[其他]聚一氟化碳合成方法

说明书

本发明是属于有机氟碳化合物的合成方法。

自本世纪七十年代末发现聚一氟化碳在制造氟/锂高能电池中的应用后，该化合物已引起人们广泛的兴趣。用聚一氟化碳为原料的氟/锂电池具有良好的低温性能，稳定的放电性能及相当于普通电池8-10倍的能量密度，且贮存期长。此外，聚一氟化碳还能用作润滑剂等应用。

聚一氟化碳的合成方法报道很多，据R.J.Lagow等报道[J.Chem.Soc.Dalton    Trans.12，1268（1974）]氟和石墨在摄氏600多度的高温下反应生成聚一氟化碳。又据日本专利（J7518395，1975年）报道，采用稀释氟气与煅后焦在350℃温度下反应合成聚一氟化碳。在上述已知合成方法中，碳原料是采用石墨或煅后焦，反应都是在较高温度下进行，反应不安全，常易发生燃烧爆炸的危险，产率也较低。

为了克服上述已知合成方法的缺点，本发明目的是寻找一个产率高，反应条件温和，容易控制，不发生燃烧爆炸现象的聚一氟化碳合成方法。

本发明聚一氟化碳的合成方法，是由氟气和惰性气体组成的原料混合气，流经置于反应器内具有高活化性能的无定形焦炭，与之发生接触反应，反应温度为20-150℃，产物聚一氟化碳产率可达96%以上，反应时不发生燃烧爆炸等现象。

本发明方法是氟气与惰性气体以1∶1到1∶8的克分子比例，最佳克分子比例为1∶1到1∶5，进入混合器组成原料混合气，经流量计计量进入反应器。反应温度为20-150℃，最佳反应温度为40-110℃，反应器为一反应管，由于反应温度较低，因此反应管的材料可以是金属或合金（例如镍、铜、铁、不锈钢等），石英玻璃等。管内也可放有一个用相同材料制成的小舟，舟内均匀地铺一薄层无定形焦炭粉。管外用电炉进行温度调节。反应管中装有一温度测量管，管端应尽量接近焦炭粉层，以便在反应中能正确地测出反应温度。

用于稀释氟气的惰性气体可以是氮气、二氧化碳、氩气、氦气、全氟化碳（碳从C₁-C₈）等。

无定形焦炭粉是具有高活化性能的无定形碳，如石油焦、煤焦、沥青焦、炭黑等。其真比重为0.6-1.8及颗粒度为60-400目。

原料氟和焦炭的克分子比例是≥1，为了避免氟气的浪费，最佳克分子比例为1-1.7。氟气和惰性气体的混合气气流以90-250毫升/分的流量流经反应管，与无定形焦炭粉发生接触反应，反应时间为2-15小时。反应的尾气通过碱性吸收剂（氢氧化钠或氢氧化钾溶液）除去有毒成份后即放空。反应产物聚一氟化碳的氟碳比为0.8-1.25。当氟碳比为0.8到小于1时，产物为黄白色固体，当氟碳比为1-1.25时，产物为白色固体，但同样都能用于制造氟/锂高能电池，其差别在于前者的能量密度较后者的稍低些，因此产物的氟碳比最佳是≥1。

本发明聚一氟化碳合成方法的优点是反应温度较低，条件温和易控制，无燃烧爆炸的危险，安全可靠，设备简单，成本较低，产率可高达96%以上。

为了更好地理解本发明，现举例如下：

实例1

称取12克颗粒度为80-150目，比重为1.6的无定形焦炭粉铺在小舟内，装入反应器中，将反应器抽真空，电炉温度控制130℃，关上真空阀门。28.5克氟以氟与氮克分子比为1∶5的比例混合成原料混合气，以150毫升/分的流量通入反应器，与无定型焦炭粉发生接触反应，反应11.2小时后得产物白色固体聚一氟化碳32克，其氟碳比为1.05，产率为100%。

实例2

称取12克颗粒度为200-250目，比重为1.2的无定形焦炭粉铺在小舟内，装入反应器中，将反应器抽真空，电炉温度控制60℃，关上真空阀门。21克氟以氟与氦克分子比为1∶2的比例混合成原料混合气，以120毫升/分的流量通入反应器，与无定形焦炭粉发生接触反应，反应5.2小时后，得产物白色固体聚一氟化碳31克，其氟碳比为1.0，产率为100%。

实例3

称取24克颗粒度为150-200目，比重为1.5的无定形焦炭粉铺在小舟内，装入反应器中，将反应器抽真空，电炉温度控制100℃，关上真空阀门。45.6克氟以氟与氮克分子比为1∶1的比例混合成原料混合气，以90毫升/分的流量通入反应器，与无定形焦炭粉发生接触反应，反应10小时后，得产物白色固体聚一氟化碳62.8克，其氟碳比为1.08，产率为96.6%。

实例4

称取12克颗粒度为350-400目，比重为0.8的无定形焦炭粉铺在小舟内，装入反应器中，将反应器抽真空，电炉温度控制30℃，关上真空阀门。21克氟以氟与四氟化碳克分子比为1∶2的比例混合成原料混合气，以180毫升/分的流量通入反应器，与无定形焦炭粉发生接触反应，反应3.4小时后，得产物黄白色固体一氟化碳30.2克，其氟碳比为0.96，产率为100%。