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過氧化鈣的常溫合成工藝研究
2010年12月 十堰職業(yè)技術學院學報 Dec.,2010第23卷第6期 JournalofShiyanTechnicalInstitute Vol.23No.6
過氧化鈣的常溫合成工藝研究
姜春華
(南京工業(yè)大學理學院,江蘇南京210009)
[摘 要] 以氫氧化鈣和過氧化氫為原料,通過添加穩(wěn)定劑,實現(xiàn)了過氧化鈣的常溫合成,并考察了反應時間、加水量、穩(wěn)定劑用量、氫氧化鈣過量系數(shù)等因素對產(chǎn)品純度和產(chǎn)量的影響,結
果表明:在Ca(OH)2的用量為5g,反應時間為5min、加水量為10mL、穩(wěn)定劑用量為35mg、氫氧化鈣過量系數(shù)<5%時,產(chǎn)品中過氧化鈣的含量可達到70%左右。
[關鍵詞] 過氧化鈣;氫氧化鈣;穩(wěn)定劑;合成
[中圖分類號] O611.62 [文獻標識碼] A [文章編號] 1008 4738(2010)06 0094 03
過氧化鈣(Calciumperoxide)是一種新型、環(huán)境友好、多功能、非常穩(wěn)定的過氧化物,能與稀酸反應生成過氧化氫[1],在空氣中易吸潮分解,慢慢釋放氧氣,本身無毒,不污染環(huán)境。它具有強的脫色、殺菌、消毒、漂白、防腐、增氧作用,還對紫外線有較強的吸收作用,廣泛用于農(nóng)業(yè)[2 3]、國防、養(yǎng)殖、環(huán)保[4 7]、飲食、醫(yī)療及日常生活中[8]。隨著應用科學技術的不斷發(fā)展,過氧化鈣的應用領域不斷開辟,用途日益廣泛,其需求量將不斷增加,成為一種頗具前途的化工產(chǎn)品[9]。過氧化鈣的合成方法有很多種[9],多數(shù)生產(chǎn)工藝復雜,成本高。為了簡化工藝,降低成本,本文研究了一套過氧化鈣合成工藝,該工藝具有流程簡單,操作方便,產(chǎn)品收率高,穩(wěn)定性好的特點。
Ca(OH)2+H2O2 CaO2+H2O主反應為:
CaO+H2O Ca(OH)2
Ca(OH)2 Ca+2OHH2O2 H++HO2-2+
-
(1-1)(1-2)(1-3)(1-4)(1-5)(1-6)(1-7)(1-8)
Ca2++HO2- CaO2+H+H++OH- H2O
副反應為:
CaO2+H2O Ca(OH)2+H2O2HO2-+HO2- O2!+OH-
1 實驗部分
1.1 實驗藥品與儀器
Ca(OH)2(分析純,上海凌峰化學試劑有限公司);30%H2O2(分析純,國藥集團化學試劑有限公司);穩(wěn)定劑;H3PO4(分析純,國藥集團化學試劑有限公司);PHS-3C精密pH計(上海日島科學儀器有限公司);78-1型磁力加熱攪拌器(金壇市奧瑞電器廠);DGG-9070B型電熱恒溫鼓風干燥箱(上海森信實驗儀器有限公司);SHZ-D( )型循環(huán)水式真空泵(鞏義市予華儀器有限責任公司)。1.2 實驗原理
Ca(OH)2法制備過氧化鈣的反應原理如下:
反應機理說明:在反應開始階段,過氧化鈣的生成速率遠大于其分解速率;反應進行至中后期,開始出現(xiàn)過氧化鈣分解產(chǎn)生氧氣。因此,制備過氧化鈣時,要盡可能促進主反應向右進行,控制副反應的發(fā)生。1.3 實驗方法
在100mL的三Http://www.stanzs.com口燒瓶中,加入一定量的Ca(OH)2,并用一定量的水調(diào)漿。將穩(wěn)定劑投加入裝有H2O2的梨形漏斗中,在一段時間內(nèi)將混合液滴加入三口燒瓶內(nèi),滴加結束后繼續(xù)攪拌反應一段時間。反應結束后,進行減壓抽濾,將濕濾餅放入恒溫干燥箱內(nèi),在150?干燥2h,得過氧化鈣產(chǎn)品,并對產(chǎn)品含量進行分析。
1.4 過氧化鈣含量分析方法
本實驗采用化學法測定,首先精確稱取樣品0.06~0.07g(準確到0.0001g),加入10mL蒸
* [收稿日期] 2010 09 15
[作者簡介] 姜春華(1980-),女,南京工業(yè)大學理學院碩士研究生,實驗師,研究方向:環(huán)境監(jiān)測與治理技術,實驗教學。
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姜春華:過氧化鈣的常溫合成工藝研究
餾水潤濕,再用移液管加入20mL的磷酸(1+3)溶液,使樣品完全溶解,以高錳酸鉀標準溶液滴定至粉紅色且30s內(nèi)不褪色,即為終點[10]。 (CaO2)=0.180c(KMnO4)V(KMnO4)100%/m樣品
(CaO2):樣品中CaO2質量分數(shù),%;
c(KMnO4):KMnO4標準溶液濃度,mol/L;V(KMnO4):滴定消耗KMnO4的體積,mL;m樣品:樣品的精確質量,g
此,反應時間應控制在5min左右為宜。
2.1.2 加水量的影響
Ca(OH)2在水中的溶解度小,若加水量不足則反應體系呈稠糊狀,不易攪拌均勻,使得部分Ca(OH)2沒有參與反應,同時,會使產(chǎn)物過氧化鈣附著在Ca(OH)2表面,阻止反應的進行,從而導致產(chǎn)品中過氧化鈣的含量降低;若加水量過多,H2O2的濃度就會減小,降低了反應的速率,對實驗結果同樣有影響。
實驗結果見表2,其中Ca(OH)2的用量為5g,H2O2的含量為0.3199g/mL,用量為8mL,穩(wěn)定劑的用量為0.0029g,滴加時間為5min,反應時間為5min。
(2-1)(2-2)(2-3)
表2 不同加水量對產(chǎn)品純度的影響
V(H2O)/mL
51015202530
m(產(chǎn)品)/g4.93284.87594.95914.97644.96755.0007
(CaO2)/%
66.7870.5567.3766.6266.0265.51
2 實驗結果與討論
2.1 合成條件影響因素
CaO2合成過程中存在以下幾個反應:H2O2 H2O+[O]
[O]+Ca(OH)2 CaO2+H2O2[O] O2
因此,本文從反應時間、加水量(調(diào)漿所用水量)、穩(wěn)定劑用量、Ca(OH)2過量系數(shù)這四個方面去探究其對過氧化鈣產(chǎn)品純度的影響。2.1.1 反應時間的影響
反應時間是決定產(chǎn)品純度的重要因素,由于在主反應進行的同時,還伴隨著副反應。在適當?shù)慕橘|中,使H2O2能與鈣離子充分接觸,生成過氧化鈣,但CaO2在酸性條件下不穩(wěn)定,反應時間過長會使新生成的CaO2與H2O反應生成Ca(OH)2和氧氣,降低產(chǎn)品的純度。
實驗結果見表1,其中Ca(OH)2的用量為5g,調(diào)漿水的用量為10mL,H2O2的含量為0.3292g/mL,用量為8mL,穩(wěn)定劑的用量為0.0029g,滴加時間為5min。反應時間從滴加結束開始計時。
表1 不同的反應時間對產(chǎn)品純度的影響t/min051015202530
m(產(chǎn)品)/g4.88434.85744.88214.93164.88174.82524.8513
(CaO2)/%
69.4370.7869.4168.8168.4766.9366.11
由表2可見,隨著加水量的增加,在加水量為10mL時,出現(xiàn)過氧化鈣含量最高值。因此,最佳選擇是5g的Ca(OH)2溶于10mL水中,此時,產(chǎn)品的純度大于70%。
2.1.3 穩(wěn)定劑用量的影響
在常溫條件下,反應(2-1)的速度大于反應(2-2)的速度,穩(wěn)定劑的作用是在常溫下降低反應(2-1)的速度,使之與反應(2-2)的速度相適應,同時可抑制反應(2-3)的進行,從而提高H2O2的利用率。
實驗結果見表3,其中Ca(OH)2的用量為5g,調(diào)漿用水量為10mL,H2O2的含量為0.3106g/mL,用量為8mL,滴加時間為5min,反應時間為5min。
表3 不同穩(wěn)定劑用量對產(chǎn)品純度的影響m(穩(wěn)定劑)/g0.00100.00150.00200.00250.00300.00350.0040
m(產(chǎn)品)/g4.86244.74614.75334.70204.73224.97304.8338
(CaO2)/%
66.3168.7769.0869.0569.7670.9869.59
由表1可見,隨著反應時間的不斷改變,在5min時過氧化鈣的純度有一個最高值。這是因為當反應時間小于5min時,過氧化鈣的生成速率大于分解速率;5~10min時,過氧化鈣純度幾乎持平,說明在此階段生成速率等于分解速率;大于10min時,過氧化鈣純度下降,生成速率小于分解速率。因
由表3可見,穩(wěn)定劑的用量以0.0035g為宜,此時,產(chǎn)品中的過氧化鈣含量最高。2.1.4 Ca(OH)2過量系數(shù)的影響
根據(jù)反應動力學原理,增加Ca(OH)2的用量,
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十堰職業(yè)技術學院學報2010年第6期
的產(chǎn)品穩(wěn)定性較好。
第23卷第6期
提高了反應(2-2)的速率,降低了反應(2-3)的速率,從而提高了H2O2的利用率。以H2O2為基準,Ca(OH)2過量0~30%。
實驗結果見表4,其中調(diào)漿用水量為10mL,H2O2的含量為0.3093g/mL,用量為8mL,穩(wěn)定劑的用量為0.0035g,滴加時間為5min,反應時間為5min。
表4 Ca(OH)2過量系數(shù)對產(chǎn)品純度的影響m(Ca(OH)2)/g
5.005.255.506.006.50
m(產(chǎn)品)/g4.84015.17595.42105.93336.4330
(CaO2)/%
70.1668.1666.9766.7865.38
3 結論
(1)采用氫氧化鈣法常溫制備過氧化鈣,不僅設備簡單,操作方便,與傳統(tǒng)的低溫合成法相比,不但大大降低了能耗與成本,而且產(chǎn)品質量好,無污染。
(2)過氧化鈣的最佳制備條件是:Ca(OH)2、H2O及H2O2(質量分數(shù)為30%)的質量比為1?2?1.6,穩(wěn)定劑的用量為437.5mg/L(相對H2O2的體積),反應時間為5min,得到的產(chǎn)品產(chǎn)量大、純度高(大于68%)、穩(wěn)定性好。
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由表4可知,隨著Ca(OH)2過量系數(shù)的增加,反應(2-2)速度增加,H2O2的利用率也隨之提高,過量30%時,產(chǎn)品的產(chǎn)量增加到6.4330g,但是過氧化鈣含量已經(jīng)降到65.38%。這是由于H2O2的用量一定,導致未參與反應的Ca(OH)2溶解于水中,附著在過氧化鈣上,使得純度降低。因此,選擇Ca(OH)2過量系數(shù)小于5%時,過氧化鈣的含量在68%以上。
2.2 穩(wěn)定性測試
5gCa(OH)2,用10mL水調(diào)漿,穩(wěn)定劑0.0035g,滴加質量分數(shù)為30%的H2O28mL,反應時間為5min。在此條件下合成的過氧化鈣的質量分數(shù)為70.10%,一周后測得68.99%,一個月后測得65.12%;而未加穩(wěn)定劑且其余條件相同情況下合成的產(chǎn)品質量分數(shù)為63.22%,一周后測得60.28%,一個月后測得56.43%。由此可見,添加穩(wěn)定劑后
SynthesisofCalciumPeroxideatRoomTemperature
JIANGChun hua
(CollegeofScience,NanjingUniversityofTechnology,Nanjing210009,China)
Abstract:Calciumperoxidewassynthesizedatnormaltemperaturebyusingcalciumhydroxideandhydrogenperoxideas
rawmaterialstogetherwithstabilizer,andalsostudiedwastheinfluenceofthereactiontime,thedosageofwater,thedos ageofstabilizer,thesuperfluouscoefficientsofcalciumhydroxidefactorstothecontentandtheyieldofcalciumperoxide.Theresultsindicate:thecontentofthecalciumperoxidereached70%whenreactiontimewassetat15minutes,thedosageofwater10milliliter,thedosageofstabilizer0.035gram,andthesuperfluouscoefficientsofcalciumhydroxidelessthan5%.
Keywords:calciumperoxide;calciumhydroxide;stabilizer;synthesis
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