[发明专利]超纯N-甲基吡咯烷酮的生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超纯N-甲基吡咯烷酮的生产方法，具体涉及一种符合SEMIC8标准的超纯N-甲基吡咯烷酮的生产方法。

背景技术

N-甲基吡咯烷酮(N-methylpyrrolidone，简称NMP)属于氮杂环化合物，是一种重要的化工原料，被广泛应用于石油化工、农药、医药、电子材料等领域，其中，电子级N-甲基吡咯烷酮在微电子工业，半导体行业中，可用于精密仪器或线路板的清洗剂、光刻胶脱除液、LCD液晶材料生产的溶剂、以及锂电池的电极辅助材料等，其纯度和洁净度对电子产品的成品率、电性能及可靠性都有着十分重要的影响。近年来由于IT工业的迅速发展，特别是随着集成电路的尺寸向微小化和处理向高速化方向发展，对超纯电子级N-甲基吡咯烷酮等电子级化学品的纯度提出了更为苛刻的要求。

现有技术中，N-甲基吡咯烷酮采用γ-丁内酯为原料与甲胺进行胺解反应，生成N-甲基-4-羟基丁酰胺，经升温，加压，脱水过程制备得到。这是N-甲基吡咯烷酮目前唯一的工业生产方法，美国GAF、德国BASF和日本三菱化成等公司的大规模生产都采用此法。在进一步纯化过程中，由于NMP的沸点与原料γ-丁内酯的沸点仅差2℃，用精馏方法很难使二者分离，一般采用多级精馏的方式生产超纯电子级试剂。

美国专利US4965370，欧洲专利EP346086A2的方法是采用先向NMP(反应体系)中加入碱金属或碱金属盐除去杂质金属离子，再通过分步精馏得到高纯度的NMP。日本专利JP06-279401A和JP08-109167A皆采用多次精馏的工艺制备得到高纯NMP，但这些方法投入成本高，能耗大，过程控制困难，危险性高，难以进行规模化的工业生产。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种超纯N-甲基吡咯烷酮的生产方法，以克服现有技术的方法中制备过程繁琐，过程控制困难的不足。

本发明的技术构思为：

本发明以工业级N-甲基吡咯烷酮为原料，经预处理、4A分子筛吸附脱水后，分别通过采用孔径为0.1～0.2μm的络合剂复合膜进行两次膜过滤，将滤液进行减压精馏，得到的馏分冷凝后采用络合剂复合微孔膜进行三级膜过滤，制备得到目标产物。

其中，所述络合剂指的是能与金属离子形成络合离子的化合物。

本发明的技术方案：

将甲胺气体通入工业级N-甲基吡咯烷酮中，在20～40℃下反应0.5～1.5小时，以5～7L/min的流速通过4A分子筛吸附塔脱水，将过滤得到的预处理液采用孔径为0.1～0.2μm的复合膜进行两次膜过滤，得到的滤液在20～80KPa下进行减压精馏，从精馏塔顶收集80～120℃的馏分，得到的馏分在冷凝后采用微孔膜进行三级膜过滤，即得目标产物。

本发明甲胺与工业级N-甲基吡咯烷酮的质量比为2～8∶1，优选为3～7∶1；脱水工艺温度控制在20～40℃。

本发明中，所述精馏过程，在精馏塔2/3处的轻质馏分排放口，以3～5L/min的流量排放轻质馏分，从精馏塔顶口收集80～120℃的N-甲基吡咯烷酮馏分，将馏分冷却得到目标产物。

本发明中，所述预处理液进行的两次膜过滤为采用络合剂复合复合膜进行过滤，优选地，第一次膜过滤采用β-环糊精复合膜过滤，第二次膜过滤采用18-冠-6复合膜过滤。

本发明中，所述三级膜过滤为采用18-冠-6复合膜进行膜过滤。

其中，所述β-环糊精复合膜或18-冠-6复合膜等络合剂复合膜可按如下方法制备：

将固相载体高岭土研磨成200～300目的细粉粒，与粘结剂聚乙烯醇混合均匀，低温干燥，在800～900℃温度下烧结，冷却至室温，用络合剂β-环糊精或18-冠-6进行浸渍吸附，制得孔径为0.1～0.2μm络合剂与固相载体高岭土的复合膜，即β-环糊精复合膜或18-冠-6复合膜。

本发明中的所述制备超纯N-甲基吡咯烷酮流程中与物料相接触的反应器及各流程的物料传输管道均由高纯石英制成；所用的储槽由高纯全氟材料制成。

其中，所述全氟材料指的是与碳原子相连的氢原子全部被氟原子所取代的高分子材料，如聚四氟乙烯、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物等。

用本发明方法得到的超纯N-甲基吡咯烷酮纯度达99.8％以上，水分含量小于0.02％，大于0.5μm的尘埃颗粒低于10个/ml，单一金属离子的含量小于1ppb，符合国际半导体设备和材料组织制定的化学材料部分8级(SEMI C8)标准。

与现有技术相比，本发明超纯N-甲基吡咯烷酮的生产方法的优点在于：