过碳酸钠的制备及其活性氧含量分析测定方法研究_张小林
第20卷第2期南昌大学学报(工科版)
Vol. 20No. 2过碳酸钠的制备及其活性氧含量分析测定方法研究
张小林 李鸣 曹春阳
(南昌大学化学工程系, 南昌330029)
摘要 利用碳酸钠、过氧化氢以及一些稳定剂在冰-水体系下的反应, 制取在干燥情况下稳定性很好的过碳酸钠产品, 并对该产品的活性氧含量分析测定方法进行了研究1
关键词 过碳酸钠, 碳酸钠, 过氧化氢, 活性氧中图法分类号 T Q 1141172
前言
目前, 在欧美及日本等一些工业化国家, 广泛研究和应用了一种新型的氧系漂白剂) ) ) 过碳酸钠1过碳酸钠又名过氧碳酸钠, 为碳酸钠和过氧化氢的加成化合物, 属于正交晶系层状结构, 其分子式为2Na 2CO 3#3H 2O 2112, 在水中的溶解度:10e 时为1213g/100g H 2O, 30e 时为1612g/100g H 2O, 随着温度的升高, 溶解度也相应地增加1浓度为1%(重量) 的过碳酸钠溶液在20e 时的pH 值为1015, 与相同条件下的过氧化氢和碳酸钠的性质相似, 是一种优良的无磷洗涤助剂, 与过硼酸钠(NaBO 2#H 2O 2#3H 2O) 相比, 过碳酸钠活性氧含量高, 低温时溶解性好, 更适宜于冷水洗涤, 因此, 在能源日益紧张之际, 用过碳酸钠替代过硼酸钠作漂白剂具有明显的经济效益1
在工业上过碳酸钠可用作合成洗涤剂的助剂, 遇水放出活性氧, 具有一定的漂白性能, 且不损害织物和纤维, 对有芳香味的有机添加剂及增白剂无破坏作用, 并能保持香味, 特别适用作低磷或无磷含硅铝酸盐洗涤剂的组份, 可广泛应用于洗涤、纺织和医疗等行业, 在纺织工业中是一种有效的漂白剂、染整剂、干漂剂, 是造纸浆的漂白剂1此外, 过碳酸钠还可用作还原染料的显色剂、食品餐具的消毒剂、口腔卫生的杀菌剂、金属表现处理剂、地毯及硬物表面清洗除垢剂, 以及日常生活中的漂白剂、杀毒剂、除味剂等1
一般情况下, 过碳酸钠直接由碳酸钠与过氧化氢反应而得, 其反应方式通常有下面两种:第一, 以上述两种溶液在间歇式或连续式结晶反应器中反应、结晶, 离心分离结晶后, 再经干燥而得产品, 即所谓湿法; 第二, 在流动气流中将过氧化氢水溶液和碳酸钠水溶液喷雾到固体过碳酸钠晶种上, 在沸腾床中干燥并使结晶成长, 或直接将过氧化氢添加到Na 2CO 3颗粒上并进行反应, 即所谓干法1用上述两种方法制得的过碳酸钠, 在实际应用中不稳定, 易分解, 所以其使用效率大大降低, 而且给贮存、运输过程也带来诸多不便1321
为解决上述问题, 我们研究了利用碳酸钠、过氧化氢溶液以及一些稳定剂在冰-水体系下
122
收稿日期:1997-12-19
第2期张小林等:过碳酸钠的制备及其活性氧含量分析测定方法研究#45#
的反应, 制取了在干燥情况下稳定性很好的过碳酸钠产品, 其产率可达85%, 并建立了活性氧含量的分析测定方法1经测定, 以该法制备的过碳酸钠产品, 其活性氧含量可达14161%1
1 实验部分
111 基本实验仪器设备及实验材料
酸式滴定管、真空泵、冷却槽、冰箱1
碳酸钠(AR) 、硫酸镁(AR) 、硅酸钠晶体(AR) 、浓硫酸(AR) 、高锰酸钾(AR) 、草酸钠(AR)、95%乙醇(AR) 、30%过氧化氢(AR) 1112 过碳酸钠产品的制备11211 原料配比
原料配比即碳酸钠与过氧化氢的摩尔比, 这是影响产品收率和活性氧含量的一个重要因素1过氧化氢比例太高, 不利于提高产品的质量, 且会由于过氧化氢分解而提高成本; 过氧化氢比例太低, 则会造成过碳酸钠产品的收率太低, 产品不合格1实验证明, 碳酸钠与过氧化氢的摩尔比以1B 1144左右为宜1
11212 产品制备
在烧杯中把碳酸钠配成饱和的碳酸钠溶液, 依次加入稳定剂, 使其混合均匀并溶解, 然后加入适量的乙醇, 混合, 在上述混合液中加入适量的30%过氧化氢溶液, 充分搅拌, 置于冰-水体系中反应, 反应30m in 后, 除去冷却体系, 进行抽滤, 并用95%的乙醇洗涤2~3次, 将抽滤所得产品进行干燥, 即得过碳酸钠产品1113 过碳酸钠产品中活性氧含量的分析测定11311 溶液配制
按配制标准KM nO 4溶液的方法, 配制大约0102mol/L 的KMnO 4溶液1000m L 142111312 溶液浓度标定
准确称取计算量(称准至010002g) 的干燥Na 2C 2O 4, 置于250mL 锥形瓶中, 加入10mL 水溶解, 再加入30mL 的2N H 2SO 4溶液并加热至75~85e , 立即用待标定的KMnO 4溶液滴定, 直至呈粉红色并在30s 内不退色为终点1
11313 活性氧含量的分析测定
称量约0115~0. 25g 的试样(称准至010002g) , 置于一盛有100mL(浓度为6%) 的硫酸溶液的250mL 锥形瓶中, 用高锰酸钾标准溶液滴定, 至溶液呈粉红色并在30s 内不消失即为终点, 记录所消耗的KMnO 4的体积, 最后分析和计算活性氧含量1
142
2 结果与讨论
211 过碳酸钠产品的原料配比及收率21111 原料配比
按表1的组成, 配比各种原料1
在碳酸钠与过氧化氢反应过程中, 加入有机螯合剂或各种无机盐类作稳定剂, 可提高制得的过碳酸钠的稳定性1321,
#46#南昌大学学报(工科版) 1998年
溶剂, 再加入Mg SO 4和Na 2SiO 3#9H 2O 作稳定剂, 反应温度为0e 以下, 可得到较高收率的过碳酸钠晶体1
我们发现, 在过滤时用少量的有机溶剂, 经洗涤2~3次, 对产品的干燥有效, 能更好地去除产品中的水份和有机溶剂; 否则得到的产品难以干燥, 不利于过碳酸钠产品的制备和产率的提高1
表1 过碳酸钠产品的原料配比及收率*
项无水Na 2CO 3量/g
号
11015306
21020356
3303010010
[1**********]34. 178. 0
[1**********]25. 385. 3
[1**********]25. 485. 8
无水M gSO 4量/mg N a 2SiO 3#9H 2O 量/mg 95%乙醇体积/mL 30%H 2O 2体积/mL 产品重/g 收率/%
20205012. 112. 6834. 781. 585. 6
78. 1
*反应温度:-2~0e
21112 反应方程式及反应的稳定剂选择
过碳酸钠产品的反应方程式为:2Na 2CO 3+3H 2O 2=2Na 2CO 3#3H 2O 2
反应过程中适量加入稳定剂, 可以提高产率, 减少原料用量, 有较好的经济效益1稳定剂分为两大类:无机稳定剂和有机稳定剂1无机稳定剂包括可溶性硅酸盐、镁盐、硫酸盐、缩合磷酸盐、碱金属碳酸氢盐等, 有机稳定剂包括有机螯合剂、可溶性非离子表面活性剂等1521应按照低价有效的原则选择稳定剂1
至于反应体系中稳定剂的加入量, 应根据具体情况而定, 一般选两种以上的稳定剂复配使用, 用量不超过总量的015%1
另外, 对于滤液应注意循环使用, 这样可以减少过碳酸钠的损失, 提高收率1212 KM nO 4溶液的浓度标定162
KM nO 4溶液浓度的标定如表2所示1
M =
KM nO 4溶液浓度的计算式:
表2 KM nO 4溶液浓度的标定*
项Na 2C 2O 4量/g K M nO 4溶液
号
10. 21601. 9633. 840. 02033
1
20. 21441. 0833. 200. 01989
V 0/mL V 1/mL
浓度M /mol #L -1
浓度M 平均值/mol #L -
0. 02006
*V 0:滴定前KM nO 4的体积读数;
V 1:滴定后KM nO 4的体积读数1
5Z(V 1-V 0)
式中:W 为Na 2C 2O 4的质量, g ; Z 为Na 2C 2O 4的分子量1
用Na 2C 2O 4标定KM nO 4溶液的反应如下:
2-+2+
2MnO -+10CO 2{+8H 2O 4+5C 2O 4+16H =2Mn
213 过碳酸钠活性氧含量的分析
21311 分析方法的建立
过碳酸钠活性氧含量的分析, 其分析方法尚很少见诸报道1我们参考过氧化氢含量的测定方法162, 建立了用于过碳酸钠活性氧含量的分析测定方法, 该法较为可靠1实验结果表明, 产品中活性氧含量在14161%和8155%之间, 这是因为过碳酸钠在冷水中能迅速溶解, 随着溶液接触时间过长(比如没有及时分离出产物等原因) , 反应体系温度升高, 其溶解度增大, 故出现活性氧含量的变化121
第2期张小林等:过碳酸钠的制备及其活性氧含量分析测定方法研究#47#
过碳酸钠活性氧含量的分析数据及结果见表31
表3 过碳酸钠活性氧含量分析数据及结果
项号
123456
目
过碳酸钠量/mg 231. 4241. 8202. 0231. 8158. 0152. 4154. 4154. 8156. 0158. 8152. 0154. 4
K MnO 4溶液V 0/mL V 1/mL 1. 706. 589. 649. 8421. 280. 751. 401. 390. 4720. 412. 4019. 52
41. 3048. 5049. 6448. 3343. 5822. 2218. 0017. 6920. 4140. 8119. 5237. 50
6%的H 2SO 4体积/mL [***********]404040
活性氧含量/%13. 7413. 9115. 8913. 3211. 3311. 308. 698. 4510. 2610. 319. 049. 34
平均值/%13. 8314. 6111. 328. 5510. 299. 91
21313 计算活性氧含量的公式
活性氧含量=
Q @100%
式中:C 为KM nO 4溶液的浓度, mol/L; V 为KM nO 4溶液的用量, mL; Q 为过碳酸钠的质量, g.
参考
文
献
112 汪体乾1化工工艺手册1上海:上海科学技术出版社, 1992122 于慧生1过碳酸钠的改性及其应用1无机盐工业, 1987(1) :31
132 陈克增等1一种新型的氧系漂白剂) ) ) 过碳酸钠1现代化工, 1994(2) :41142 成都科技大学, 浙江大学1分析化学实验1北京:高等教育出版社, 1982152 王万林等1过碳酸钠的开发、生产及应用1现代化工, 1997(6) :17~19162 中国化工产品分析方法手册:无机分册1北京:农业出版社
172 曾之平等1改良湿法制备过碳酸钠配料及收率的理论研究1无机盐工业, 1997(4) :3~5
Study on Preparation of Sodium Percarbonate and
Analysis of Activated Oxygen Content
Zhang Xiaolin Li M ing Cao Chunyang
(Chemical Engineering Dep ar tment , N anchang University , N anchang 330029)
ABSTRAC T Sodium percarbonate w hich has good stability in case of dry conditions was prepared by using sodium carbonate and hydrogen peroxide mediated reaction w ith some stabiliz -ing ag ents in ice-w ater bath. T he activated oxyg en content of the production w as measured.
ox