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賦能業(yè)務(wù)提質(zhì)增效
摘要:過碳酸鈉主要被用作氧化劑和漂白劑,以及造紙、染整、化工、食品、衛(wèi)生、醫(yī)藥、造紙等行業(yè)的殺菌劑、去污劑和清洗劑。本文通過介紹過碳酸鈉的自身性質(zhì)、合成反應(yīng)機(jī)理和生產(chǎn)工藝,揭示過碳酸鈉技術(shù)優(yōu)化的關(guān)鍵,分析了過碳酸鈉的研究現(xiàn)狀。
過碳酸鈉有三種分子結(jié)構(gòu),目前市場上的產(chǎn)品為2Na2CO3.3H2O2,外觀為白色結(jié)晶或結(jié)晶性粉末,又稱為過氧碳酸鈉或者過氧碳酸鈉加合物,易發(fā)生分解,性質(zhì)較不穩(wěn)定。
過碳酸鈉生產(chǎn)的反應(yīng)原理
過碳酸鈉的原料為碳酸鈉和過氧化氫,生產(chǎn)反應(yīng)為放熱反應(yīng),反應(yīng)式為:
2NaCO3+3H2O2→2Na2CO3·3H202 +Q
過碳酸鈉是一種不穩(wěn)定的物質(zhì),在高溫條件下或者遇到水、重金屬和有機(jī)物時(shí),容易發(fā)生分解,分解反應(yīng)式為:
2Na2CO3.3H2O2→2Na2CO3·H2O+H2O+3/2O2↑
碳酸鈉分解后,活性氧就分解成水和氧氣,產(chǎn)品的活性氧含量下降,因此抑制過碳酸鈉的分解對產(chǎn)品的質(zhì)量很關(guān)鍵。
過碳酸鈉的生產(chǎn)以濕法生產(chǎn)工藝為主
過碳酸鈉的生產(chǎn)工藝有干法和濕法兩種。早期的干法生產(chǎn)是將高濃度的過氧化氫和無水的碳酸鈉混合并攪拌,迅速生成產(chǎn)物,但是過氧化氫受熱后(反應(yīng)放熱)易發(fā)生分解,產(chǎn)品的高活性氧含量低,而過氧化氫帶來的水不能快速蒸發(fā),容易形成過碳酸鈉的漿狀物,產(chǎn)品的流動(dòng)性不夠好,難以得到理想效果的產(chǎn)品,未被廣泛采用,目前全球只有德國采用干法工藝。日本后來發(fā)明了噴霧法,在熱空氣沸騰床中將過氧化氫水溶液噴霧到碳酸鈉固體上,水和反應(yīng)熱可以通過沸騰床移去,從而得到干燥的產(chǎn)品。噴霧法具有多種優(yōu)點(diǎn),如設(shè)備少,流程短,無須過濾,生產(chǎn)工藝簡單,產(chǎn)率高等,但是生產(chǎn)技術(shù)條件苛刻,設(shè)備投資大,操作條件不易控制,能耗大,而且得到的產(chǎn)品活性氧含量低且穩(wěn)定性差,因此較少應(yīng)用在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中。
濕法工藝的反應(yīng)設(shè)備是反應(yīng)釜,加入飽和碳酸鈉溶液和過氧化氫溶液,并加入穩(wěn)定劑,采用低溫方法或者加入鹽析劑使過碳酸鈉結(jié)晶,然后分離、干燥得到過碳酸鈉。此法技術(shù)成熟,生產(chǎn)設(shè)備簡單,投資少,操作簡單,同時(shí)得到的產(chǎn)品穩(wěn)定性好。濕法工藝可進(jìn)一步分類為低溫結(jié)晶法、溶劑法和噴霧法,目前低溫結(jié)晶法是國內(nèi)外普遍采用的過碳酸鈉生產(chǎn)工藝。
表1 過碳酸鈉濕法生產(chǎn)工藝的三種方法
(資料來源:中國知網(wǎng))
過碳酸鈉生產(chǎn)技術(shù)的優(yōu)化主要在于產(chǎn)品穩(wěn)定性的提升
碳酸鈉生產(chǎn)企業(yè)發(fā)展的不利因素有兩個(gè):一是過碳酸鈉的產(chǎn)品收率不高,導(dǎo)致產(chǎn)品生產(chǎn)成本高;其次是過碳酸鈉的穩(wěn)定性差,無法持續(xù)保持活性氧含量,運(yùn)輸和貯存都受限制,因此提高產(chǎn)品穩(wěn)定性和收率是過碳酸鈉生產(chǎn)比較關(guān)鍵的問題。
過氧化氫和碳酸鈉反應(yīng)放熱,而過氧化氫受熱易分解,過氧化氫的利用率低,產(chǎn)品收率低,對于收率的提升方法主要是控制反應(yīng)溫度和原料配比等,目前對于過碳酸鈉生產(chǎn)技術(shù)的研究以產(chǎn)品穩(wěn)定性的提升為主。
過碳酸鈉穩(wěn)定性主要受存儲(chǔ)環(huán)境的溫度、濕度以及金屬雜質(zhì)的含量所影響,目前提升過碳酸鈉穩(wěn)定性的方法主要有:添加有機(jī)物和無機(jī)物使其與金屬離子形成螯合物;減少原料中的重金屬離子含量;制造粒狀或顆粒狀的過碳酸鈉,然后用某些有機(jī)和無機(jī)化合物涂覆過碳酸鈉粒子,以隔絕空氣中的濕氣。未來過碳酸鈉技術(shù)優(yōu)化應(yīng)該著重于研發(fā)更加高效的內(nèi)、外穩(wěn)定劑并探索更好的加入方式,還有改進(jìn)過碳酸鈉的造粒技術(shù),以及增強(qiáng)穩(wěn)定劑的包覆效果等。
結(jié)語
過碳酸鈉的原料為過氧化氫和碳酸鈉,目前有濕法和干法兩種生產(chǎn)工藝,濕法工藝中的低溫結(jié)晶法是被廣泛使用的生產(chǎn)方法。由于過碳酸鈉容易分解,產(chǎn)品穩(wěn)定性差,因此目前對于過碳酸鈉生產(chǎn)技術(shù)的優(yōu)化主要是提升產(chǎn)品穩(wěn)定性。
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