一种高纯度过硫酸钾的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种高纯度过硫酸钾的制备方法，工业过硫酸钾在化工、轻工、电子、石油及食品工业等领域有着广泛的用途。电解法生产过硫酸钾只需一步，即电解硫酸氢钾水溶液生成过硫酸钾，但该方法产率和纯度较低。本发明专利技术运用改性十二烷基苯磺酸钠作为阳极添加剂，减少阳极副反应发生，提高电流效率和过硫酸钾纯度；并运用乙酸钠和铬酸钾作为阴极添加剂，铬离子在阴极表层生成的氢氧化铬薄层有效抑制阴极副反应，电流效率提高；通过铬酸钾与改性十二烷基苯磺酸钠协同抑制过硫酸钾生产中的阴、阳极副反应，大幅降低了副反应对溶液温度和酸碱度的影响，使得过硫酸钾不会因温度和酸碱度的升高发生分解，有效提升了电流效率和过硫酸钾纯度。纯度。纯度。

【技术实现步骤摘要】
一种高纯度过硫酸钾的制备方法


[0001]本专利技术涉及过硫酸钾的制备领域，具体为用电解法制备过硫酸钾，特别涉及高纯度的过硫酸钾的制备。

技术介绍

[0002]过硫酸钾是一种白色结晶性粉末，溶于水、不溶于乙醇，具有强氧化性，常用作漂白剂、氧化剂，也可用作聚合反应引发剂，几乎不吸潮，常温下稳定性好，便于储存，具有方便和安全等优点。在碱性溶液中能使一些金属离子形成黑色氧化物沉淀，有强氧化性和助凝性，与有机物或还原物混合会发生爆炸。工业过硫酸钾在化工、轻工、电子、石油及食品工业等领域有着广泛的用途，主要用作油井压裂液的破胶剂；在合成树脂、合成橡胶工业中作为乳液聚合的引发剂，用于丁二烯苯乙烯橡胶的合成；在照相业中用作硫代硫酸钠的脱除剂；染料和印染工业中用作氧化剂；油脂工业中作漂白剂；此外还用于钢及合金的氧化溶液中及铜的蚀刻与粗化处理，溶液杂质的处理等。
[0003]目前，过硫酸钾制备主要是硫酸铵和硫酸配制成电解液除杂质后进行电解。硫酸在阳极放电而生成过二硫酸，再与硫酸铵反应生成过硫酸铵，然后加入硫酸钾进行复分解反应，经冷却、分离、结晶、干燥，制得过硫酸钾成品。该法具有工序复杂，工艺比较陈旧，阳极上伴有大量无利用价值的氧气生成，阴极上存在过硫酸根还原成硫酸根的副反应，降低了电流效率和纯度。因此，想要制备出高纯度的过硫酸钾需要找到合适的方法精简制备工序。电解法生产过硫酸钾只有一步，即在低温下电解硫酸氢钾水溶液得到过硫酸钾晶体，但这种方法过硫酸钾纯度较低且硫酸氢钾制备需要加热，生产流程较为繁琐，需要优化电解步骤增加过硫酸钾纯度。

技术实现思路

[0004]针对以上问题，本专利技术运用MoS2‑
MoP催化剂降低硫酸氢钾的反应温度，简化反应步骤；运用改性十二烷基苯磺酸钠作为阳极添加剂，降低阳极析氧副反应(2H2O
→
O2+4H
+
+4e
‑
)，电流效率和过硫酸钾纯度提高；采用乙酸钠和铬酸钾作为阴极添加剂，铬酸钾在铂网上还原生成薄层氢氧化铬，抑制阴极副反应(S2O
82
‑
→
2SO
42
‑
‑
2e
‑
)，电流效率提高，乙酸钠则调节阴极酸碱度防止氢氧化铬薄层在硫酸中溶解；此外，铬酸钾与改性十二烷基苯磺酸钠协同抑制过硫酸钾生产中的阴、阳极副反应，大幅降低了副反应对溶液温度和酸碱度的影响，使得过硫酸钾不会因温度和酸碱度的升高发生分解，有效提升了电流效率和过硫酸钾纯度。具体的制备步骤如下：
[0005]S1、称量0.5～3mmol钼酸钠四水化合物和4～6mmol硫脲溶于反应容器中，体积不超过反应容器的1/3；超声处理30min以形成均匀的悬浮液，取悬浮液35ml转移到50mL聚四氟乙烯衬里的不锈钢水热釜中，并在220℃下水热24h；将得到的黑色沉淀用乙醇和去离子水于5000r/min离心洗涤3min，烘干后得到MoS2粉末；称取50～150mg MoS2粉末和50～100mg红磷混合、研磨，并在800℃、Ar/H2条件下碳化1小时后得到MoS2‑
MoP粉末催化剂；
[0006]S2、将3～7mol氯化钾和步骤S1制备的10～25mg MoS2‑
MoP催化剂溶于反应容器中，体积不超过反应容器的1/3，于200r/min转速搅拌至完全溶解后，缓慢滴加反应容器体积1/20的硫酸溶液，反应完成后(没有氯化氢白色气体出现后)冷却结晶，60℃烘干2h以除去残余盐酸气，得到硫酸氢钾产物；添加的MoS2‑
MoP催化剂存在S空位缺陷，氢氧根在其表面的吸附能大幅增强，从而使溶液中大多为游离的氢离子，而P的引入不仅起到促进H
‑
OH键的断裂，还会引起催化剂的界面效应导致S空位增加，从而使得溶液中游离的氢离子浓度提升，硫酸根与氢离子结合生成硫酸氢根，使得硫酸氢钾不需加热，在常温条件下可以生产；
[0007]S3、取质量浓度为0.15～0.25mg/ml的十二烷基苯溶于反应容器中，体积不超过反应容器的1/3，加入过量硫酸钠进行反应，得到十二烷基苯磺酸钠溶液；将质量浓度为0.10～0.30mg/ml的三乙醇胺分散在十二烷基苯磺酸钠溶液中，体积不超过反应容器的1/3，在30℃下搅拌8min，得到改性十二烷基苯磺酸钠溶液；改性的十二烷基苯磺酸钠通过减少副反应(2H2O
→
O2+4H
+
+4e
‑
)的发生，进而提高阳极的氧过电位，阻滞氧气的生成，提高电流效率和过硫酸钾纯度；
[0008]S4、在板状隔膜电解槽中进行电解，使用铂丝为阳极，0.50g/ml硫酸氢钾为阳极液，阳极添加剂为1.0～4.0mg/ml的步骤S3制备的改性十二烷基苯磺酸钠，体积不超过电解槽的2/3；使用铂网作为阴极，浓度为25％的硫酸作为阴极液，阴极添加剂为0.50～1.0g/ml乙酸钠和0.10～0.50mg/ml铬酸钾，体积与阳极液等同，电解温度为
‑
10～0℃，电解时间为60min，进行恒电压2.75～5.75V电解实验，反应结束后对电解液进行抽滤，收集过硫酸钾晶体，得到过硫酸钾粗产品；铬离子在阴极表层生成氢氧化铬薄层，可以有效抑制阴极副反应(S2O
82
‑
→
2SO
42
‑
‑
2e
‑
)，电流效率提高，乙酸钠则调节阴极酸碱度防止氢氧化铬薄层在硫酸中溶解；此外，铬酸钾与改性十二烷基苯磺酸钠协同抑制过硫酸钾生产中的阴、阳极副反应，大幅降低了副反应对溶液温度和酸碱度的影响，使得过硫酸钾不会因温度和酸碱度的升高发生分解，有效提升了电流效率和过硫酸钾纯度；
[0009]S5、在反应容器中加入去离子水，体积不超过反应容器的4/5，水浴升温到50℃后缓慢添加S4制备的过硫酸钾粗产品直至完全饱和，冷却至室温后在冷冻装置进行4℃重结晶，直至不析出晶体后倒掉上清液，用去离子水冲洗3遍，将重结晶晶体放入50℃烘箱烘干，得到一种高纯度的过硫酸钾。
[0010]优选地：所述步骤S1中称量0.8mmol钼酸钠四水化合物和5mmol硫脲。
[0011]优选地：所述步骤S1中称取100mg MoS2粉末和70mg红磷混合、研磨。
[0012]优选地：所述步骤S2中将5mol氯化钾和15mg MoS2‑
MoP催化剂溶于反应容器中。
[0013]优选地：所述步骤S3中取质量浓度为0.20mg/ml的十二烷基苯溶于反应容器中。
[0014]优选地：所述步骤S3中加入0.20mg/ml的三乙醇胺分散在十二烷基苯磺酸钠溶液中。
[0015]优选地：所述步骤S4中阳极添加剂为2.0mg/ml的改性十二烷基苯磺酸钠。
[0016]优选地：所述步骤S4中阴极添加剂为0.70g/ml乙酸钠和0.20mg/ml铬酸钾。
[0017]优选地：所述步骤S4中电解温度为
‑
10℃，电解恒本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高纯度过硫酸钾的制备方法，其特征在于：具体步骤操作如下：S1、称量0.5～3mmol钼酸钠四水化合物和4～6mmol硫脲溶于反应容器中，体积不超过反应容器的1/3；超声处理30min以形成均匀的悬浮液，取悬浮液35ml转移到50mL聚四氟乙烯衬里的不锈钢水热釜中，并在220℃下水热24h；将得到的黑色沉淀用乙醇和去离子水于5000r/min离心洗涤3min，烘干后得到MoS2粉末；称取50～150mg MoS2粉末和50～100mg红磷混合、研磨，并在800℃、Ar/H2条件下碳化1小时后得到MoS2‑
MoP粉末催化剂；S2、将3～7mol氯化钾和步骤S1制备的10～25mg MoS2‑
MoP催化剂溶于反应容器中，体积不超过反应容器的1/3，于200r/min转速搅拌至完全溶解后，缓慢滴加反应容器体积1/20的硫酸溶液，反应完成后，没有氯化氢白色气体出现后，冷却结晶，60℃烘干2h以除去残余盐酸气，得到硫酸氢钾产物；S3、取质量浓度为0.15～0.25mg/ml的十二烷基苯溶于反应容器中，体积不超过反应容器的1/3，加入过量硫酸钠进行反应，得到十二烷基苯磺酸钠溶液；将质量浓度为0.10～0.30mg/ml的三乙醇胺分散在十二烷基苯磺酸钠溶液中，体积不超过反应容器的1/3，在30℃下搅拌8min，得到改性十二烷基苯磺酸钠溶液；S4、在板状隔膜电解槽中进行电解，使用铂丝为阳极，0.50g/ml硫酸氢钾为阳极液，阳极添加剂为1.0～4.0mg/ml的步骤S3制备的改性十二烷基苯磺酸钠，体积不超过电解槽的2/3；使用铂网作为阴极，浓度为25％的硫酸作为阴极液，阴极添加剂为0.50～1.0g/ml乙酸钠和0.10～0.50mg/ml铬酸钾，体积与阳极液等同，电解温度为
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10～0℃，电...

【专利技术属性】
技术研发人员：王深琳，程英铅，
申请(专利权)人：亚泰电化有限公司，
类型：发明
国别省市：