过碳酸钠的制备与产品分析

过碳酸钠的制备与产品分析过碳酸钠的制备与产品分析 1 1 前言前言 过碳酸钠是一种新型氧系漂白剂 它集洗涤 漂白 杀菌于一体 无毒无味 漂白性能温和 无环境污染 另外它还可用作供氧源 食品保鲜剂 氧化剂和 金属表面处理剂等等 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 2Na2CO3 3H2O2 相对分子质量为 314 58 其理论活 性氧值为 l5 3 在水中的溶解度 l0 时为 l2 3g 100gH2O 30 时为 16 2 g 100gH2O 随着温度的升高 溶解度也相应地增加 浓度为 1 重量 的过碳酸 钠溶液在 20 时的 pH 值为 l0 5 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 NaBO2 H2O2 3H2O 相比 过碳酸 钠活性氧含量高 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 在纺织行业中 它是一种新型的漂白剂 性能在许多方面优于次氯酸钠和双氧水 与次氯酸钠 相比 对纤维无破坏作用 无异味 无污染 与双氧水相比 放氧速度温和 操作安全性高 它的采用带来漂染行业的一次 工业革命 2 2 2 实验原理和方法实验原理和方法 2 12 1 实验原理实验原理 2 1 12 1 1 反应原理反应原理 碳酸钠和双氧水在一定条件下反应生成过碳酸钠 过碳酸钠的理论活性氧 含量为 15 3 反为放热反应 其反应式如下 3 2Na2CO3 3H2O2 2Na2CO3 3H2O2 Q 2 1 22 1 2 分解原理分解原理 由于过碳酸钠不稳定 重金属离子或其它杂质污染 高温 高湿等因素都 易使其分解 从而降低过碳酸钠活性氧含量 其分解反应式为 2Na2CO3 3H2O2 2Na2CO3 H2O H2O 3 2O2 2Na2CO3 3H2O2 2Na2CO3 3H2O 3 2O2 过碳酸钠分解后 活性氧分解成 H2O 和 O2 使得过碳酸钠活性氧的含量降 低因此 通过测定在不同条件下活性氧的含量及变化 即可研究过碳酸钠的稳定 性 4 2 22 2 制备方法制备方法 目前 过碳酸钠的工业生产主要有干法和湿法两种 干法是在热空气沸腾 床中 往无水碳酸钠上连续喷洒过氧化氢溶液即得产品 用不锈钢 聚四氟乙 烯和某些塑料作为结构材料 其工艺简单 流程短 产率高 但设备复杂 技 术条件苛刻 能耗高 产品稳定性差 湿法生产是由过氧化氢和碳酸钠水溶液 以一定的温度在间歇式或连续式结晶器中进行反应 结晶 分离 干燥得到产 品 母液返回使用 其工艺简单 生产设备易得 投资少 技术条件易掌握 产品稳定性较好 便于建厂生产 目前 除德国外几乎所有生产国都是采用湿 法生产 最近 日本发明了喷雾法制造过碳酸钠 把过氧化氢和碳酸钠分喷到 反应器中 从而使产品收率提高到 94 以上 但此法技术条件不易掌握 难度 较大 所以目前尚处于摸索中 因为工业 Na2CO3 中一般含有 Fe Mn Cu 等金属 由于这些金属的存在 会促使反应物 H2O2分解 造成 H2O2的损失 并使最终产品的储存稳定性能不 好 因此 在精制 Na2CO3过程中加入适量的硫酸镁和硅酸钠作絮凝剂沉淀出杂 质 同时 在碳酸钠与过氧化氢反应的过程中加入一定量的四苯基二膦和硅酸 钠作为稳定剂就可改善制得的过碳酸钠的稳定性 5 3 3 仪器和药品仪器和药品 3 13 1 实验仪器实验仪器 电动搅拌器 恒温水浴锅 滴定装置 三颈烧瓶 玻璃棒 抽滤装置 烧 杯 100mL 1L 锥形瓶 250mL 表面皿等 3 23 2 实验药品和试剂实验药品和试剂 无水碳酸钠 AR 30 过氧化氢 AR 95 乙醇 AR 硫酸镁 AR 浓硫酸 AR 硅酸钠 AR 高锰酸钾 AR 草酸钠 AR 等 6 4 4 实验部分实验部分 4 14 1 过碳酸钠产品的制备过碳酸钠产品的制备 4 1 14 1 1 原料配比原料配比 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 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 实验证明 碳酸钠与过氧化氢的摩尔比以 l 1 44 左右为宜 4 1 24 1 2 产品制备产品制备 通过资料分析及前期的实验 我们认为影响反应过程的主要因素是原料配 比 A Na2CO3 H2O2 mol 比 反应时间 B 反应温度 C 为确定最佳制备工艺 条件 以产品的活性氧含量作为考察指标 进行了这三因素二水平的正交实验 用 L4 23 正交表安排实验 因素水平安排见表 1 正交实验安排见表 2 表表 1 1 因素水平表因素水平表 因素水平原料比 A mol 比 反应时间 C h 反应温度 D 11 1 510 21 1 81 515 表表 2 2 正交实验安排表正交实验安排表 序号 ABC 1111 2122 3212 4221 由于实验安排 本组实验是称取 6 0g 无水碳酸钠于烧杯中 用去离子水配 成饱和的碳酸钠溶液 依次加入稳定剂硫酸镁 0 12g 硅酸钠晶体 0 21g 使其 混合均匀并溶解 然后加入适量的 95 的乙醇混合 在上述混合液中加入 11 6mL30 过氧化氢溶液 充分搅拌 置于常温 15 下反应 1h 后 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 4 24 2 过碳酸钠产品中活性氧含量的分析测定过碳酸钠产品中活性氧含量的分析测定 4 2 14 2 1 溶液配制溶液配制 标准溶液的配制 称取 3 16gKMnO4于 1000mL 烧杯中 用去离子水稀释至 刻度待标定 1mol L H2SO4溶液的配制 量取 10mL18mol L 浓硫酸于盛有约 50mL 去离子 水的 250mL 烧杯中 用去离子水稀释至 180mL 备用 6 H2SO4溶液的配制 量取 34mL18mol L 浓硫酸于盛有约 400mL 去离子水 的 1000mL 烧杯中 用去离子水稀释至 1000mL 备用 4 2 24 2 2 标准溶液浓度标定标准溶液浓度标定 准确称取计算量为 0 1571g 0 1392g 0 1378g 0 1441g 的干燥 Na2C2O4 分别置于 250mL 锥形瓶中 加入 10mL 水溶解 再加入 30mL 1mol LH2SO4溶液并加热至 75 85 立即用待标定的 KMnO4溶液滴定 直至 呈粉红色并在 30s 内不退色为终点 记录所消耗 KMnO4溶液的体积 4 2 34 2 3 活性氧含量的分析测定活性氧含量的分析测定 称量约 0 15 0 25g 的试样两份 称准至 0 0002g 分别置于一盛有 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 KMnO4的体积 最后 分析和计算活性氧含量 计算活性氧含量的公式 活性氧含量 4CV Q 100 式中 C 为 KMnO4溶液的浓度 mol L V 为 KMnO4溶液的用量 mL Q 为过碳 酸钠的质量 7 g 5 5 实验结果与讨论实验结果与讨论 5 15 1 产品的制备产品的制备 通过实验称量 本组所制得产品质量为 3 8g 理论产量为 8 9g 所以过碳 酸钠的产率 3 8 8 9 100 42 7 此产率较低可能是由于抽滤过程中滤纸多 次破例导致产品损失 5 25 2 KMnO4标准溶液的标定标准溶液的标定 KMnO4标准溶液浓度的标定如表 3 所示 KMnO4标准溶液浓度的计算式 C 2 1000 5 a 式中 m 为 Na2C2O4的质量 g Z 为 Na2C2O4的相对分子质量 g mol V 为所 消耗 KMnO4的体积 mL 用 Na2C2O4标定 KMnO4溶液的反应如下 2MnO4 5C2O42 16H 2Mn2 10CO2 8H2O 表表 3 3 KMnO4标准溶液的标定标准溶液的标定 项目序号 1234 m Na2C2O4 g 0 15710 13920 13780 1441 V KMnO4 mL 23 1819 7019 8020 75 C KMnO4 mol L 1 0 020230 021090 020770 02073 mol L 1 0 02071 5 35 3 过碳酸钠活性氧含量的分析过碳酸钠活性氧含量的分析 本组实验所得过碳酸钠活性氧含量分析数据及处理如表 4 表表 4 4 过碳酸钠活性氧含量分析数据及处理过碳酸钠活性氧含量分析数据及处理 序号项目 m 过碳酸钠 g V KMnO4 mL 活性氧含量 平均值 10 161322 9011 76 20 163023 3411 86 11 81 从表 4 中活性氧含量可以看出 所测得产品活性氧含量比理论含量低较多 说明实验所得产品的质量较差 所得产品为块状而不是蓬松状也说明制得产品 质量较差 实验过程中条件和操作控制不到位 本实验所得正交实验数据和处理如表 5 表表 5 5 正交实验正交实验 序号 ABC 有效氧含量 平均值 111110 3910 5110 45 212213 3513 2013 28 321211 7611 8611 81 422111 9411 221