[发明专利]一种用于四甲基氢氧化铵的合成方法及设备

说明书

本发明公开了一种用于四甲基氢氧化铵的合成方法及设备，该合成方法包括将丁二烯衍生物和支持电解质溶解在有机溶剂中制得电极电解液，将石墨电极在电极电解液下通电，使得在石墨电极表面形成黄色聚合物薄膜得到改性石墨电极，并将改性石墨电极用于电解槽的阳极室。本发明在在石墨电极表面形成一层保护膜，抑制石墨电极的氧化，减缓了石墨电极的腐蚀速度，提高了电解的电流效率，即使在大电解液循环速率下，也能够获得良好的电流效率和电极寿命。

技术领域

本发明涉及一种有机化合物的合成方法及设备，特别涉及一种用于四甲基氢氧化铵的合成方法及设备。

背景技术

四甲基氢氧化铵(TMAH)是与苛性碱同等强度的强碱。由于其具有强碱性，同时加热分解后不残留任何物质，特别是不留下可导电的离子物质，因此，它在电子工业领域有着广泛的用途。随着大规模集成电路的不断发展，对高纯电子级TMAH的需求量日益增大，但传统制备TMAH的方法存在成本高和杂质离子含量高等缺陷。

目前TMAH的制备方法主要有：沉淀法、离子交换树脂法、加成法、离子膜法和离子膜电解法等。沉淀法存在工艺成本高、产品纯度不高等缺点。离子交换树脂法存在树脂用量很大，预处理和再生会消耗大量高纯酸碱，同时产生大量废酸废碱，污染环境等缺点。加成法反应需在高压密闭的环境中进行，中间产物很不稳定，副产物较多，产品纯度也不高。离子膜法存在离子交换速度慢，产品中杂质离子含量高、纯度不高等缺点。这些传统方法所得产品存在的缺陷，严重影响了TMAH的品质和适用范围。例如中国专利200510047043.6报道了通过季铵盐和无机碱制备季铵碱，为非电解法，产品纯度不高。

离子膜电解法是一种新型制备高纯度电子级TMAH的方法，该方法工艺简单、产品纯度高、具有成本较低、没有污染等优点，是一种清洁生产技术，也是目前制备电子级产品TMAH最好的方法。目前工业上制备TMAH比较常见的是采用四甲基氯化铵(TMAC)作为原料，用阳离子交换膜为电解隔膜的两室单膜电解法制备高纯度电子级TMAH。在该制备方法中，电极既是电化学过程的催化剂，又是电极反应进行的场所，因此电极材料的性质对整个电化学合成反应途径和选择性都有很大的影响。电极材料作为一种特殊的功能材料，不仅涉及到反应过程中的能耗，而且直接影响反应的收率和产品的质量，甚至决定整个反应体系的成败。因此，在有机电合成过程中，研制和选用合适的电极材料是至关重要的。长期以来，石墨是使用最广泛的阳极材料。但石墨多孔，机械强度差，且容易氧化成二氧化碳，在电解过程中不断地被腐蚀剥落，使电极间距逐渐增大，槽电压升高。60年代H.比尔提出的在钛基上涂覆氧化钌、氧化钛而形成的金属氧化物电极是阳极材料的一个重大革新，然而其成本大幅度升高。影响阳极使用寿命的因素之一是电解液的循环速率，循环速率越大使用寿命越长。但是，电解液的循环速率也不是越大越好，循环速率越大，电解液在电解槽停留的时间越短，电解的电流效率会降低。所以选择合适的电解液循环速率非常重，电解液循环速率一般控制为6.5～6.75L/h，此时电流效率大约为73～675％，然而即使是涂覆氧化钌的钛阳极也只有大约30天的使用寿命。

发明内容

为此，本发明提出一种用于四甲基氢氧化铵的合成方法及设备，其能够解决在大电解液循环速率下，电解电流效率低、石墨阳极使用寿命不长的技术问题。

本发明为解决上述技术问题，采用以下技术方案来实现：

一种用于四甲基氢氧化铵的合成方法，包括以下步骤：

(1)将丁二烯衍生物和支持电解质溶解在有机溶剂中制得电极电解液，将石墨电极作为反应电极、铂用作对电极、银/氯化银电极用作参比电极放入电极电解液中，在-0.3V(vs.Ag/Ag+)下通电进行聚合，待反应结束后，石墨电极表面形成黄色薄膜得到改性石墨电极，取出干燥后，置于阳极室；

(2)阳极室和阴极室之间用阳离子交换膜隔开，在阴极室中置入阴极；