一种高硫酸钠的电解合成方法技术

本发明专利技术公开了一种高硫酸钠的电解合成方法，包括如下步骤：安装电解装置，配置不同浓度的硫酸钠的酸性溶液分别作为阴极电解液和阳极电解液；电解液通过高速式蠕动泵进行循环，温控电解；电解完成后，低温环境中分离出多余的硫酸钠，分离完成后进行真空浓缩，冷却结晶，离心分离干燥后得到高硫酸钠产品，阳极电解液中硫酸钠浓度为2.4

【技术实现步骤摘要】
一种高硫酸钠的电解合成方法


[0001]本专利技术属于高硫酸钠的制备方法
，具体涉及一种高硫酸钠的电解合成方法。

技术介绍

[0002]高硫酸钠，分子式为Na2S2O8，是一种强氧化剂，具有很强的腐蚀性，且在水中有非常高的溶解度。高硫酸钠是一种重要的化工原料，在化工、轻工、环境、食品、石油及半导体制造等工业领域有广泛的应用，其市场规模呈逐年增大的趋势，高硫酸钠用途大致可分为以下几类：1） 可作为修复剂，在环境治理中降解土壤中的全氟化合物、多环芳烃和有机氯农药等；2） 可作为金属处理剂，在半导体行业中对印刷电路的清洁和刻蚀；3） 可作为淀粉胶粘剂的助氧化剂，与淀粉成分中的蛋白质反应提高粘接性；4） 可作为合成树脂、苯乙烯、合成工业橡胶和合成纤维的聚合引发剂；5）可作为纺织行业的脱浆剂和漂白活性剂。
[0003]现有合成高硫酸钠的方法：
①
化学法，申请公开号CN107720703A中是以高硫酸铵作为原料，将高硫酸铵溶解后，在反应釜中加入氢氧化钠反应得到高硫酸钠；也有以三氧化硫和过氧化氢为原料，两者反应生成过一硫酸，而过一硫酸和三氧化硫继续反应得到过二硫酸，再与氢氧化钠反应得到高硫酸钠；
②
电解法，主要是间接电解制备过硫酸钠，即先电解硫酸铵的水溶液合成高硫酸铵，再通入氨气，最后将高硫酸铵与氢氧化钠在反应釜中反应制得高硫酸钠；另外美国专利US4144144公开了一种电解合成高硫酸钠的方法，此方法中电解液是在含有铵离子和高硫酸钠的情况下进行电解，但是在电解高程中高硫酸钠并不会参与反应，反而高硫酸钠存在会增加电解电压。
[0004]总而言之，上述的化学法和电解法存在如下主要问题：1、化学法：1）整体生产成本大于电解法生产；2）有害性气体容易扩散至空气中，对环境造成损害。
[0005]2、间接电解法：1）工艺路线过长，所需的设备较多；2）高硫酸铵与氢氧化钠反应，产生大量的氨气，生产环境不太友好；3）反应过程中高硫酸钠分解过多，导致有效含量降低。

技术实现思路

[0006]为了解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种高硫酸钠的电解合成方法。
[0007]为达到上述目的，提出以下技术方案：一种高硫酸钠的电解合成方法，包括如下步骤：1）安装电解装置，配置不同浓度的硫酸钠的酸性溶液分别作为阴极电解液和阳极电解液；
2）电解液通过高速式蠕动泵进行循环，温控电解；3）电解完成后，低温环境中分离出多余的硫酸钠，分离完成后进行真空浓缩，冷却结晶，离心分离干燥后得到高硫酸钠产品。
[0008]进一步地，所述的电解装置为箱式电解槽，包括隔膜，阳极为铂电极、钽基镀铂电极或掺硼金刚石电极；阴极为铂电极、不锈钢电极、钛电极、铅电极或哈氏合金电极，隔膜为微孔隔膜、多孔陶瓷隔膜、多孔玻璃隔膜或阳离子交换膜。
[0009]进一步地，步骤2）中的电解液中加入析氧抑制剂，析氧抑制剂的总浓度控制为0
‑
1.0 g/L。
[0010]进一步地，所述的硫酸钠的酸性溶液为硫酸钠和硫酸的混合溶液。
[0011]进一步地，析氧抑制剂由脲、硫氰酸钠、甲酰胺和聚磷酸铵中的其中两种混合而成，所添加的析氧抑制剂能够有效提高析氧高电位，但又不会对目标反应造成影响，从而使目标反应能够顺利进行，其中若选择掺硼金刚石电极作为阳极，则不需要继续添加析氧抑制剂，因为掺硼金刚石电极在酸性环境中的电化学窗口非常宽，氧气在掺硼金刚石上的析出电位已经比高硫酸根的反应电位高。
[0012]进一步地，阳极电解液中硫酸钠浓度为2.4
‑
2.8mol/L，硫酸浓度为2.2
‑
3.0mol/L；阴极电解液组成中阴极电解液组成中硫酸钠浓度为0.2
‑
0.8mol/L，硫酸浓度为2.0
‑
3.0mol/L。
[0013]进一步地，步骤2）中的温控电解的温度控制在30
‑
40℃，电解的电流密度控制在300
‑
1000mA/cm2，当温度较低时，硫酸钠的在溶液中容易结晶析出，而在这个温度范围内，硫酸钠能够保持较高的溶解度，且在电解过程中高硫酸钠不会因电解温度过高而大量水解。
[0014]进一步地，低温环境中分离出多余的硫酸钠的温度控制在4
‑
6℃，真空浓缩的过程是启动搅拌，升温至35
‑
45℃，调节真空度，使溶液处于沸腾状态进行浓缩，浓缩时间为60
‑
90min；冷却结晶的过程为阶段式降温。
[0015]进一步地，阶段式降温分为两个阶段，第一阶段：搅拌速度为200
‑
400r/min，结晶液以0.3
‑
0.5k/min的降温速度降温4
‑
5℃，降温完成后加入高硫酸钠晶种，养晶25
‑
35min；第二阶段：搅拌速度为50
‑
200r/min，结晶液以0.1
‑
0.4k/min的降温速度降温至10
‑
20℃，养晶60
‑
120min，在降温的第二阶段选择较慢的降温速率的目的是让高硫酸钠晶体的生长速率大于成核速率，在降温的阶段中，过大的搅拌速度会增大晶体成核的概率，导致高硫酸钠的介稳区宽度大幅减小，介稳区宽度较小并不利于高硫酸钠晶体的成长，因此采用阶段式降温。
[0016]进一步地，干燥采用烘干，干燥温度为40
‑
45℃，烘干时间为3
‑
8h。
[0017]本专利技术的有益效果在于：（1） 本专利技术采用直接电解合成高硫酸钠的方法，对工艺路线进行改进、优化，克服了传统生产高硫酸钠方法制备路线长的问题，能够有效降低生产能耗。
[0018]（2） 结晶的前处理中不会释放大量热量，高硫酸钠不会大量分解、损失，且结晶条件易于控制，生产过程中不会产生氨气副产物，达到绿色化学发展的要求。
[0019]（3） 电解液用水和结晶剩余溶液循环使用，资源利用率高。
附图说明
[0020]图1为本专利技术的流程框图；图2为本专利技术的电解装置的结构示意图；图3为本专利技术的实施例1制备得到的高硫酸钠晶体的XRD图。
[0021]图中：1
‑
阴极出气口；2
‑
阳极出气口；3
‑
阴极出料口；4
‑
阳极出料口；5
‑
阴极进料口；6
‑
阳极进料口；7
‑
隔膜；8
‑
阴极安装口；9
‑
阳极安装口；10
‑
阴极槽；11
‑
阳极槽。
具体实施方式
[0022]下面结合说明书附图和实施例对本专利技术做进一步地说明，但本专利技术的保护范围并不仅限于此。
[0023]如图1所示，一种高硫酸钠的电解合成方法，包括装置安装、电解液配置、稳流电解、冷却分离本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高硫酸钠的电解合成方法，其特征在于，包括如下步骤：1）安装电解装置，配置不同浓度的硫酸钠的酸性溶液分别作为阴极电解液和阳极电解液；2）电解液通过高速式蠕动泵进行循环，温控电解；3）电解完成后，低温环境中分离出多余的硫酸钠，分离完成后进行真空浓缩，冷却结晶，离心分离干燥后得到高硫酸钠产品。2.如权利要求1所述的一种高硫酸钠的电解合成方法，其特征在于，所述的电解装置为箱式电解槽，包括隔膜，阳极为铂电极、钽基镀铂电极或掺硼金刚石电极；阴极为铂电极、不锈钢电极、钛电极、铅电极或哈氏合金电极，隔膜（7）为微孔隔膜、多孔陶瓷隔膜、多孔玻璃隔膜或阳离子交换膜。3.如权利要求2所述的一种高硫酸钠的电解合成方法，其特征在于，步骤2）中的电解液中加入析氧抑制剂，析氧抑制剂的总浓度控制为0
‑
1.0 g/L。4.如权利要求1所述的一种高硫酸钠的电解合成方法，其特征在于，所述的硫酸钠的酸性溶液为硫酸钠和硫酸的混合溶液。5.如权利要求1所述的一种高硫酸钠的电解合成方法，其特征在于，析氧抑制剂由脲、硫氰酸钠、甲酰胺和聚磷酸铵中的其中两种混合而成。6.如权利要求4所述的一种高硫酸钠的电解合成方法，其特征在于，阳极电解液中硫酸钠浓度为2.4
‑
2.8mol/L，硫酸浓度为2.2
‑
3.0mol/L；阴极电解液组成中阴极电解液组成中硫酸钠浓度为0.2
‑
0.8mol/L，硫酸浓度为2.0
‑
3.0mol/L。7...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛信表，钱超杰，俞霜婷，陈赵扬，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：