铬酸钡制铬酸钠的研究.pdf

第 卷第 期 年 月应 用 化 工 .收稿日期:修改稿日期:基金项目:重庆英才计划项目()重庆理工大学研究生创新项目()作者简介:周彦阔()男重庆人在读硕士研究生师从全学军教授主要从事铬盐产品制备和应用研究 电话:.铬 酸 钡 制 铬 酸 钠 的 研 究周彦阔全学军封承飞蹇成宗李纲陈号(重庆理工大学 化学化工学院重庆)摘 要:从高碱介质中分离铬酸盐得到铬酸钡中间产物通过酸溶解还原得到氢氧化铬 然后利用过氧化氢的氧化性和酸度以氢氧化钠为钠源准确调节反应条件使氢氧化铬直接氧化成铬酸钠无副产物 研究反应温度、反应时间、液固比、搅拌速度、过氧化氢用量和铬碱摩尔比对铬氧化率的影响并通过响应曲面法对反应条件进行优化 结果表明最佳工艺参数为:碱铬摩尔比.液固比./双氧水剂量(理论倍数).反应温度 、搅拌速度 /在此条件下反应 铬氧化率可达到.关键词:铬酸钠铬酸钡氢氧化铬双氧水响应曲面法中图分类号:.文献标识码:文章编号:()():.()././.:铬盐作为重要的基础化学原料广泛应用于冶金、化工等行业是我 国 国 民 经 济 的 重 要 支柱 传统铬盐生产工艺效率低产生大量的固废 张海提出了钠系亚熔盐铬盐清洁生产工艺为得到铬酸钠产品需用水稀释、过滤、蒸发浓缩能耗较高 吴海峰开发了一种从高浓度苛性碱中分离铬酸根的方法得到平台化合物铬酸钡 秦险锋提出了盐酸乙醇联合溶解还原法实现了铬酸钡转化为氢氧化铬 本文利用过氧化氢的氧化性和酸性特性以氢氧化钠为钠源将中间产品氢氧化铬氧化为铬酸钠实现了中间产品铬酸钡向铬酸钠的转变 实验部分.材料与仪器氢氧化钠、盐酸、无水乙醇、过氧化氢、铬酸钡均为分析纯氢氧化铬工业级实验用水均采用超纯水 磁力搅拌器()循环真空抽滤仪 电热恒温干燥箱 紫外可见分光光度计 射线衍射仪第 期周彦阔等:铬酸钡制铬酸钠的研究.实验方法.氢氧化铬制备铬酸钡盐酸溶解还原法制备氢氧化铬反应方程式如下:()()()称取一定质量的铬酸钡放入烧杯中按照液固比 /加入相对应的水放入搅拌子开启磁力搅拌器并升温当温度达到 盐酸与铬酸钡的摩尔比 加入理论量 倍的无水乙醇反应 过滤滤液加入氢氧化钠溶液调节 值直至沉淀完全 洗涤、过滤、烘干得到氢氧化铬.铬酸钠制备 在碱性条件下用过氧化氢氧化氢氧化铬产生铬酸钠时会发生以下反应:()()()氢氧化铬属于两性氢氧化物首先氢氧化铬溶于碱液中在碱性条件下极易被氧化为六价铬并选用双氧水作为氧化剂且不会带来其它副产物按铬碱摩尔比 称取一定量的氢氧化铬和氢氧化钠将其和去离子水混合在 三颈烧瓶中液固比./放入水浴中开启集热式恒温加热磁力搅拌器进行搅拌水浴加热到 滴加过氧化氢反应 过滤滤液冷却至室温待分析 溶液通过结晶分离出铬酸钠.分析方法.六价铬含量的测定采用二苯碳酸二肼分光光度法(/.)同一个样品测量 次取平均值其相对误差不超过.总铬含量的测定 采用高锰酸钾氧化二苯碳酸二肼分光光度法(/)分析反应液中的总 含量 同一个样品测量 次取平均值其相对误差不超过 结果与讨论.铬酸钡盐酸溶解还原法制备氢氧化铬在已研究的最佳反应条件下:反应温度 盐酸与铬酸钡摩尔比 液固比 /乙醇的加入量为理论量的 倍反应 得到包含氯化铬和氯化钡的溶液这时铬转化率为.还原率为.用氢氧化钠溶液将溶液 调至.生成()沉淀过滤、洗涤、烘干后得到氢氧化铬 放在 扫描电镜下放大一定倍数进行观察结果见图 图 自制氢氧化铬()与商品氢氧化铬()的 图.()()由图 可知自制氢氧化铬相比于商品氢氧化铬细颗粒更加分散无明显团聚但表面相较于后者更为粗糙.氢氧化铬制备铬酸钠用双氧水碱性氧化氢氧化铬制备铬酸钠研究反应温度、反应时间、液固比、搅拌速度、过氧化氢用量和铬碱摩尔比对铬氧化率的影响.搅拌转速对铬氧化率的影响在反应温度 铬碱摩尔比 双氧水为理论量的.倍液固比./的条件下反应 考察搅拌速度对铬氧化率的影响结果见图 图 搅拌速度对铬氧化率的影响.由图 可知随着搅拌速度的增加铬的氧化率迅速增加 这是因为搅拌强度越高反应物混合越均匀反应更加充分 搅拌速度/时铬氧 化 率 趋 于 稳 定 因 此 选 择 搅 拌 速 度为 /.铬碱摩尔比对铬氧化率的影响在温度 液固比./双氧水为理论用量的.倍搅拌转数 /条件下反应 考应用化工第 卷察铬碱摩尔比对氢氧化铬氧化率的影响结果见图 图 ()/摩尔比对铬氧化率的影响.()由图 可知随着碱铬摩尔比的增加氢氧化铬的氧化率提高碱铬摩尔比.时铬氧化率为.继续增加铬氧化率稳定 因此选择铬碱摩尔比 .作为探索其他最优工艺条件的条件.液固比对铬氧化率的影响在反应温度 铬碱摩尔比 双氧水理论倍数.倍搅拌速度/的条件下反应 液固比对铬氧化率的影响见图 图 液固比对铬氧化率的影响.由图 可知铬的氧化率随着液固比的增加而增加最终稳定在 左右 因为 的氧化性和 值呈现负相关即 越低氧化能力越强 同时 越低双氧水稳定性也越好致使更多的 参与氧化还原反应而不是自分解消耗掉所以液固比越大铬氧化率越高 综合考虑最优液固比为./.双氧水剂量对铬氧化率的影响在温度 搅拌速度 /液固比./铬碱摩尔比 条件下反应 时过氧化氢对铬的氧化率的影响见图 由图 可知双氧水用量越多铬氧化率越高当为理论用量的.倍时铬氧化率高达.在碱性条件下氢氧化铬的氧化反应与双氧水的自分解反应同时发生存在竞争关系体系处于双氧水不足状态 为了消除 自分解带来的负面效应使得铬氧化率提升考虑 消耗成本所以选择双氧水最优用量为理论用量的.倍图 双氧水的理论量倍数对铬氧化率的影响.反应温度对铬氧化率的影响在液固比 /铬碱摩尔比 双氧水理论倍数.倍搅拌速度 /的条件下反应 反应温度对铬氧化率的影响见图 图 反应温度对铬氧化率的影响.由图 可知随着温度的升高铬氧化率随之升高 温度越高分子间的传递速度越快使得反应物分子之间碰撞增加加快了反应速率 当温度高于 时铬氧化率增加缓慢这可能是因为温度的升高导致 自分解速率加快 为了保证高的铬氧化率和双氧水消耗量选择 作为最佳反应温度.响应曲面法优化反应条件.响应曲面实验结果为了考察各反应因素对氢氧化铬制备铬酸钠反应过程中铬氧化率的影响程度根据单因素实验结果选取碱铬摩尔比、液固比、双氧水剂量(理论倍数)、反应温度 个因素作为自变量搅拌速度 /和反应时间 为不变量采用响应曲面法优化工艺条件 通过 软件得到 个点通过响应曲面回归过程分析建立关于铬氧化率的响应回归模型寻第 期周彦阔等:铬酸钡制铬酸钠的研究求最优响应因子水平 响应曲面因素水平编码见表 实验结果见表 表 响应曲面实验因素水平和编码 水平编码碱铬摩尔比液固比/()双氧水剂量/倍反应温度/.表 法的实验结果 实验序号铬氧化率/.对响应曲面实验结果进行回归分析得出铬氧化率三元二次回归方程 .回归模型方差分析模型的方差分析结果见表 表 二次模型方差分析 方差来源平方和自由度均方 值 值模型.显著.).显著 由表 可知模型拟合与实验数据吻合度较高拟合模型 为.较高 值(模型 值为.)和极低概率值(.说明回归模型失拟项具有不显著性证明回归方程未出现失拟现象模型可替代实验值作为分析数据.铬氧化率的响应曲面优化分析 通过 软件对线性回归的二次多项式方程分析响应曲面探究双氧水碱性氧化氢氧化铬工艺条件中各个影响因素及其交互作用对铬氧化率的影响得到包含各因素的三维曲面图见图 图 应用化工第 卷图 反应温度与碱铬摩尔比()、液固比()、双氧水()的影响.()()()由图 可知碱铬摩尔比与反应温度的响应面较为陡峭说明其交互影响比其它交互影响较为显著随着碱铬摩尔比和反应温度的增加转化率逐渐增加后趋于稳定 在一定液固比值内铬氧化率随着液固比的增加而降低图 双氧水与碱铬摩尔比()、液固比()的影响.()()由图 可知液固比与双氧水的交互作用明显强于碱铬摩尔比与双氧水的交互作用图 液固比与碱铬摩尔比的影响.由图 可知随着液固比和碱铬摩尔比的增加铬氧化率先增加后降低说明两者之间具有一定的拮抗作用.工艺条件优化结果根据线性回归方程模型可得到预测的最优工艺条件:碱铬摩尔 比.液固比./双氧水剂量(理论倍数).反应温度 搅拌速度 /在此条件下反应 铬氧化率为.对最优条件进行 次平行实验进行验证结果表明在该反应条件下铬氧化率平均值为.极度接近预测结果.确定最优反应条件为碱铬摩尔比.液固比./双氧水剂量(理论倍数).反应温度 反应时间 搅拌速度 /.产品分析将双氧水碱性氧化制备铬酸钠反应完成后的溶液通过结晶分离出铬酸钠利用 对样品进行分析结果见图 图 铬酸钠的 图谱.由图 可知制备的铬酸钠与商品铬酸钠具有相同的特征峰 结论()在反应温度 、盐酸与铬酸钡摩尔比、液固比 /、乙醇理论量 倍下反应第 期周彦阔等:铬酸钡制铬酸钠的研究 用氢氧化钠溶液将溶液 调至.制备得到氢氧化铬此时粒径主要集中在.之间细颗粒更加分散无明显团聚但表面比商品氢氧化铬更加粗糙()用双氧水碱性氧化氢氧化铬制备铬酸钠的最佳反应工艺条件为:碱铬摩尔比.液固比./双氧水用量(理论倍数).反应温度 在该反应条件下铬氧化率为.其中铬碱摩尔比与反应温度的交互作用显著参考文献:.():.丁翼.铬化合物生产与应用.北京:化学工业出版社:.纪柱.中国铬盐近五十年发展概况.无机盐工业():.丁翼.中国铬盐生产状况与展望.化工进展():.纪柱.铬盐发展方向 开发铬盐新产品新用途.无机盐工业():.张懿李佐虎王志宽等.绿色化学与铬盐工业的新一代产业革命.化学进展():.张树龙张焕祯王智丽等.铬盐清洁生产工艺研究进展.无机盐工业():.汤培平.铬盐的清洁生产 无钙焙烧生产红钒钠新工艺.化工设计():.:.吴海峰.铬盐清洁工艺中铬的分离与制备重铬酸钠的研究.重庆:重庆理工大学:.秦险峰.铬铁矿液相氧化浸出制备铬盐工艺研究.重庆:重庆理工大学:.姬海刚杨秀芳惠昱昱等.响应曲面法优化提取柴胡总皂 苷 的 工 艺 .应 用 化 工 ():.曾奎姜启彬封承飞等.铬酸钡液相氧化 甲基萘制备 甲基萘醌的工艺研究.应用化工():.蒋香玉王红涛樊子文.响应曲面法优化多电极介质阻挡放电等离子体处理印染废水.应用化工():.(上接第 页).():.():.杨航赵雅姣刘晓静.紫花苜蓿/燕麦间作的光合特征及其对产量的调控效应.草地学报():.():.()().:.:.:.(.).:.:.国家药典委员会.中华人民共和国药典.版.北京:中国医药科技出版社:.():.():.