[发明专利]一种聚苯胺的合成方法

说明书

本发明公开了一种聚苯胺的合成方法，将苯胺和稀盐酸的混合溶液与亚铁离子盐的水溶液混合，再加入过硫酸盐，按摩尔比n_{(过氧化氢)}∶n_(苯胺)=1.4∶1.0加入过氧化氢溶液，所得反应体系在搅拌条件下进行3～5小时反应；所得产物经过滤和水洗后干燥，即得聚苯胺。本发明以芬顿试剂为引发剂，采用加入微量过硫酸盐促进快速形成苯胺自由基的方法，大大缩短苯胺聚合成聚苯胺的引发潜伏期，满足高效的工业化生产的需求，采用该方法可实现合成聚苯胺价廉环保的绿色合成，合成过程中的滤液和洗涤用水循环用于合成聚苯胺，既不产生环境污染，也无需废液处理成本，大大降低了聚苯胺的生产成本。

技术领域

本发明涉及聚苯胺的生产技术领域，特别是涉及一种廉价环保的聚苯胺的合成方法。

技术背景

锌-聚苯胺（Zn-PANI）水溶液二次电池已有报导，并有重大突破。然而，Zn-PANI水溶液二次电池遭遇的问题之一是，该电池中所用聚苯胺的价格十分昂贵。聚苯胺的价格之所以昂贵，主要是其生产过程采用的氧化剂一般为过硫酸盐（如过硫酸铵）的价格较高和合成的废液处理费用高等引起的。因而尽管Zn-PANI水溶液二次电池具有许多优点，但生产出的产品价格将十分昂贵，必将导致失去市场竞争力。

在用芬顿试剂处理合成聚苯胺废液的过程中发现，适量的芬顿试剂浓度能引发低分子量的聚苯胺齐聚物和未反应的苯胺进一步聚合成聚苯胺，孟勇等也曾研究过在硫酸体系中采用芬顿试剂合成聚苯胺，廖川平报道了非常耗时的在10% 聚苯胺的引发下用空气氧化苯胺聚合成聚苯胺。使苯胺聚合成聚苯胺的关键是用引发剂使苯胺产生能聚合的自由基，而苯胺的自由基一旦产生，其聚合过程是一自催化聚合过程，只要引发剂能够维持体系中苯胺自由基或其齐聚物自由基的存在，苯胺或聚苯胺齐聚物就可持续聚合成聚苯胺。无论是用10% 聚苯胺作为苯胺聚合成聚苯胺的引发剂或是用芬顿试剂氧化合成聚苯胺普遍存在很长的潜伏期和一次反应产率偏低的缺陷(普遍产率低于70%，实际产率普遍在30～50%之间)，引起生产成本难以实际降低，满足不了工业生产的要求。

发明内容

针对现有芬顿试剂合成聚苯胺的耗时和产率低、过硫酸铵合成成本高和废水难以处理的棘手问题，本发明的目的是提供一种原料易得、环境友好、生产成体低的环保型聚苯胺的合成方法。

本发明的技术方案为：一种廉价环保的聚苯胺的合成方法，将苯胺和稀盐酸的混合溶液与少量亚铁离子盐的水溶液混合，再加入微量过硫酸盐，按摩尔比n_{(过氧化氢)}∶n_(苯胺)=1.4∶1.0 加入过氧化氢溶液，所得反应体系在搅拌条件下进行3～5小时反应；所得产物经过滤和水洗后烘干，即得聚苯胺，其滤液和水洗液可全部循环使用。

较佳的，过硫酸盐选自过硫酸铵、过硫酸钠、过硫酸钾等中任意一种。

较佳的，过硫酸盐为苯胺摩尔量的1/2500。

较佳的，反应体系中，亚铁离子盐的浓度为4×10^-4摩尔/升。

较佳的，反应体系中，盐酸的浓度为0.2~2摩尔/升。

较佳的，反应体系中，苯胺的浓度为0.1~1摩尔/升。

较佳的，亚铁离子盐为氯化亚铁。

较佳的，过氧化氢溶液质量浓度为30%。

与现有技术相比，本发明是在盐酸体系中，以芬顿试剂(由过氧化氢和亚铁离子组成的具有较强氧化性的体系)为引发剂，采用加入微量过硫酸盐促进快速形成苯胺自由基的方法，大大缩短苯胺聚合成聚苯胺的引发潜伏期，满足高效的工业化生产的需求。采用本发明方法可实现合成聚苯胺价廉环保的绿色合成，合成过程中的滤液和洗涤用水循环用于合成聚苯胺，既不产生环境污染，也无需废液处理成本，大大降低了聚苯胺的生产成本。