[发明专利]循环利用离子液体的方法

说明书

本发明的领域

本发明涉及处理废离子液体的方法。下文提及的离子液体是在再加工核燃料中被使用过的离子液体，但应该理解的是，本发明可用于所有离子液体技术领域中，包括在核工业以外的应用。

本发明的背景

不含分子溶剂的离子液体首先被Hurley和Wier在一系列US专利(24446331，2446339，2446350)中公开。一般来说，离子液体是盐，盐的混合物，或产生一种或多种盐的组分的混合物，它在低于室温或稍高于室温的温度下熔化。(这里使用的术语“盐”是指完全由阳离子和阴离子物质组成的物质)。此类液体已知为“离子液体”，虽然这一术语有时候用于指在较高温度下熔化的盐。在本说明书中，术语“离子液体”是指在至多100℃的温度下熔化的盐。

悬而未决的专利申请PCT/GB99/00246公开了再加工废核燃料的方法，它包括将废燃料或废燃料的组成部分溶解在离子液体中，使易裂变物质与放射性燃料中的其它组分基本上分离开。也公开了所获得的离子液体的后续处理，通过溶剂萃取或电化学处理以回收已被溶解的铀或钚。

除了易裂变材料，废离子液体也含有与铀一起溶解的易裂变产物。人们已付出较大的努力来开发一种在从混合物分离出铀之后以适合将其转化成稳定废物形式的形式除去这些污染物的费用低廉途径。

可通过许多不同途径中的任何一种或组合来实现污染物的除去。所选择的易裂变产物如钚能够通过施加合适的电位以电化学方式抽提。这一方法的缺点是电解是高成本的过程，尤其当在工业规模上进行时。

易裂变产物另外或进一步地可通过添加有机溶剂来从离子液体中萃取。有机物质的添加导致易裂变产物化合物的沉淀。沉淀物可从离子液体中过滤出来并在玻璃化步骤之前经过煅烧被转化成氧化物。清洗后的离子液体然后可被回收应用于电解精炼中。

燃烧是除去污染物的另一可供选择的方案，其中废离子液体被加热到超过200℃的温度。这一过程的缺点可从经济的角度来度量；咪唑鎓盐的燃烧导致二氧化碳、水和氮氧化物混合物(NOx)的产生。这意味着离子液体不能回收利用并在事实上遭毁坏。

由于工业中最大成本的一个因素是必需原料的成本，有助于通过回收利用来最大程度降低这些成本的任何方法显然是更具诱惑的可供选择的方案。

本发明的叙述

根据本发明提供了处理包含离子液体和污染物的废离子液体组合物的方法，该方法包括加热所述的离子液体以形成它的部分分解产物，将该产物与所述的污染物分离，然后让分离出的产物与反应试剂反应以再生该离子液体。

当1-甲基-3-乙基咪唑鎓氯化物在减压下加热时，离子液体部分地分解得到1-甲基咪唑，1-乙基咪唑，氯代甲烷和氯代乙烷。在最初的实验中，该热解产物在室温下放置2天和重新发生反应得到1，3-二甲基咪唑鎓氯化物，1，3-二乙基咪唑鎓氯化物，和1-甲基-3-乙基咪唑鎓氯化物的混合物。这些结果是令人惊奇的，因为热分解在以前被认为破坏了循环利用离子液体的任何电位。然而，对于这些实验，用于清洁离子液体的热分解现在看来是经济上有吸引力的选择方案。

优选地，使分解产物与至少一种其它分解产物一起与污染物分离。分离可通过在加热过程中的挥发来实现。在本发明的一个实施方案中，部分分解产物通过蒸馏与至少一种其它分解产物分离。

优选地，离子液体在200-300℃或更优选220℃-250℃的温度下在2mmHg或更低的低压下被加热。

本发明的详细叙述

废离子液体例如1-甲基-3-乙基咪唑鎓氯化物被易裂变产物所污染，还可能被有机辐射分解产物所污染，并需要进行处理，为的是以适合于将其转化成稳定废物形式的形式回收易裂变产物。

在根据本发明的方法中，离子液体在200℃-300℃范围内的温度下在减压下加热。在优选的实施方案中，1-甲基-3-乙基咪唑鎓在低于2mmHg的压力下在220-250℃的温度下加热2-3小时。这些条件允许离子液体发生仅仅部分的分解，因此允许回收离子液体中的尽可能多的有用组分化合物。应该理解的是，部分分解的条件对于不同取代的咪唑鎓盐和对于它们的不同混合物都是不同的。

离子液体的热解导致挥发性热解产物的生成。对于1-甲基-3-乙基咪唑鎓氯化物，这些产物是1-甲基咪唑，1-乙基咪唑，氯代甲烷和氯代乙烷。氯代乙烷然后分解成氯化氢和乙烯。

挥发性产物被收集在冷阱中，混合物的后续蒸馏可以分离出各组分。最具挥发性的组分是氯化氢和乙烯。氯化氢能够使用氢氧化物涤气器从系统中清洗掉，乙烯能够装瓶或作为副产物燃烧。