背景及概述[1]
三碘化铑(RhI3)是一种黑色晶体粉末,Rh含量为19.5~21.3%,在空气中易潮解;它作为羰基化合成反应的催化剂,广泛应用于合成醋酸、醋酐、乙二醇等反应。
制备[1-2]
目前三碘化铑的制备方法主要分为三大类,即溶液法、直接合成法、溶液法转化氢氧化铑合成法。
溶液法是三氯化铑在水溶液中与氢碘酸反应生成三碘化铑;反应式为:
RhCl3+3KI=RhI3↓+3KCl
RhCl3+3HI=RhI3↓+3HCl
具体是在三氯化铑水溶液中加入适量的碘化钾或氢碘酸,保持在一定的温度下反应3h,过滤收集产物,用去离子水洗涤,真空干燥后得到黑色的三碘化铑晶体。《云南化工》2012年6月第39卷第3期13‑15页报道的《三碘化铑的新合成方法》就是采用溶液法,该方法后处理繁琐,以每千克三碘化铑用2L去离子水洗涤为例,需要洗涤10次才能将产物中的氯离子含量降至50mg/kg,废水量大,同时,残夜中的铑含量较多,造成原料损失较大、回收困难。
直接合成法,即利用碘在引发剂作用下形成游离基的性能,使铑粉和碘粉直接反应生成碘化铑;反应式为:
2Rh+3I2=2RhI3
具体是将铑粉、碘粉和引发剂按比例加入到反应器中并密封。将该混合物放入到马弗炉中,升温到指定反应温度,并维持该温度一定时间,使铑和碘充分反应。降温后取出黑色生成物,加热到90℃并恒温一段时间知道恒重为止。《稀有金属》2005年第29卷第4期482‑484页报道了《羰基合成用催化剂三碘化铑的合成》就是采用该方法,由于铑在一次反应中不会全部转化,冷却后还需用醋酸将反应生成的三碘化铑溶解,然后减压蒸发醋酸,才能得黑色三碘化铑固体,操作条件复杂,转化率较低。
溶液法转化氢氧化铑合成法,即将氯化铑溶液转变成为三价铑的氢氧化物,再利用氢碘酸和铑的氢氧化物反应得到碘化铑。中国专利CN1318311C公开了该方法,具体为将适量的一定浓度的氢碘酸溶液加入三价铑的氢氧化物中,加入至60~100℃搅拌,保持2~6小时,过滤洗涤干燥得到产品。但是由于三碘化铑与氢氧化铑均不溶于水,生成的三碘化铑会包裹氢氧化铑,导致反应的产率低;同时,氢氧化铑与三碘化铑相互分离不易,还会影响产品纯度。
方法一、CN201310079314.0提供一种高纯度的三碘化铑制备实施例,具体步骤为:
S1、取铑浓度为25g/L的三氯化铑水溶液98.4mL和浓度为5%的HI溶液200g置于微波反应器中,微波功率设定为500W,温度达到100℃时,恒温持续反应40min,得到含有三碘化铑的溶液;
S2、反应结束后向反应液中鼓入流速为20g/h的O3气体,在60℃下维持反应,生成的I2会进一步加深溶液的颜色,当溶液的颜色不再加深时停止反应,本实施例共用35min;
S3、将步骤S2中经氧化性气体处理后的含有三碘化铑的溶液过滤后得到的固体即为RhI3粗产物;采用无水乙醇洗涤至洗涤溶液无色透明。洗涤后的物质于120℃烘干6h即得高纯度的三碘化铑11.537g,碘化铑的收率为99.84%。有机溶剂对I2单质和HCl具有很好的溶解性,洗脱I2单质的同时可以除去残留的Cl‑,该方法不仅操作简单、杂质离子的脱除效率高,同时洗涤溶液容易分离和提纯,可实现有机溶剂的循环利用和I2单质的回收。
经PerkinElmer7000DV电感耦合等离子光谱发生仪测得铑含量为20.96%,纯度高;本实施例所制得的高纯度三碘化铑的扫描电镜照片如下图所示。
方法二、往三口瓶中加入5g三价铑的氢氧化物然后加入30ml质量百分比浓度为45%的HI溶液,搅拌,加热至沸腾后,保持2小时,然后趁热过滤,洗涤滤饼,除去可溶性杂质,直至洗涤液中的电导率低于50μS/cm时,将所得的产品三碘化铑置于烘箱中小心干燥,最后得到的产品为灰黑色粉末,铑含量为22.3%,单程收率为75%。由图1可见,颗粒具有疏松多孔结构,直径小于5μm,大小均匀。
反应滤液可直接循环使用,在滤液中加入45%的HI溶液,重复前面的过程即可将滤液中的三价铑氢氧化物转化为产品,经测定铑的总收率可接近100%。
应用[3]
CN201010153085.9公开了一种制备羰化碘化铑溶液的方法。一种制备羰化碘化铑溶液的方法,按照如下步骤进行:(1)脱水、羰化:将固体三碘化铑与无水醋酸投入高压釜内,通入一氧化碳后,开始搅拌,升温至80-140℃,调节高压釜压力为0.5-1.0MPa,在此条件下继续搅拌0-4h;(2)溶解:用泵将水泵入反应釜,继续搅拌20-60min后得到铑浓度高于2000ppm的羰化碘化铑溶液。按照本发明的方法可以在短时间内得到铑浓度2000-5000ppm的羰化碘化铑溶液。
主要参考资料
[1][中国发明,中国发明授权]CN201310079314.0一种高纯度三碘化铑的制备方法
[2][中国发明,中国发明授权]CN200410088705.X一种三碘化铑的制备方法
[3]CN201010153085.9一种制备羰化碘化铑溶液的方法