Способ получения изопропилата алюминия

Изобретение относится к способу получения изопропилата алюминия. Способ включает взаимодействие активированного алюминия с изопропанолом при нагревании в присутствии хлористого алюминия с последующей очисткой целевого продукта. При этом взаимодействие активированного алюминия с изопропанолом осуществляют в мольном соотношении 1:3, алюминий предварительно активируют электролизом смеси алюминия и раствора хлористого алюминия в изопропаноле (порядка 15% от общего объема изопропанола) с использованием алюминиевых электродов и очистку продукта проводят вакуумной ректификацией. Способ позволяет использовать изопропанол, содержащий до 6 мас.% воды, и получать целевой продукт с содержанием основного вещества 99,996%. 5 з.п. ф-лы, 6 пр.

 

Изобретение относится к химической технологии, а именно к способу получения изопропилата алюминия высокой чистоты, который благодаря своей доступности имеет широкий спектр практического применения, начиная от катализа органических реакций и заканчивая получением на его основе сверхчистого оксида алюминия, а также смешанных оксидов переходных и редкоземельных металлов - материалов для создания лейкосапфиров, нанокерамики и других компонентов микроэлектроники.

К настоящему времени известно большое число технических решений по получению алкоголятов алюминия, которые в основной массе своей основаны на взаимодействии различных спиртов с металлическим алюминием. Эти технологии требуют предварительной активации алюминия путем его обработки различными химическими соединениями, как: сулема (US 3446829, опубл. 27.05.1969), йод и йодиды металлов (CN 1424296, опубл. 18.06.2003; CN 1062135, опубл. 24.06.1992), галлий или индий (JP 2013060388, опубл. 04.04.2013; SU 742422, опубл. 25.06.1980), олово (RU 2395514, опубл. 27.07.2010), а также их эвтектические смеси (RU 2124518, опубл. 10.01.1999). Вышеуказанные соединения загрязняют алкоголяты алюминия и не позволяют получать высокочистые продукты на их основе. Кроме того, эти технологии требуют использования обезвоженных спиртов, так как наличие даже следовых количеств воды в спирте существенно влияет на скорость процесса активации алюминия, поскольку пассивирует его поверхность, что приводит к замедлению реакции алкоголиза и снижению ее селективности.

Абсолютировать продажный изопропиловый спирт можно путем прибавления к нему готового изопропилата алюминия (или магния) и кипячения в течение 6-8 часов с последующей перегонкой. Очевидно, что такая трудоемкая и энергозатратная дополнительная стадия ведет к усложнению и удорожанию технологии в целом.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является упрощение и удешевление технологии получения изопропилата алюминия за счет возможности использования обводненного спирта, а также получение целевого продукта высокой чистоты.

Выявлено два релевантных технических решения с идентичной решаемой задачей. В патенте «Способ получения алкоголятов алюминия» (RU 2005711, опубл. 15.01.1994) процесс взаимодействия металлического алюминия с алифатическим влажным спиртом ведут при подаче спирта со скоростью, обеспечивающей поддержание температуры в реакторе не ниже 165°C, а обезвоживание спирта осуществляют путем отгонки содержащейся в нем воды в виде азеотропа за счет тепла реакции алкоголиза. Однако эта технология применима только для спиртов, имеющих 4-8 атомов углерода, и не может рассматриваться в качестве прототипа исследуемого объекта.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является способ получения алкоголятов алюминия с использованием обводненного спирта, описанный в американском патенте «Preparation of aluminum alcoholates from non-anhydrous lower alcohols» (US 3083218, опубл. 26.03.1963). Получение изопропилата алюминия включает нагрев (82°C) смеси алюминия, избытка изопропилового спирта, хлористого алюминия и катализатора (ацетат ртути) до окончания выделения водорода. Затем продукт выделяют дистилляцией.

К недостаткам описанного в патенте способа следует отнести:

- использование катализатора - ацетата ртути, который загрязняет алкоголят и не позволяют получать высокочистый оксид алюминия на его основе;

- использование большого количества хлорида алюминия - от 15 до 40 вес.% по отношению к алюминию в зависимости от обводненности спирта;

- необходимость удаления избытка спирта (усложнение технологии) при выделении целевого продукта;

- дистилляция не обеспечивает достаточной чистоты продукта.

Заявляемое изобретение направлено на решение этих проблем и позволяет удешевить и упростить процесс получения изопропилата алюминия, а также добиться высокой чистоты целевого продукта и соответственно продуктов на его основе.

Технический результат - повышение чистоты целевого продукта и упрощение (удешевление) технологии за счет активации процесса растворения алюминия в техническом изопропиловом спирте под воздействием электрического тока в присутствии фоновой соли - хлорида алюминия.

Суть изобретения заключается в том, что процесс активации алюминия осуществляют электролизом смеси алюминия (чистота не менее 99,5%), небольшой части (порядка 15%) от рассчитанного количества изопропилового спирта и электропроводящей (фоновой) соли, в качестве которой используют хлорид алюминия в количестве 3-5 мас.% по отношению к алюминию. Электролиз проводят при температуре кипения спирта и плотности тока 0.02-0.06 А/см2 с использованием алюминиевых электродов до начала интенсивного выделения газа - водорода. Тогда электролиз прекращают и добавляют основную часть изопропилового спирта с такой скоростью, чтобы поддерживать равномерное кипение спирта (мольное соотношение алюминий : спирт = 1:3). Температуру реакционной смеси доводят до 120°С и выдерживают до прекращения кипения спирта и выделения газа. Полученный изопропилат алюминия очищают перегонкой при пониженном давлении с использованием ректификационной колонны.

Заявляемый способ иллюстрируется следующими примерами:

Пример 1

В реактор объемом 25 л помещают 2355 г металлического алюминия, продувают инертным газом, добавляют 94 г AlCl3 (4 мас.% по отношению к алюминию) и 3000 мл (15% от расчетного количества) изопропилового спирта. Далее, в токе инертного газа погружают алюминиевые электроды в раствор хлористого алюминия в изопропаноле (электролит), пропускают через них электрический ток (плотность тока 0,04 А/см2) и нагревают реакционную смесь до кипения изопропилового спирта. Реакция начинается через 30 мин после закипания изопропилового спирта. Начало реакции определяют по постоянному и интенсивному выделению газа. После того как реакция запустилась, источник тока отключают, электроды извлекают, а реакционную смесь интенсивно перемешивают и прибавляют 17000 мл изопропилового спирта с такой скоростью, чтобы поддерживать равномерное кипение спирта. Затем смесь нагревают до 120°C до полного прекращения кипения спирта и выделения водорода. После окончания реакции целевой продукт очищают перегонкой при пониженном давлении с использованием ректификационной колонны (т. кип. от 132 до 140° при 7-10 мм рт. ст.), отбирая первую порцию (~1-2%) дистиллята в отдельную емкость в качестве предгона. Оставшуюся часть собирают в приемник для чистого продукта. Получено 16370 г (92%) изопропилата алюминия в виде прозрачной вязкой жидкости с содержанием основного вещества 99,996%.

Пример 2

Способ осуществляют аналогично примеру 1, только AlCl3 добавляют в количестве 70 г (3 мас.% по отношению к алюминию). Далее, в токе инертного газа погружают алюминиевые электроды в раствор электролита, пропускают через них электрический ток (плотность тока 0,04 А/см2) и нагревают реакционную смесь до кипения изопропилового спирта. Реакция начинается через 50 мин после закипания изопропилового спирта. Далее весь процесс проводят, как описано в примере 1. Выход изопропилата алюминия с содержанием основного вещества 99,996% после ректификации составляет 16192 г (91%).

Пример 3

Способ осуществляют аналогично примеру 1, только AlCl3 добавляют в количестве 118 г (5 мас.% по отношению к алюминию). Далее, в токе инертного газа погружают алюминиевые электроды в раствор электролита, пропускают через них электрический ток (плотность тока 0,04 А/см2) и нагревают реакционную смесь до кипения изопропилового спирта. Реакция начинается через 30 мин после закипания изопропилового спирта. Далее весь процесс проводят, как описано в примере 1. Выход изопропилата алюминия с содержанием основного вещества 99,996% после ректификации составляет 16370 г (92%).

Пример 4

Способ осуществляют аналогично примеру 1, только через алюминиевые электроды в раствор электролита пропускают электрический ток меньшей плотности (плотность тока 0,02 А/см2) и нагревают реакционную смесь до кипения изопропилового спирта. Реакция начинается через 60 мин после закипания изопропилового спирта. Далее весь процесс проводят, как описано в примере 1. Выход изопропилата алюминия с содержанием основного вещества 99,996% после ректификации составляет 16014 г (90%).

Пример 5

Способ осуществляют аналогично примеру 1, только через алюминиевые электроды в раствор электролита пропускают электрический ток большей плотности (плотность тока 0,06 А/см2) и нагревают реакционную смесь до кипения изопропилового спирта. Реакция начинается через 30 мин после закипания изопропилового спирта. Далее весь процесс проводят, как описано в примере 1. Выход изопропилата алюминия с содержанием основного вещества 99,996% после ректификации составляет 15658 г (88%).

Пример 6

Способ осуществляют аналогично примеру 1. Далее, в токе инертного газа погружают алюминиевые электроды в раствор электролита, пропускают через них электрический ток (плотность тока 0,04 А/см2) без нагревания реакционной смеси. Реакция не начинается даже через 120 мин.

Заявляемый новый способ получения изопропилата алюминия позволяет:

использовать технический спирт (массовая доля воды до 6%), что при промышленном производстве сильно упрощает и удешевляет технологию в целом;

полностью использовать оба компонента реакционной смеси (спирт и алюминий), что позволяет существенно снизить затраты на выделение изопропилата алюминия, в частности исключается стадия отгонки избыточного спирта;

получать целевой продукт высокой чистоты из-за отсутствия необходимости использования катализаторов активации алюминия на основе других металлов, а также применения ректификационной колонны.

1. Способ получения изопропилата алюминия, включающий взаимодействие активированного алюминия с изопропанолом при нагревании в присутствии хлористого алюминия с последующей очисткой целевого продукта, отличающийся тем, что:

- взаимодействие активированного алюминия с изопропанолом осуществляют в мольном соотношении 1:3;

- алюминий предварительно активируют электролизом смеси алюминия и раствора хлористого алюминия в изопропаноле (порядка 15% от общего объема изопропанола) с использованием алюминиевых электродов;

- очистку продукта проводят вакуумной ректификацией.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что электролиз проводят при плотности тока 0.02-0.06 А/см2.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что взаимодействие активированного алюминия с изопропанолом осуществляют путем прибавления изопропанола к алюминию со скоростью, поддерживающей равномерное кипение спирта.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что хлористый алюминий используют в количестве 3-5 мас.% по отношению к алюминию.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что изопропанол может содержать до 6 мас.% воды.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что алюминий используют чистоты не менее 99.5%.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу получения органомагнийоксаналюмоксанов. Способ включает взаимодействие полиалкоксиалюмоксанов с ацетилацетонатом магния [CH3(O)CCH=C(CH3)O]2Mg в среде органического растворителя при температуре 20°С-70°С с последующей отгонкой растворителя сначала при атмосферном давлении, а затем при пониженном давлении и температуре до 140°С.

Изобретение относится к способу получения металлоорганических каркасных соединений с октакарбоксифталоцианинатом металла в качестве основной структурной единицы.

Изобретение относится к области неорганической химии и может быть использовано для получения альфа гидрида алюминия, который находит применение в качестве энергетического компонента топливных элементов и твердых ракетных топлив.

Изобретение относится к способу получения 2,6,8,11-тетраэтил-4-арил-1,7-дитиа-4-аза-2,6,8,11-тетраалюминациклоундеканов общей формулы (1): Способ включает взаимодействие 3-арил(n-метилфенил, n-метоксифенил, n-хлорфенил, n-бром)-1,5,3-дитиазепанов с EtAlCl2 в присутствии магниевого порошка с участием катализатора Cp2TiCl2 и Cp2ZrCl2 при мольном соотношении 3-арил-1,5,3-дитиазепан : EtAlCl2 : Mg : Cp2TiCl2 : Cp2ZrCl2 = 1:(4.5-5.5):(4.5-5.5):(0.03-0.07):(0.03-0.07) в смеси растворителей Et2O - ТГФ (1:1, объемн.), в атмосфере аргона при температуре 35-45°С в течение 6-10 ч.

Изобретение относится к области органической химии, в частности к способу совместного получения 2,6,8,11-тетраэтил-4-фенил-1,7-дитиа-4-аза-2,6,8,11-тетраалюминациклоундекана (1) и 2,4,7,9,12-пентаэтил-5-фенил-1,8-дитиа-5-аза-2,4,7,9,12-пентаалюмина-циклододекана (2): Способ включает взаимодействие 3-фенил-1,5,3-дитиазепана с EtAlCl2 в присутствии магниевого порошка с участием катализатора Cp2TiCl2.

Изобретение относится к способу получения пористых координационных полимеров общей формулы MIL-53(X), где Х=Al или Cr. Способ включает смешение хлорида металла общей формулы XCl3×6H2O, где X имеет вышеуказанные значения, и 1,4-бензолдикарбоновой кислоты в присутствии растворителя, нагревание полученной реакционной смеси под воздействием СВЧ-излучения и выделение целевого продукта.

Изобретение относится к пористому металлорганическому скелетному материалу. Материал содержит по меньшей мере одно по меньшей мере двухкоординационное органическое соединение, координационно соединенное по меньшей мере с одним ионом металла и являющееся производным 2,5-фурандикарбоновой или 2,5-тиофендикарбоновой кислоты.

Изобретение относится к области металлорганического синтеза, конкретно к способу получения рацемических 1-этил-3,4-бис[(оксифенил)метил]алюминациклопентанов общей формулы (1a-d): Способ включает взаимодействие непредельных соединений с этилалюминийдихлоридом EtAlCl2, металлическим магнием в присутствии катализатора Cp2ZrCl2.

Изобретение относится к получению предкерамических волокнообразующих органо-иттрийоксаналюмоксанов. Предложен способ получения предкерамических волокно-образующих органоиттрийоксаналюмоксанов взаимодействием полиалкоксиалюмоксанов с раствором гидрата ацетилацетоната иттрия {[СН3(O)ССН=С(СН3)O]3Y·2,5Н2O}, концентрация которого 4,5-5,0 мас.% в ацетоуксусном эфире, в среде органического растворителя (гексан, толуол, этиловый спирт и т.п.) при температуре 20-50°C, при этом мольное отношении алюминий : иттрий (Al :Y) менее 200, с последующей отгонкой растворителей сначала при атмосферном давлении, а затем при пониженном давлении и температуре до 150°C.

Настоящее изобретение относится к способу получения высокочистых алкоголятов алюминия, которые применяются в качестве прекурсоров при синтезировании функциональной керамики.
Изобретение может быть использовано при получении высокочистого оксида алюминия. Способ гидролиза изопропоксида алюминия включает взаимодействие изопропоксида алюминия с раствором изопропилового спирта в воде при интенсивном перемешивании.

Настоящее изобретение относится к способу получения высокочистых алкоголятов алюминия, которые применяются в качестве прекурсоров при синтезировании функциональной керамики.

Изобретение относится к способу получения оптически активного (1R,2S,5R)-[[5-метил-2-(1-метилэтил)циклогексил]окси]дихлоралана формулы (1), который может быть использован в тонком органическом и металлорганическом синтезе, в частности при получении энантиомерно чистых продуктов с высокими оптическими выходами.

Изобретение относится к установкам для переработки углекарбонатного минерального сырья и может быть использовано при его глубокой переработке с получением карбида кальция и/или ацетилена, а также широкого спектра иных продуктов.
Изобретение относится к усовершенствованному способу получения изопропоксида алюминия взаимодействием металлического алюминия с изопропанолом при нагревании в присутствии катализатора с последующим выделением целевого продукта, где в качестве катализатора используют реакционную массу синтеза изопропоксида алюминия состава (мас.%): изопропоксид алюминия 91,4-97,2; изопропанол 2,6-8,0; изопропоксиды металлов 0,2-5,2; в том числе: изопропоксид железа 0,1-3,5; изопропоксид кремния 0,08-0,8; изопропоксид титана 0,02-0,9, взятую в количестве 1-20 мас.% в расчете на исходный алюминий, синтез изопропоксида алюминия осуществляют при температуре 75-140°С и атмосферном давлении.
Изобретение относится к каталитической химии. .
Изобретение относится к способу очистки алкоголятов алюминия. .

Изобретение относится к устройству для контактирования твердого материала в виде сыпучих частиц с жидкостями или твердого материала с жидкостями и газами в реакторе путем приведения реагентов в контакт друг с другом, включающему корпус и установленный в нем ситовой элемент, в зоне которого осуществляется контактирование, при этом ситовой элемент выполнен в виде вращающегося барабана 5.

Изобретение относится к способу получения смешанных алкоголятов щелочных и щелочноземельных металлов. Способ включает сначала взаимодействие смеси гидроксидов бария и калия, взятых в эквивалентном соотношении гидроксид бария: гидроксид калия, равном 1,0:(0÷4,0), с аминоспиртом или смесью аминоспирта с тетрагидрофурфуриловым спиртом в углеводородном растворителе в эквивалентном соотношении гидроксиды бария и калия: гидроксильные группы спиртов, равном 1,0:(1,2÷1,4).

Изобретение относится к способу получения изопропилата алюминия. Способ включает взаимодействие активированного алюминия с изопропанолом при нагревании в присутствии хлористого алюминия с последующей очисткой целевого продукта. При этом взаимодействие активированного алюминия с изопропанолом осуществляют в мольном соотношении 1:3, алюминий предварительно активируют электролизом смеси алюминия и раствора хлористого алюминия в изопропаноле с использованием алюминиевых электродов и очистку продукта проводят вакуумной ректификацией. Способ позволяет использовать изопропанол, содержащий до 6 мас. воды, и получать целевой продукт с содержанием основного вещества 99,996. 5 з.п. ф-лы, 6 пр.

Наверх