多碳酸钠的制备与产品分析

过碳酸钠的制备与产品分析

（学生-设计实验）

过碳酸钠又称过氧化碳酸钠, 化学通式Na2CO3·nH2O2·m H2O。自70年代末日本开发成功并投入生产以来，欧美等国也竟相开发研究这一新产品。其用途非常广泛, 除为强氧化剂外, 还广泛用于洗涤、纺织、医疗、造纸、电镀等方面。由于过碳酸钠的含氧量高, 又可用于漂白剂、杀菌剂、消毒剂和食品保鲜剂等。过碳酸钠作为漂白剂, 既可以避免次氯酸的刺激性气味, 又可以弥补过硼酸盐对环境污染的弊端, 且在冷水中也有很好的漂白效果, 因此有很好的推广价值。近年来, 国外利用过碳酸钠在催化剂作用下能释放出氧气的特点, 将其用作急救用氧的新型化学供氧源。

随着经济的发展, 过碳酸钠的需求量也不断增长, 仅按国内洗衣粉的年产量计算, 对过碳酸钠需求量为20～25万吨。而目前, 国内过碳酸钠的年产量只有几万吨, 加上过碳酸钠在其他方面的应用, 估计过碳酸钠的年需要量达50万吨。与欧美日国家相比, 我国还处于起步阶段， 因此开发和应用过碳酸钠的市场前景十分广阔。

过氧碳酸钠的生成化学反应式为：2Na2CO3+3H2O2→2Na2CO3·3H2O2过氧碳酸钠的生产方法很多，不同的生产方法可以制备不同形式和规格的产品。但概括起来可分为两类：湿法生产工艺和干法生产工艺。

过氧干法生产是在热空气沸腾的流态床上，往无水碳酸钠上喷洒过氧化氢溶液而制得过氧碳酸钠晶体。由于该法生产工艺、生产流程简单，生成的产品稳定性差，活性氧含量低，以及生产技术苛刻，操作困难等原因，工业上很少采用。 过氧湿法生产是用饱和的碳酸钠溶液跟一定浓度的双氧水在添加适量的稳定剂及一定的温度条件下进行反应，然后经结晶、过滤、干燥、分离而得到的产品。该法生产的产品稳定性好，技术成熟，得到工业上的广泛应用。目前有喷雾法、低温结晶法和溶剂法等。 一、过碳酸钠物化性质

，我国在八十年代初才开始研究并生产这种产品，至今已形成一定的生产规模。过氧碳酸钠是一种具有多用途的新型氧系漂白剂，具有漂白、杀菌、洗涤、水溶性好等特点，对环境无危害。现已广泛应用于纺织、洗涤剂、医药和饮食行业，同时它也是一种优良的纸浆漂白剂，可替代含氯漂白剂，生产白度高、白度稳定性好的纸浆。

1.1过氧碳酸钠的物理性质

过氧碳酸钠是碳酸钠与过氧化氢以氢键结合在一起的结晶化合物，常见其分子晶型有两种：1.5型(Na2CO3·1.5H2O2)和2，3型(2Na2CO3·3H2O2)。目前所使用

的产品大部分为分子式2，3型过氧碳酸钠产品，分子量为314。过氧碳酸钠为白色结晶粉末状或颗粒状固体，由于碳酸钠与过氧化氢以氢键联接，其在水中有很好的溶解度，并随温度的升高而上升。表1为过氧碳酸钠在几种不同温度下的溶解度。过氧碳酸钠中理论活性氧含量为15.3%，相当于32.5%的过氧化氢，但一般市售的产品其活性含量要少两个百分点左右。

表1过氧碳酸钠在不同温度下的溶解度 温度 ℃ 溶解度 (g/100g水)

12.0 5 12.3 10 14.0 20 16.2 30 18.5 40

1.2过氧碳酸钠化学性质

不稳定，遇水、重金属离子等易分解，其化学反应式如下：

2Na2CO3·3H2O2===2Na2CO3+3H2O2

H2O2→H2O+1/2O2

固体过氧碳酸钠随温度的升高，其活性氧含量损失愈大，例如在室温条件下贮存一个月，其活性氧损失大约为0.5%，而在40℃时贮存一个月，其活性氧含量损失为3%。 过碳酸钠的漂白机理

过氧碳酸钠具有较高的活性氧含量，并在冷水中有很好的溶解性能，过氧碳酸钠在水中分解，产生H2O2和Na2CO3，故其水溶液的性质与相应组成的双氧水和碳酸钠的水溶液的性质相同。在碱性溶液中过氧化氢发生以下的化学反应，其反应式如下：

H2O2→H++HOO- 2HOO-→O2↑+2OH-

由以上两式可知，生成的过羟基离子HOO具有漂白作用，但同时过羟基离子易受重金属离子的影响而加速分解，减少过氧化氢的有效漂白。在碱性介质中有利于过羟基离子的形成，且pH值对漂白作用影响很大，通常认为pH过高过低都不利于低浆漂白，pH在10～11较适宜。碳酸钠在水中呈碱性，故过氧碳酸钠溶液在1%～3%浓度时其pH值在10.5～11，这有利于纸浆的漂白。

过氧此外，过氧碳酸钠在中性和酸性条件下遇到更强的氧化剂(如高锰酸钾)，又能表现出还原性。

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二、制备实验 2.1 仪器和试剂

仪器：型恒温磁力搅拌器; 单相自吸泵

试剂：Na2CO3 (AR )；双氧水(30%) ；H2O2的稳定剂BC-1为异丙醇：三乙醇胺= 7∶1 (体积比) ；BC-2 型稳定剂为N a2SiO3：M gCl2 = 3∶1 (摩尔比)。 2. 2 实验方法及工艺路线

将一定量的原料和稳定剂加入反应器, 控制反应温度为15～ 20℃, 搅拌反应一段时间, 反应完后，停止搅拌，静止结晶, 过滤, 恒温干燥, 得到产品。

2.3 实验条件 a稳定剂的筛选

常温结晶法的关键是选择合适的稳定剂, 稳定剂的作用, 既可以提高过氧化氢的利用率, 又可以防止产品的分解。采用不同稳定剂进行实验。 b无水碳酸钠和过氧化氢配比对生成过碳酸钠的影响

过碳酸钠生产过程中影响成本的重要因素是过氧化氢的利用率, 原料配比是影响过氧化氢利用率的重要方面。因此, 考察了原料配比对活性氧含量和收率的影响。

c加水量对产品活性氧含量及收率的影响

实验中加水量对反应也有一定的影响, 改变加水量进行实验, 结果表明, 加水量过多, 可使产品中的Na2CO3吸水, 形成较多个结晶水(Na2CO3 ·mH2O) 使产品收率提高, 但活性氧的含量降低。

d双氧水稳定剂BC-1的用量对生成过碳酸钠的影响

双氧水稳定剂BC-1添加量也是影响产品质量的关键因素。加入不同量稳定剂BC-1进行实验

e双氧水加入时间对生成过碳酸钠的影响

双氧水加入时间对产品活性氧含量和收率的影响较大。由于反应为放热反应, 双氧水加入太快,H2O2 与Na2CO3快速反应, 放出大量的热, 温度骤然上升, 造成H2O2分解和挥发而损失, 致使产品活性氧含量和收率降低。若加料时间过长,H2O2也会部分损失,

f反应温度对产品活性氧含量和收率的影响

反应时间对产品活性氧含量和收率的影响反应时间对产品活性氧含量和收率有一定影响。实验结果表明, 反应时间太短, 反应不完全。 三、产品分析

3.1热分析进行稳定性测试

仪器：北京光学仪器厂生产的PCT-1A型差热仪，川仪四厂生产的Type3066 Pen recorder台式记录仪；大、小镊子各一个；铝钳锅2个； 试剂：参比物为分析纯的A12O3，一般在900℃的高温灼烧过。

测定过碳酸钠的热重、差热谱图，并根据所得到的差热谱图分析样品在加热过程中所发生的化学变化。 3.2含氧量分析

高锰酸钾滴定法测定过碳酸钠中活性氧含量。

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