一种制备氯化石蜡标准物质的反应装置的制作方法

1.本实用新型涉及氯化石蜡制备技术领域，具体涉及一种实验室氯化石蜡反应装置。


背景技术：

2.公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本公开的总体背景的一些理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
3.氯化石蜡因其良好的工业性能及相对低廉的价格而在工业诸多领域有广泛应用，如金属切割、油漆、塑料加工等。随着近年来经济社会的迅猛发展，工业需求也越来越多，推进了氯化石蜡被人们广泛关注与应用。氯化石蜡会在生产、储存、运输和工业应用等过程中释放到环境中；设备冲洗和使用后的金属加工/金属切削液都有可能成为氯化石蜡进入水生生态系统的源头。作为一种可能对生态环境构成潜在威胁的有机污染物，氯化石蜡日益受到国际社会的广泛关注。斯德哥尔摩公约pops审查委员会于2017年将短链氯化石蜡列入禁用名单中。中国是世界最大的氯化石蜡生产国和主要的出口国之一，氯化石蜡的生产和原油行业及氯碱行业密切相关，起到重要的企业平衡作用。然而，我国氯碱行业对氯化石蜡的链长没有标准和区分，对于不同链长氯化石蜡的生产和使用状况也所知甚少，同时国内对氯化石蜡标准品的研究尚处于起步阶段，急需开展相应研究以应对当前国际形势。
4.目前，氯化石蜡的定量分析方法较为复杂，由于氯原子的位置、氯化度、碳原子的不同手性使得正构烷烃在氯化过程中产生各种同系物、位置异构体、对映及非对映异构体。因此使用标准的分析方法进行逐个分离、识别和测定几乎是不可能的。这就必然导致在测定氯化石蜡样品前处理、分离鉴定技术存在很大的难度。另外，缺乏统一的标准品用于氯化石蜡的定量分析。目前国际上大多数实验室主要以商业化的氯化石蜡混合物为标准品(短链氯化石蜡(c
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c
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)：氯含量51.5％、55.5％和63.0％；中链氯化石蜡(c
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c
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)：氯含量52.0％和57.0％；长链氯化石蜡(c
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c
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：氯含量49.0％；c
22
：氯含量72.1％))，然而释放到环境中的氯化石蜡大多经过了选择性的环境迁移和生物代谢转化，其组成与商业混合物可能存在较大的差异。不同氯化程度的单体在仪器上的响应因子可能会差别很大，这就意味着如果实际环境样品中氯化石蜡同类物与所用标准品中同类物的含氯量不一致时，可能会对定量的结果产生较大的偏差。因此，亟需生产碳链长度和氯化度成分单一的氯化石蜡标准品以便建立更加准确可靠的定量分析方法。
5.目前氯化石蜡生产多采用热氯化反应的方法制取，通过往反应装置中通氯气来实现，但是这种方法存在在通入氯气时带入反应装置的水分会影响反应，同时氯气毒性较大的问题。


技术实现要素：

6.针对背景技术中提出的问题，本公开设计了一套适合实验室中氯化石蜡制备的实
用新型装置，具体是一种氯化石蜡标准品的合成及净化系统，该装置采用直链或支链烷烃为单一原料与便宜易得、污染小的氯化试剂如磺酰氯在惰性气体如氩气保护下采用较温和的光照、加热条件下反应，有效的解决了现有的氯化石蜡反应装置在通入氯气时带入反应装置的水分会影响反应和使用氯气毒性较大的问题。
7.具体的，本公开采用以下技术方案：
8.一种氯化石蜡反应装置，该装置包括通过管路依次相连的回流反应装置、干燥装置、碱液吸收装置和抽真空惰性气体置换保护装置；
9.其中，所述抽真空惰性气体置换保护装置包括双排气体分配器、真空泵、惰性气体储存罐和冷阱，所述双排气体分配器至少具有一个节门，所述双排气体分配器其中的一排管两端分别连接惰性气体储存罐与冷阱，另一排管的一端与真空泵相连，所述节门与所述干燥装置相连。
10.与本发明人知晓的相关技术相比，本公开其中的一个技术方案具有如下有益效果：
11.本实用新型公开了一种实验室中氯化石蜡反应装置，此装置可以有效地应用于直链或支链烷烃为原料与氯化试剂如磺酰氯进行自由基取代反应，制备不同氯化度的氯化石蜡。
12.该装置能够在惰性气体保护气氛下，通过干燥、碱液吸收，解决了反应体系中水分和反应所产生的酸性气体对反应过程的影响的问题。体系在投料前用真空泵抽真空和用惰性气体反复置换数次，最后体系在惰性气体保护气氛下，将液体物料用注射器注射到反应瓶中，光照下加热搅拌回流反应，通过控制回流反应时间得到不同氯化度的氯化石蜡，有效的解决了现有的氯化石蜡反应装置在通入氯气时带入反应装置的水分会影响和使用氯气毒性较大的问题。
附图说明
13.构成本公开一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
14.图1实用新型整体结构示意图。
15.图中标号：1、智能磁力搅拌器；2、汞灯柱；3、两口反应瓶；4、球形冷凝管；5、干燥装置；6、碱液吸收装置；7、具活塞接头；8、双排气体分配器；9、真空泵；10、氩气罐；11、直行二路活塞；12、球形冷阱。
具体实施方式
16.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
17.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作和/或它们的组合。
18.在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“内”、“外”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。
19.在本公开中，术语“连接”、“相连”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中具体含义，不能理解为对本公开的限制。
20.正如背景技术所介绍的，目前氯化石蜡生产多采用热氯化反应的方法制取，通过往反应装置中通氯气来实现，但是这种方法存在在通入氯气时带入反应装置的水分会影响反应，同时氯气毒性较大的问题。为了解决如上的技术问题，在本公开的一个典型的实施方式中，提供一种氯化石蜡反应装置，该装置包括通过管路依次相连的回流反应装置、干燥装置、碱液吸收装置和抽真空惰性气体置换保护装置；
21.其中，所述抽真空惰性气体置换保护装置包括双排气体分配器、真空泵、惰性气体储存罐和冷阱，所述双排气体分配器至少具有一个节门(或称一组节门)，所述双排气体分配器中的一排管的一端连接惰性气体储存罐，另一端连接冷阱，另一排管的一端连接真空泵，另一端封闭，所述节门连接所述干燥装置。
22.在本公开的一个或一些实施方式中，所述氯化石蜡反应，是以直链或支链烷烃为原料与氯化试剂进行自由基取代反应，制备不同氯化度的氯化石蜡。
23.进一步的，所述直链或支链烷烃的碳链长度为c
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。
24.进一步的，所述氯化试剂为磺酰氯。
25.在本公开的一个或一些实施方式中，所述回流反应装置包括磁力搅拌器、反应瓶、冷凝管和光源，本领域的技术人员可根据现有技术组装为回流反应装置。
26.进一步的，所述回流反应装置还包括加热锅；或者，所述磁力搅拌装置自带加热锅。加热锅内放置有反应瓶，试验时，用来加热反应瓶中的反应物料。
27.进一步的，所述光源为汞灯柱，试验时，为氯化石蜡反应提供一定波长和强度的光源，将其设置在靠近反应瓶的位置。更进一步的，所述光源设置在加热锅上面。
28.进一步的，所述冷凝管为球形冷凝管。
29.进一步的，所述反应瓶为两口反应瓶，其中一个口连通冷凝管，另一个口采用翻口塞密封，试验时，可通过翻口塞注射液体原料。
30.进一步的，所述磁力搅拌装置为智能磁力搅拌装置，具有加热和磁力搅拌功能，自带固定架，用来固定反应瓶和冷凝管。
31.在本公开的一个或一些实施方式中，所述干燥装置中设有干燥剂。
32.进一步的，所述干燥剂为吸水干燥剂。更进一步的，所述吸水干燥剂为无水氯化钙。
33.进一步的，所述干燥装置为两口烧瓶，其中一个口连接冷凝管，另一个口连接碱液吸收装置。
34.在本公开的一个或一些实施方式中，所述碱液吸收装置内盛装有碱液。
35.进一步的，所述碱液为浓度不低于5w/w％的氢氧化钠溶液，目的是防止投料过程中带入空气中的水蒸气，吸收反应过程中产生的酸性气体，防止酸性气体通过软管进入抽
真空氩气置换保护装置当中腐蚀管路。
36.进一步的，所述碱液吸收装置为三口烧瓶，其中，一个口连接所述干燥装置，一个口连接所述抽真空惰性气体置换保护装置中的节门，另外一个口采用翻口塞进行密封，碱液通过翻口塞注射进入三口烧瓶中。更进一步的，一个口通过具活塞接头连接所述抽真空惰性气体置换保护装置中的节门。
37.在本公开的一个或一些实施方式中，所述双排气体分配器中的一排管通过直行二路活塞与所述冷阱相连。
38.在本公开的一个或一些实施方式中，所述冷阱为球形冷阱。
39.在本公开的一个或一些实施方式中，所述双排气体分配器用于真空抽气、气体分配同时操作，可具有一个、二个、三个、四个、五个、六个或大于六个节门，具有多个或多组节门的双排气体分配器可以同时为多套反应体系提供服务，具体的节门个数或组数可根据实际情况进行选择。
40.在本公开的一个或一些实施方式中，所述惰性气体为氩气，所述惰性气体储存罐为氩气罐。
41.在本公开的一个或一些实施方式中，所述冷阱内盛装有硅油，作为鼓泡器能够直观地观察系统中惰性气体的通入情况。
42.为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本公开的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本公开的技术方案。
43.实施例1
44.一种氯化石蜡反应装置，结构示意图如图1所示，该装置包括依次相连的反应装置、干燥装置5、碱液吸收装置6和抽真空氩气置换保护装置。
45.所述反应装置包括智能磁力搅拌器1、汞灯柱2、两口反应瓶3和球形冷凝管4，可按照实验室常规方式组合在一起成为回流冷凝反应装置，具体的，本实用新型采用的智能磁力搅拌器1自带加热锅和固定架，能够起到加热搅拌反应物料的作用，固定架上设有两个固定夹，用来固定两口反应瓶3和球形冷凝管4；所述汞灯柱2为反应提供光照，在进行试验时，所述两口反应瓶3置于智能磁力搅拌器1的加热锅内。
46.所述干燥装置5为两口烧瓶，试验时，干燥装置5内放置干燥剂；进一步的，所述干燥剂为无水氯化钙，作用是吸收反应物料中的水分以及阻隔碱液吸收装置的水蒸气。
47.所述碱液吸收装置6为三口烧瓶，其中一个口采用翻口塞密封。试验时，碱液吸收装置6中注入的是浓度不低于5w/w％的氢氧化钠溶液，采用注射器通过翻口塞将适量氢氧化钠溶液注入碱液吸收装置6中，目的是防止投料过程中带入空气中的水蒸气，碱液吸收装置6作用是吸收反应过程中产生的酸性气体，防止酸性气体通过软管进入抽真空氩气置换保护装置当中腐蚀管路。
48.所述抽真空氩气置换保护装置包括双排气体分配器8、真空泵9、氩气罐10、直行二路活塞11和球形冷阱12。抽真空氩气置换保护装置的作用是通过真空泵9将体系抽真空，调节双排气体分配器8的节门a，通氩气置换体系三次后，将体系一直通氩气保护，防止空气中水蒸气进入。球形冷阱12底部加入适量硅油，作为鼓泡器能够直观的观察系统中氩气通入情况。双排气体分配器8的节门有四个，分别是a、b、c、d，可以同时为四套反应体系提供服务。
49.整个装置采用密闭体系连接，两口反应瓶3的一个口用翻口塞密封，另一个口连接球形冷凝管4，球形冷凝管4的上端用弯接管塞、软管与干燥装置5的一个口连接，另一个口用弯接管塞、软管与碱液吸收装置6的一个口连接，另外两个口，一个口用翻口塞密封，另一个口连一个具活塞接头7，具活塞接头7的另一头用软管连接双排气体分配器8的一个节门
‑
a，双排气体分配器8前排接口用软管连接真空泵9，后排的一个接口用软管连接氩气罐10，另一个接口用软管连接一个直行二路活塞11，直行二路活塞11另一头连接球形冷阱12。
50.实施例2
51.按照图1将各装置连接好，打开氩气罐10开关接通氩气，防止抽真空时球形冷阱12中的硅油倒吸，同时把双排气体分配器8的节门都调到关闭状态，然后将节门b、c、d中的一个节门调到抽真空上，开启真空泵9后，关闭上述打开的节门，再把节门a调到抽真空上，将体系抽真空。用吹风机吹热两口反应瓶3，待两口反应瓶3冷却后，慢慢将节门a调到通氩气上，体系充满氩气后，再将节门a调到抽真空状态，反复三次用氩气置换体系。在氩气保护气氛下，用注射器将1ml烷烃、30ml二氯甲烷、9ml磺酰氯通过翻口塞注入两口反应瓶3中，打开汞灯柱2(6w，254nm)光照，70℃搅拌加热回流反应。冰水浴冷却终止反应，打开两口反应瓶3的翻口塞，通氩气吹扫反应体系10分钟，将反应溶液转移到旋蒸瓶中，50℃以下减压旋蒸，蒸出二氯甲烷和过量的磺酰氯。冷却至室温后，向残留物中加入40ml二氯甲烷，用40ml饱和氯化铵水溶液洗涤三次、40ml饱和碳酸氢钠水溶液洗涤三次和40ml去离子水洗涤三次至水相呈中性，然后用40ml饱和食盐水洗涤。有机相用无水硫酸钠干燥、过滤、减压下除去溶剂，50℃真空干燥后得产物。根据投料量和产物量计算氯化度。
52.分离纯化：取干燥后的产物200μl用正己烷稀释至6ml，取1ml稀释溶液上柱(30mm
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10.5mm，装填8g弗洛里土)，先用38ml正己烷洗涤柱子，洗涤溶液丢弃，再用42ml二氯甲烷：正己烷(15:85)洗脱，洗脱液保留，然后再用60ml二氯甲烷：正己烷(1:1)洗脱，合并二次的洗脱液。以类似的方式，对剩余的5ml进行上柱纯化，合并所有的洗脱液，减压50℃下蒸去溶剂，最终得到高纯度产物。
53.上述实施例为本公开较佳的实施方式，但本公开的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本公开的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本公开的保护范围之内。