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過(guò)氧化鈣的常溫合成工藝研究
2010年12月 十堰職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào) Dec.,2010第23卷第6期 JournalofShiyanTechnicalInstitute Vol.23No.6
過(guò)氧化鈣的常溫合成工藝研究
姜春華
(南京工業(yè)大學(xué)理學(xué)院,江蘇南京210009)
[摘 要] 以氫氧化鈣和過(guò)氧化氫為原料,通過(guò)添加穩(wěn)定劑,實(shí)現(xiàn)了過(guò)氧化鈣的常溫合成,并考察了反應(yīng)時(shí)間、加水量、穩(wěn)定劑用量、氫氧化鈣過(guò)量系數(shù)等因素對(duì)產(chǎn)品純度和產(chǎn)量的影響,結(jié)
果表明:在Ca(OH)2的用量為5g,反應(yīng)時(shí)間為5min、加水量為10mL、穩(wěn)定劑用量為35mg、氫氧化鈣過(guò)量系數(shù)<5%時(shí),產(chǎn)品中過(guò)氧化鈣的含量可達(dá)到70%左右。
[關(guān)鍵詞] 過(guò)氧化鈣;氫氧化鈣;穩(wěn)定劑;合成
[中圖分類號(hào)] O611.62 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1008 4738(2010)06 0094 03
過(guò)氧化鈣(Calciumperoxide)是一種新型、環(huán)境友好、多功能、非常穩(wěn)定的過(guò)氧化物,能與稀酸反應(yīng)生成過(guò)氧化氫[1],在空氣中易吸潮分解,慢慢釋放氧氣,本身無(wú)毒,不污染環(huán)境。它具有強(qiáng)的脫色、殺菌、消毒、漂白、防腐、增氧作用,還對(duì)紫外線有較強(qiáng)的吸收作用,廣泛用于農(nóng)業(yè)[2 3]、國(guó)防、養(yǎng)殖、環(huán)保[4 7]、飲食、醫(yī)療及日常生活中[8]。隨著應(yīng)用科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,過(guò)氧化鈣的應(yīng)用領(lǐng)域不斷開(kāi)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(guò)氧化鈣的合成方法有很多種[9],多數(shù)生產(chǎn)工藝復(fù)雜,成本高。為了簡(jiǎn)化工藝,降低成本,本文研究了一套過(guò)氧化鈣合成工藝,該工藝具有流程簡(jiǎn)單,操作方便,產(chǎn)品收率高,穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。
Ca(OH)2+H2O2 CaO2+H2O主反應(yīng)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(yīng)為:
CaO2+H2O Ca(OH)2+H2O2HO2-+HO2- O2!+OH-
1 實(shí)驗(yàn)部分
1.1 實(shí)驗(yàn)藥品與儀器
Ca(OH)2(分析純,上海凌峰化學(xué)試劑有限公司);30%H2O2(分析純,國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司);穩(wěn)定劑;H3PO4(分析純,國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司);PHS-3C精密pH計(jì)(上海日島科學(xué)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(fēng)干燥箱(上海森信實(shí)驗(yàn)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(zé)任公司)。1.2 實(shí)驗(yàn)原理
Ca(OH)2法制備過(guò)氧化鈣的反應(yīng)原理如下:
反應(yīng)機(jī)理說(shuō)明:在反應(yīng)開(kāi)始階段,過(guò)氧化鈣的生成速率遠(yuǎn)大于其分解速率;反應(yīng)進(jìn)行至中后期,開(kāi)始出現(xiàn)過(guò)氧化鈣分解產(chǎn)生氧氣。因此,制備過(guò)氧化鈣時(shí),要盡可能促進(jìn)主反應(yīng)向右進(jìn)行,控制副反應(yīng)的發(fā)生。1.3 實(shí)驗(yàn)方法
在100mL的三Http://www.ishadingyu.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(shí)間內(nèi)將混合液滴加入三口燒瓶?jī)?nèi),滴加結(jié)束后繼續(xù)攪拌反應(yīng)一段時(shí)間。反應(yīng)結(jié)束后,進(jìn)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(guò)氧化鈣產(chǎn)品,并對(duì)產(chǎn)品含量進(jìn)行分析。
1.4 過(guò)氧化鈣含量分析方法
本實(shí)驗(yàn)采用化學(xué)法測(cè)定,首先精確稱取樣品0.06~0.07g(準(zhǔn)確到0.0001g),加入10mL蒸
* [收稿日期] 2010 09 15
[作者簡(jiǎn)介] 姜春華(1980-),女,南京工業(yè)大學(xué)理學(xué)院碩士研究生,實(shí)驗(yàn)師,研究方向:環(huán)境監(jiān)測(cè)與治理技術(shù),實(shí)驗(yàn)教學(xué)。
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姜春華:過(guò)氧化鈣的常溫合成工藝研究
餾水潤(rùn)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(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至粉紅色且30s內(nèi)不褪色,即為終點(diǎn)[10]。 (CaO2)=0.180c(KMnO4)V(KMnO4)100%/m樣品
(CaO2):樣品中CaO2質(zhì)量分?jǐn)?shù),%;
c(KMnO4):KMnO4標(biāo)準(zhǔn)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(zhì)量,g
此,反應(yīng)時(shí)間應(yīng)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(yīng)體系呈稠糊狀,不易攪拌均勻,使得部分Ca(OH)2沒(méi)有參與反應(yīng),同時(shí),會(huì)使產(chǎn)物過(guò)氧化鈣附著在Ca(OH)2表面,阻止反應(yīng)的進(jìn)行,從而導(dǎo)致產(chǎn)品中過(guò)氧化鈣的含量降低;若加水量過(guò)多,H2O2的濃度就會(huì)減小,降低了反應(yīng)的速率,對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果同樣有影響。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)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(shí)間為5min,反應(yīng)時(shí)間為5min。
(2-1)(2-2)(2-3)
表2 不同加水量對(duì)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(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
2.1 合成條件影響因素
CaO2合成過(guò)程中存在以下幾個(gè)反應(yīng):H2O2 H2O+[O]
[O]+Ca(OH)2 CaO2+H2O2[O] O2
因此,本文從反應(yīng)時(shí)間、加水量(調(diào)漿所用水量)、穩(wěn)定劑用量、Ca(OH)2過(guò)量系數(shù)這四個(gè)方面去探究其對(duì)過(guò)氧化鈣產(chǎn)品純度的影響。2.1.1 反應(yīng)時(shí)間的影響
反應(yīng)時(shí)間是決定產(chǎn)品純度的重要因素,由于在主反應(yīng)進(jìn)行的同時(shí),還伴隨著副反應(yīng)。在適當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)中,使H2O2能與鈣離子充分接觸,生成過(guò)氧化鈣,但CaO2在酸性條件下不穩(wěn)定,反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)使新生成的CaO2與H2O反應(yīng)生成Ca(OH)2和氧氣,降低產(chǎn)品的純度。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)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(shí)間為5min。反應(yīng)時(shí)間從滴加結(jié)束開(kāi)始計(jì)時(shí)。
表1 不同的反應(yīng)時(shí)間對(duì)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(jiàn),隨著加水量的增加,在加水量為10mL時(shí),出現(xiàn)過(guò)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(shí),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(yīng)(2-1)的速度大于反應(yīng)(2-2)的速度,穩(wěn)定劑的作用是在常溫下降低反應(yīng)(2-1)的速度,使之與反應(yīng)(2-2)的速度相適應(yīng),同時(shí)可抑制反應(yīng)(2-3)的進(jìn)行,從而提高H2O2的利用率。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)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(shí)間為5min,反應(yīng)時(shí)間為5min。
表3 不同穩(wěn)定劑用量對(duì)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(jiàn),隨著反應(yīng)時(shí)間的不斷改變,在5min時(shí)過(guò)氧化鈣的純度有一個(gè)最高值。這是因?yàn)楫?dāng)反應(yīng)時(shí)間小于5min時(shí),過(guò)氧化鈣的生成速率大于分解速率;5~10min時(shí),過(guò)氧化鈣純度幾乎持平,說(shuō)明在此階段生成速率等于分解速率;大于10min時(shí),過(guò)氧化鈣純度下降,生成速率小于分解速率。因
由表3可見(jiàn),穩(wěn)定劑的用量以0.0035g為宜,此時(shí),產(chǎn)品中的過(guò)氧化鈣含量最高。2.1.4 Ca(OH)2過(guò)量系數(shù)的影響
根據(jù)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)原理,增加Ca(OH)2的用量,
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十堰職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)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(yīng)(2-2)的速率,降低了反應(yīng)(2-3)的速率,從而提高了H2O2的利用率。以H2O2為基準(zhǔn),Ca(OH)2過(guò)量0~30%。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)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(shí)間為5min,反應(yīng)時(shí)間為5min。
表4 Ca(OH)2過(guò)量系數(shù)對(duì)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(jié)論
(1)采用氫氧化鈣法常溫制備過(guò)氧化鈣,不僅設(shè)備簡(jiǎn)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(zhì)量好,無(wú)污染。
(2)過(guò)氧化鈣的最佳制備條件是:Ca(OH)2、H2O及H2O2(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%)的質(zhì)量比為1?2?1.6,穩(wěn)定劑的用量為437.5mg/L(相對(duì)H2O2的體積),反應(yīng)時(shí)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(guò)量系數(shù)的增加,反應(yīng)(2-2)速度增加,H2O2的利用率也隨之提高,過(guò)量30%時(shí),產(chǎn)品的產(chǎn)量增加到6.4330g,但是過(guò)氧化鈣含量已經(jīng)降到65.38%。這是由于H2O2的用量一定,導(dǎo)致未參與反應(yīng)的Ca(OH)2溶解于水中,附著在過(guò)氧化鈣上,使得純度降低。因此,選擇Ca(OH)2過(guò)量系數(shù)小于5%時(shí),過(guò)氧化鈣的含量在68%以上。
2.2 穩(wěn)定性測(cè)試
5gCa(OH)2,用10mL水調(diào)漿,穩(wěn)定劑0.0035g,滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的H2O28mL,反應(yīng)時(shí)間為5min。在此條件下合成的過(guò)氧化鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70.10%,一周后測(cè)得68.99%,一個(gè)月后測(cè)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(zhì)量分?jǐn)?shù)為63.22%,一周后測(cè)得60.28%,一個(gè)月后測(cè)得56.43%。由此可見(jiàn),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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