過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 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(xué)理學(xué)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(yīng)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(jié)

果表明:在Ca(OH)2的用量為5g,反應(yīng)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(dá)到70%左右。

[關(guān)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(xiàn)標(biāo)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(yīng)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(yīng)用科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,過氧化鈣的應(yīng)用領(lǐng)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(fù)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(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 實驗部分

1.1 實驗藥品與儀器

Ca(OH)2(分析純,上海凌峰化學(xué)試劑有限公司);30%H2O2(分析純,國藥集團化學(xué)試劑有限公司);穩(wěn)定劑;H3PO4(分析純,國藥集團化學(xué)試劑有限公司);PHS-3C精密pH計(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(zé)任公司)。1.2 實驗原理

Ca(OH)2法制備過氧化鈣的反應(yīng)原理如下:

反應(yīng)機理說明:在反應(yīng)開始階段,過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(jìn)主反應(yīng)向右進(jìn)行,控制副反應(yīng)的發(fā)生。1.3 實驗方法

在100mL的三Http://m.msguai.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(jié)束后繼續(xù)攪拌反應(yīng)一段時間。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,得過氧化鈣產(chǎn)品,并對產(chǎn)品含量進(jìn)行分析。

1.4 過氧化鈣含量分析方法

本實驗采用化學(xué)法測定,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

[作者簡介] 姜春華(1980-),女,南京工業(yè)大學(xué)理學(xué)院碩士研究生,實驗師,研究方向:環(huán)境監(jiān)測與治理技術(shù),實驗教學(xué)。

##

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(biāo)準(zhǔn)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(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沒有參與反應(yīng),同時,會使產(chǎn)物過氧化鈣附著在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(yīng)的速率,對實驗結(jié)果同樣有影響。

實驗結(jié)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(yīng)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(jié)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(yīng):H2O2 H2O+[O]

[O]+Ca(OH)2 CaO2+H2O2[O] O2

因此,本文從反應(yīng)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(yīng)時間的影響

反應(yīng)時間是決定產(chǎn)品純度的重要因素,由于在主反應(yīng)進(jìn)行的同時,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,生成過氧化鈣,但CaO2在酸性條件下不穩(wěn)定,反應(yīng)時間過長會使新生成的CaO2與H2O反應(yīng)生成Ca(OH)2和氧氣,降低產(chǎn)品的純度。

實驗結(jié)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(yīng)時間從滴加結(jié)束開始計時。

表1 不同的反應(yīng)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(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),同時可抑制反應(yīng)(2-3)的進(jìn)行,從而提高H2O2的利用率。

實驗結(jié)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(yīng)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(yīng)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(dāng)反應(yīng)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(yīng)動力學(xué)原理,增加Ca(OH)2的用量,

#

十堰職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)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(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過量0~30%。

實驗結(jié)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(yīng)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(jié)論

(1)采用氫氧化鈣法常溫制備過氧化鈣,不僅設(shè)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(zhì)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(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H2O2的體積),反應(yīng)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。

[參考文獻(xiàn)]

[1]司徒杰生.化工產(chǎn)品手冊(無機化工產(chǎn)品)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1999:688 689.

[2]張躍華,趙永勛,劉德江.過氧化鈣在食用菌菌種生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].食用菌學(xué)報,2004(3):57 6.

[3]吳莉莉,劉興利,楊學(xué)軍.過氧化鈣在水果保鮮中的應(yīng)用研究[J].西南民族大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2009(6):1220 1223.

[4]翟永青,丁士文,姚子華.CaO2對可溶性染料廢水的脫色處理[J].河北大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2003(4):381 384.[5]翟永青,丁士文,姚子華.CaO2對陽離子藍(lán)染料脫色效果研究[J].化學(xué)世界,2004(10):507 510.

[6]張亞雷,章 明,李建華.CaO2不同投加方式對底泥磷釋放的抑制效果分析[J].環(huán)境科學(xué),2006(11):2188 2193.[7]張 嫦,吳立考,高維寶.工業(yè)廢水中重金屬離子的處理方法研究[J].能源環(huán)境保護,2003(5):25 27.

[8]梅允福.過氧化鈣的制備和應(yīng)用[J].四川化工與腐蝕控制,2000(4):42 45.

[9]方 元.常溫合成過氧化鈣工藝研究[J].貴州化工,2006(3):16 18.

[10]呂希倫.無機過氧化物化學(xué)[M].北京:科學(xué)出版社,1987:305,308.

由表4可知,隨著Ca(OH)2過量系數(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(dǎo)致未參與反應(yīng)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(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的H2O28mL,反應(yīng)時間為5min。在此條件下合成的過氧化鈣的質(zhì)量分?jǐn)?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(zhì)量分?jǐn)?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

##

【過氧化鈣的常溫合成工藝研究】相關(guān)文章：

鄰硝基對甲苯胺合成工藝的研究04-28

間二氟苯合成工藝的研究04-26

實驗研究磷石膏分解制備硫化鈣反應(yīng)的最佳工藝條件04-26

香豆素-3-羧酸的合成工藝研究04-29

對二甲氨基苯甲醛合成工藝廢水治理研究04-25

用磷石膏還原制備硫化鈣的研究04-26

1,2-環(huán)己二胺四乙酸的合成及工藝研究05-01

氟化鈣晶體的生長和應(yīng)用研究04-27

拉呋替丁的合成工藝改進(jìn)04-29

四氮唑乙酸的合成工藝優(yōu)化04-28