Способ получения окислителя на основе пероксодикарбоната калия

 

Название изобретения: способ получения окислителя на основе пероксодикарбоната калия. Использование: областью применения изобретения являются быстро развивающиеся последние 30 лет технологии получения перекисных соединений карбонатов щелочных металлов. Пероксодикарбонат калия и окислители на его основе являются эффективными отбеливателями, в текстильной и целлюлозно-бумажной отраслях промышленности, перспективными инициаторами процессов полимеризации. Сущность изобретения: сочетание отдельных преимуществ электрохимического и химического способов получения пероксодикарбонатов щелочных металлов положено в основу данного способа. Получение пероксодикарбоната осуществляется путем бездиафрагменного электролиза концентрированного карбонатного электролита. Для кристаллизации целевого продукта состоящего из пероксодикарбоната (70-80 вес.%) карбоната и гидрокарбоната калия используется реакция продуктов электролиза с углекислым газом. Все стадии процесса осуществляются при температурах 0-10^oС. Способ отличается тем, что электролиз ведут в 3,9-5,4 М растворе карбоната калия при 0-10^oС, а кристаллизацию осуществляют в температурном интервале -5^oC10^o путем барботажа 0,1-2,0 М углекислого газа на 1 г-экв, перекисных соединений в растворе. 1 табл.

Изобретение относится к получению перекисных соединений карбонатов щелочных металлов, являющихся наиболее перспективными и экологически безопасными окислителями с широким спектром практического применения.

Известны два пути синтеза пероксодикарбоната калия. Электролизом концентрированного раствора карбоната калия с добавками фосфатов получены перекисьсодержащие растворы с повышенной стабильностью.

Однако, при температурах от 0^o до +10^oС не удалось добиться кристаллизации продуктов электролиза, а растворы из-за высокого расхода солей не нашли практического применения.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и природе целевого продукта является электрохимический способ получения пероксодикарбонатов щелочных металлов электролизом концентрированных водных растворов карбонатов с платиновыми анодом и катодом при -16^o-10^oС. Продукт, состоящий из пероксодикарбоната, карбоната и гидрокарбоната калия был выделен из электролита в результате кристаллизации. Принципиальным недостатком этого способа является низкотемпературный режим процесса и обусловленные им высокие энергозатраты.

Целью изобретения является разработка эффективного способа получения окислителя на основе пероксодикарбоната калия в твердом агрегатном состоянии при положительных температурах и без использования химических окисляющих агентов.

Цель достигается тем, что электролиз ведут в 3,9-5,4 М растворе карбоната калия при 0-10^oС, а кристаллизацию осуществляют в температурном интервале от -5^o до +10^oС путем барботажа 0,1-2,0 М углекислого газа на 1 г-экв. перекисных соединений в электролите.

Анализ состава продукта методами молекулярной и ЭПР-спектроскопии, рентгеноструктурного анализа и дифференциальной сканирующей колориметрии показал, что целевой продукт состоит из пероксодикарбоната (70-80 вес.) карбоната и гидрокарбоната калия, которые вместе составляют 20-30 вес.

Примеры практического осуществления данного способа приведены ниже в таблице. Для получения перекисьсодержащих растворов использовался охлаждаемый бездиафрагменный электролизер с платиновым анодом (1,1 см²) и катодом из нержавеющей стали (0,5 см²), ток 1,5 А при напряжении 5 В.

Принципиальное значение для успешного ведения процесса имеет концентрация карбоната калия. При концентрации карбоната калия в растворе ниже 3,9 М не удалось добиться кристаллизации целевого продукта. Увеличение концентрации соли с 3,9 до 5,4 М не только увеличивает выход по току, но и приводит к снижению содержания примесей в осадке. Использование более высоких концентраций (от 5,4 до 5,6 М) может вызвать дополнительное осаждение карбоната на стадии кристаллизации целевого продукта.

Вследствие невысокой стабильности перекисных соединений карбонатов в водных растворах температурный режим электролиза и кристаллизации существенным образом влияют на результаты синтеза, прежде всего на выход по току. Низкотемпературный режим электролиза (-10^oС), обеспечивая высокий выход по току не может найти промышленного применения, поэтому на стадии электролиза были использованы положительные температуры от 0 для +10^oС и как следует из данных таблицы выход по току перекисных соединений составляет 55-78% При повышении температуры электролиза с 3 до 8^oС, вследствие интенсивных процессов гомогенного разложения происходит снижение выхода по току на 15% Повышение температуры кристаллизации с -5 до +10^oС только увеличивает содержание активного кислорода в продукте, свидетельствуя о возможности успешного использования заявляемого интервала температур для проведения процесса кристаллизации.

Количество барботированного углекислого газа зависит от содержания перекисных соединений в электролите после стадии электролиза. Оптимум приходится на область 0,1-2,0 М на 1 г-экв. перекисных соединений в растворе. Использование больших количеств СО₂ не желательно, как с точки зрения перерасхода, так и из-за снижения содержания активного кислорода.

Методами молекулярной (КР, ИК) и ЭПР-спектроскопии, дифференциальной сканирующей колориметрии, рентгеноструктурного анализа содержащиеся в осадке перекисное соединение идентифицировано, как пероксодикарбонат калия, доля которого в осадке составляет 70-80 вес. Кроме того, продукт содержит до 20-30 вес. карбоната и гидрокарбоната калия.

Таким образом, предлагаемый способ получения окислителя на основе пероксодикарбоната калия, сочетая отдельные преимущества электрохимического (высокий выход по току, экологическая безопасность и технологичность) и химического способов (положительные температуры, эффективная кристаллизация), позволяет получить пероксодикарбонат калия без использования химических окисляющих агентов в технологически приемлемом температурном режиме.

Формула изобретения

Способ получения окислителя на основе пероксодикарбоната калия, включающий бездиафрагменный электролиз раствора карбоната калия с последующей кристаллизацией продукта электролиза, отличающийся тем, что электролиз ведут в 3,9 5,4 М растворе карбоната калия при 0 10^oС и кристаллизацию осуществляют в температурном интервале -5^o +10^oС путем барботажа 0,1 2,0 М углекислого газа на 1 г-экв перекисных соединений в растворе.

РИСУНКИ

Рисунок 1