電氟化制備全氟酰氟過程電解液導電性能的研究

張潮

【摘 要】在電壓5-7V條件下，電解無水氟化氫和酰氯的混合電解質可制備全氟酰氟。在一定電流密度條件下，通過向電解液添加不同類型不同濃度的導電添加劑，可降低電解進行時的電壓，提高電解液的導電性能，以達到電解氟化所要求的電壓范圍。

【關鍵詞】電解；全氟酰氟；導電添加劑；導電性能

引言：

全氟溶劑由于其優異的化學性質在作為溶劑、清洗劑和表面活性劑等方面有很大用處。全氟溶劑比較穩定，其熱分解性和氧化性都要好于相應的碳氫化合物。全氟酰氟作為制備全氟溶劑的中間體，具有廣泛的應用。可以制備相應的全氟醚、全氟酮、全氟羧酸和全氟羧酸鹽等等[1]。電解酰氯和無水氟化氫的混合電解液可以制備全氟酰氟，但是電解氟化法制備全氟酰氟要求需要較低的電壓，電壓范圍約在5-7V[2]，低于5V電解氟化無法進行，高于7V會產生氟氣，無法得到全氟酰氟。而全氟酰氟和氟化氫自身導電性能較差，當電流密度為0.02-1A/CM2時，往往電壓會超過7V，導致無法得到全氟酰氟產品。本文以電解制備全氟丁酰氟為例，研究了酰氯濃度、不同類型導電添加劑及濃度對電解液導電性能的影響。

一、實驗部分

（一）實驗原料及實驗設備

無水氟化氫，純度99.95%，自制；正丁酰氯，純度98%，江陰市月城江南精；電解電源，100A，自制；電解槽，10L，自加工。

（二）試驗方法

于電解槽中加入一定濃度的電解質，抽空電解槽保壓合格后，給電解槽循環降溫，以維持電解槽溫度0-5℃左右，接通220V電源，向100A可控硅整流供電進行電解實驗，尾氣經過處理后放空。電解氟化得到的全氟酰氟產品和氟化氫、酰氯不互溶而沉于下層，可從下層液放出。

二、實驗結果及討論

（一）正丁酰氯濃度對電解液導電性能的影響

正丁酰氯的濃度和電解電壓有一定的關系。在電流密度為0.02-1A/CM2，電解槽溫度為0-5℃條件下，當正丁酰氯的濃度為2.3-2.8%時，電壓為8.6-8.9V，隨著正丁酰氯的加入量逐漸增大，電解電壓逐漸降低，當正丁酰氯濃度為9%以上時，電解電壓降到了8.32V。雖然隨著正丁酰氯的加入，電壓有降低的趨勢，但是電壓下降的并不是很明顯，電解液導電性能提升不明顯。這可能時由于，正丁酰氯是弱電解質，隨著正丁酰氯濃度的增加，導電性能增強，電壓降低。但是，隨著濃度的繼續加大，弱電解質對導電性能的改善達到了飽和，電壓下降趨勢變的微弱。

（二）導電添加劑對電解液導電性能的影響

圖1當電流密度為0.02A-1/CM2，電解槽溫度為0-5℃，正丁酰氯濃度為9%時，導電添加劑A的加入量和電解電壓的關系圖。從圖中可以看到在沒有加入導電添加劑A時，在此條件下電壓為7.5-7.7V之間，在加入導電添加劑A濃度為1-2%時，電壓下降很明顯，降到了7V左右，當加入導電添加劑A的濃度為2-3%時電壓降到了6-7V，電解液導電性能明顯提升。當導電添加劑A的濃度超過4%時，電壓的下降基本達到飽和。導電添加劑A的加入對電壓的下降效果很明顯，但是有一定的飽和度，當濃度大于4%后電壓下降就很微弱了。

圖2為當電流密度為0.02A-1/CM2，電解槽溫度為0-5℃，導電添加劑B加入量和電解電壓的關系圖。從圖中可以看到，當未添加導電添加劑B時，電壓為6-7V之間，隨著導電添加劑B的加入電壓沒有下降，反而上升。導電添加劑B的加入對提升電解液導電性能的效果不是很明顯。

三、結論

（一）氟化氫和正丁酰氯的導電能力都很差，在電流密度為0.02-1A/CM2，電解槽溫度為0-5℃條件下，無法將電壓控制到5-7V范圍內，必須在電解槽中添加導電添加劑。

（二）研究了導電添加劑對電解液電解性能的影響，電流密度為0.02A-1/CM2，電解槽溫度為0-5℃時，導電添加劑A的加入對電解性能有很好的改善，隨著導電添加劑A的加入電壓能降到了6-7V，效果明顯，但導電添加劑A對電解液導電性能的提升有一定的飽和性，隨著添加量的增加，導電添加劑A對電解液導電性能的提升達到了飽和。導電添加劑B的添加對導電性能影響較小。

【參考文獻】

[1] 王恩仁， 花明文， 王奎. 電化學氟化法制備全氟丁磺酸鉀[J]. 有機氟工業， 2003（4）：23-25.

[2] 范春雷， 楊建軍， 徐國政. 全氟丁酸的合成研究[J]. 有機氟工業， 2007（3）：18-20.endprint