亚磷酸钠的合成机理研究

亚磷酸钠的合成机理研究

亚磷酸钠和次磷酸钠都是磷酸盐的新产品,在化工和材料领域中应用较广泛,主要用作各种还原剂。因亚磷酸钠的还原性比次磷酸钠弱且较稳定,在一定程度上可取代次磷酸钠作为还原剂,具有更好的稳定性和安全性。目前国内外对于亚磷酸钠的生产研究较少,主要采用复分解反应从次磷酸钠的工业废渣中回收,但得到产品的产率低、品质差、操作复杂且不环保。

为了得到高品质的亚磷酸钠,本文以氢氧化钠和碳酸钠为原料,分别与亚磷酸进行中和反应制备亚磷酸钠,对其生产工艺、结晶热力学和结晶动力学进行研究,以获得亚磷酸氢二钠的优化生产工艺及结晶动力学方程,为工业化生产提供理论指导。采用电位滴定法发现亚磷酸与氢氧化钠或碳酸钠的中和过程中存在两个跃迁点,且在pH 6⁸时反应产物主要是亚磷酸氢二钠形式存在。通过单因素试验探讨了亚磷酸与氢氧化钠或碳酸钠中和反应温度、反应时间、亚磷酸浓度和摩尔比等因素对反应产物的影响,获得其优化工艺条件为:（1）用氢氧化钠中和亚磷酸生产亚磷酸氢二钠,需控制反应物的摩尔比

（H₃PO₃:NaOH）为1:2,亚磷酸浓度在8.54 mol/L以下,而反应温度和反应时间对反应产物基本没有影响;（2）用碳酸钠与亚磷酸反应,需控制反应物的摩尔比

（H₃PO₃:Na₂CO₃）为1:1,反应温度、反应时间和亚磷酸浓度对反应产物的影响可以忽略;对优化工艺条件下制备的产品进行XRD表征,确定所得产物为亚磷酸氢二钠。

采用静态法对亚磷酸氢二钠的结晶热力学进行研究,测定了25℃-80℃下其在水溶液中的溶解度及超溶解度,结果表明亚磷酸氢二钠在25℃-80℃下的溶解

度及超溶解度随着温度的增加而增大,经拟合得到Apelblat简化经验方程,从而获得亚磷酸氢二钠在20℃-80℃下的介稳区分布,发现随着温度升高以及搅拌速率的增大,其介稳区变窄;随着降温速率的加快,其介稳区变宽,这与经典的成核理论相一致。结晶热力学分析表明亚磷酸氢二钠结晶操作应选择搅拌速率控制在200 rpm,降温速率保持为15℃/h的条件下进行结晶。采用间歇动态法对亚磷酸氢二钠的结晶动力学进行研究,发现亚磷酸和氢氧化钠很容易形成均匀细小的亚磷酸氢二钠,当粒度大于15μm后,其晶体的生长与粒度无关。

利用激光粒度分析仪测试产品的粒度体积分数,根据粒数衡算和质量衡算关系经矩量变换法计算,获得一系列时间间隔下的成核速率,然后进行回归处理,得到成长速率方程。在亚磷酸氢二钠溶液结晶过程中,在介稳区的中部偏超溶解度曲线的位置加入少量粗晶径的晶种,控制蒸发温度在150℃左右,200rpm搅拌速度下进行结晶,可以得到晶粒较大的亚磷酸氢二钠晶体,与结晶热力学结论一致。