【摘 要】
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四乙基四氟硼酸铵(Et4NBF4)是一种广泛应用于超级电容器有机液体电解质的盐类,其具有熔点高,低粘度,稳定和导电性良好等优点。传统的四乙基四氟硼酸铵合成方法一般都存在着大量使用有机溶剂、杂质离子难于去除、生产成本较高等缺点,严重制约了其工业化生产。电渗析技术作为发展比较成熟的膜分离技术之一,因为具有能耗低、效率高、操作方便、环境友好等优点而广泛应用于化工、食品、医药等领域。本文以四乙基氯化铵(E
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四乙基四氟硼酸铵(Et4NBF4)是一种广泛应用于超级电容器有机液体电解质的盐类,其具有熔点高,低粘度,稳定和导电性良好等优点。传统的四乙基四氟硼酸铵合成方法一般都存在着大量使用有机溶剂、杂质离子难于去除、生产成本较高等缺点,严重制约了其工业化生产。电渗析技术作为发展比较成熟的膜分离技术之一,因为具有能耗低、效率高、操作方便、环境友好等优点而广泛应用于化工、食品、医药等领域。本文以四乙基氯化铵(Et4NCl)和氟硼酸(HBF4)溶液为原料,利用复分解电渗析技术制备四乙基四氟硼酸铵。实验中对比了不同种类离子交换膜的效果,并考察了初始料液浓度、原料浓度比、电压以及流量等条件对电渗析制备电解质盐的影响,评估不同条件下的产品收率、电流效率、能耗以及纯度,从而选取最优实验条件,优化电渗析操作工艺。实验中确定的优化操作条件为:初始溶液浓度为0.3mol/L,氟硼酸和四乙基氯化铵初始浓度比为1.2∶1,操作电压为15V,各隔室流量分别为20L/h、25L/h、20L/h、25L/h。在此条件下,生产Et4NBF4能耗仅仅为0.42kWh?kg-1,电流效率为52.4%;收率可达到82%以上,产品中氯离子含量低于700ppm,符合工业化四乙基四氟硼酸铵的标准。
本文还提出另一种工艺制备四乙基四氟硼酸铵:首先以Et4NCl为原料,利用双极膜电渗析(BMED)将其原位转化为四乙基氢氧化铵(Et4NOH),后与HBF4中和生成Et4NBF4。双极膜电渗析过程的性能通过BMED的电压降、能耗、电流效率转化率和产品纯度来评估。实验研究了阳离子交换膜种类、料液浓度、电流密度等实验条件对BMED性能的影响。BMED最佳条件为进料浓度为0.4mol/L以及电流密度为12mA?cm-2。此时,Et4NOH的转化率可达到97%以上,能耗仅为0.77kWh?kg-1,电流效率可以达到约96%。最终产品中Cl-含量均低于300ppm。实验结果表明,双极膜电渗析制得Et4NOH接着与HBF4中和制备四乙基四氟硼酸铵这一工艺是可行的。此外,还对复分解电渗析与双极膜电渗析制备Et4NBF4两种工艺进行了对比。采用双极膜电渗析技术最终得到的目标产物纯度、收率均有明显提高,但其过程能耗较高,实验步骤较复分解电渗析略为繁琐。
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