

氟原子引入有机物中，不但保持反应物中原有官能团不变，而且装置简单，操作方便[4]。3M公司于 1952年利用该方法制备、出售大量氟化产品[5]。运用Simons 方法制备的产品尤其是含有多种基团的全氟化合物具有重要的应用价值。

2 研究现状

含氟表面活性剂的研究开发始于20世纪60年代，1956年美国3M公司先推出商品名为Floured的氟表面活性剂随后美国西欧日本等国家和地区相继开发此类产品，美国杜邦英国ICI法国Atcham德国Hoechst和Bayer瑞士Ciba-Geigy以及日本旭硝子大金大日本油墨和Neos等司拥有80％以上的市场，3M公司是其中最大的制造商。我国有机氟化学始干20世纪50年代后期。目前只有少数单位如中科院有机化学研究所上海市有机氟材料研究所能够生产含氟表面活性剂。他们最初用电解氟化工艺制取全氟辛酸及其盐后又发展了全氟辛基磺酸用作氟树脂分散聚合用的分散剂。此外武汉长江化工厂也用电解氟化法批量生产全氟辛基磺酰氟并有铬雾抑制剂等工业产品。

用电解氟化法进行全氟有机化合物的合成, 氟化速度不高 (在电化学中电流密度决定氟化速度),因此电解生产能力低。不过应强调是, 电解氟化法可制备一系列保持原始化合物功能团或杂原子的全氟有机化合物从原始碳氢类物质到完全的氟化物合成过程只在一个设备———电解槽内进行。正像前面所述, 电解氟化过程有时伴随大量原始化合物氟化分解的副产品, 但是很多副产品可用于其它技术领域。同一个设备上能制备不同级别的氟化合物。最近几十年,电解氟化过程在计算机系统控制下,氟化条件和精度都得到了很好的控制,产率也有所提高。

3 电解氟化反应的特点

优点：（1）反应过程使用无水氟化氢和碳氢化合物价值十分低廉；（2）由于是电化学反应过程，理论上可预先知道生成的产物，电压、电流等参数可精密控制；（3）相对于化学氟化装备如高压釜来说，装置简单、费用低廉；（4）电化学氟化可以方便地一步合成出特定的氟化物，如醚、羧酸、磺酸等，而用其它方法制备非常困难；（5）电化学氟化条件温和，不使用毒性高或危险的试剂，可减少污染；（6）电能是相对低廉的“试剂”。

与传统的氟化法相比，电化学氟化具有相对设备简单，反应条件温和，反应过程和