7790-22-9 / 碘化鋰(三水)的主要應用

背景及概述^[1-2]

碘化鋰為無色或白色立方晶系晶體。易潮解。已知有無水物、二分之一水合物LiI·1/2H₂O、一水合物LiI·H₂O、二水合物LiI·2H₂O、三水合物LiI·3H₂O。這些水合物通常是穩定的(溶化時液相組成和化合物組成一致，不發生分解)。市售品通常為三水合物。碘化鋰(三水)：六方晶系，黃色結晶。相對分子質量187.89。相對密度3.48。熔點73℃。75～80℃失去一分子結晶水，成為二水合物。80～120℃失去兩分子結晶水，成為一水合物。300℃時成為無水物。溶于水、甲醇、乙醇、丙酮以及酯類溶劑。在水中的溶解度：0℃時151、60℃時201.2。碘化鋰(三水)在氯氣流中可發生下列反應：LiI·3H₂O+Cl₂→LiCl₄·3H₂O。碘化鋰三水合物易被空氣中的氧所氧化，成為單質碘。前國內外制備三水碘化鋰的方法主要有硫化氫還原法、聯胺法、液氨法及中和法。硫化氫還原法是以氫氧化鋰、碘和硫化氫為原料，以水為反應溶劑制得，此法缺點是反應時間長、收率較低且需注意防止硫化氫氣體泄漏造成安全事故；聯胺法是以氫氧化鋰、碘和聯胺為原料，以水為反應溶劑制得，此法反應時間雖縮短且整個生產過程中無有害氣體產生，但是存在裝置復雜、一次性投資高等缺點。液氨法是將碘化氨和金屬鋰置于液氨中反應制備碘化鋰，此法存在原材料成本高、不易工業化等缺點；中和法是以氫碘酸為原料加入碳酸鋰或氫氧化鋰中和反應制備碘化鋰，此法所需的原料氫碘酸制備繁瑣不利于工業上規模化推廣。

應用研究^[2-3]

三水碘化鋰是一種重要的基礎化學試劑，在燃料電池的電解液、藥物合成、催化化學、照相業等方面有著廣泛的應用。

1）在電池電解液中的應用

有研究發明了一種質優、價廉、可靠的計時器，該儀器的使用溫度范圍廣，有抗壓抗震能力，可用在飛機、宇宙飛船或其他精密儀器上。該指示器的關鍵元件為電池的電解液。研究表明，碘化汞與其他成分組成的電解液會阻礙電池的正常運轉，這是由于此溶液在略高于一35℃的條件下能凍結，使儀器失靈，并且當溶液低于一10℃時極不穩定，產生系統錯誤。然而，在碘化汞中加入碘化鋰，不僅會增加溶液在低溫下的穩定性，而且還不會產生任何系統錯誤。此溶液的組成為：50-60%的三水碘化鋰，12-18%的碘化汞，2-38%的蒸餾水。在-35--85℃范圍內，做了關于碘化鋰不同含量的實驗，結果如下：①7.5g三水碘化鋰，2.7g碘化汞，10ml蒸餾水，在高于一35℃時不會形成任何晶體，溫度恒定時不會凝結；②9g三水碘化鋰，2.7g碘化汞，10ml蒸餾水，在高于一57℃時不會凝結；③10g三水碘化鋰，2.7g碘化汞，10ml蒸餾水，在高于一79℃時不會凝結。以上實驗測試結果不會出現系統錯誤。就目前的儀器使用情況看，第三種溶液的配比最佳，因為其凝固點剛好低于儀器失靈的極限值。任何可提供鋰離子的材料都可被選作鋰電池的陽極活性材料。制備固態電解液，可以使用能傳導鋰離子的氮化鋰、一水碘化鋰、二水碘化鋰、三水碘化鋰粉末，種或多種碘化鋰粉末的混合物，或者上述碘化鋰粉末中的一種和從一氧化鋁。由上述成分組成的電解液，能增加鋰離子的傳導率和電池的穩定性，延長其使用壽命。

2）在藥物合成中的應用

在醫學研究領域，帕金森氏癥一直被廣泛關注，多巴胺類藥物曾被應用于治療帕金森氏癥。然而研究表明，多巴胺不能穿越血液一大腦這道屏障，因此不能使帕金森氏癥的癥狀得到根除。然而多巴胺的氨基化合物和其他的可替代的苯胺則具備這種功效。此類化合物能刺激中樞神經系統的反應，使其趨于靈敏，尤其能明顯減輕帕金森氏癥如僵硬和不自主震顫等癥狀。用三水碘化鋰可以合成這種酰胺類化合物。

制備^[2，4]

方法1;碘溶液的主要組成為：w(I－)=3%～5%，w(SO2－4)=1.5%～3%，w(I) =0.01%～0.15%，溶液呈強酸性。由于碘溶液中含有少量的單質碘，為提高碘利用率，實驗先加入少量亞硫酸作還原劑，將碘單質還原為碘離子；然后加入一定量的無水碳酸鋰，反應得到碘化鋰與硫酸鋰溶液；經真空濃縮后，得到的晶體為硫酸鋰與碘化鋰混合晶體；利用碘化鋰易溶于丙酮而硫酸鋰不溶于丙酮的特性，向混合晶體加入一定量丙酮(作為萃取劑)，分離提純碘化鋰；最后，將萃取液低溫結晶，即可制得高純度的三水碘化鋰產品。工藝流程如圖所示。

主要反應方程式為：

該方法制備三水碘化鋰的最佳工藝條件為：反應溫度45℃，n(碳酸鋰)/n(碘離子)=1.2∶1，反應時間1h，攪拌速度200r/min。在最優條件下制備的產品純度為98.1%。

方法2：一種制備高純度三水碘化鋰聯產硫酸鋰的方法，它以含碘溶液為原料，制備方法包括以下6個步驟：

①原料預處理：用亞硫酸或亞硫酸鈉或其他可溶性亞硫酸鹽作為還原劑，加入到含碘溶液中進行反應；

②合成反應：經預處理后的含碘溶液與無水碳酸鋰或氫氧化鋰反應，制備碘化鋰與硫酸鋰溶液；

③真空濃縮：制備的碘化鋰與硫酸鋰溶液經旋轉蒸發儀濃縮至出現大量晶體；

④晶體萃取：用乙醇或丙酮作為萃取劑，萃取洗滌所制備的碘化鋰與硫酸鋰晶體，以分離提純碘化鋰并制備副產物硫酸鋰，濾餅即為副產品硫酸鋰晶體；

⑤萃取液濃縮結晶：將萃取液濃縮后低溫結晶，制備高純度三水碘化鋰產品；

⑥產品干燥：將所制備的高純度三水碘化鋰產品放入真空干燥箱中干燥，干燥后得到產品。

主要參考資料

[1] 實用精細化工辭典

[2] CN201310496293.2一種制備高純度三水碘化鋰聯產硫酸鋰的方法

[3] 三術碘化鋰的制備方法及應用研究評述

[4] 三水碘化鋰制備工藝研究