CN102976286B - 一种在常温弱碱性条件下制备强还原性二氧化硫脲溶液的方法 - Google Patents
一种在常温弱碱性条件下制备强还原性二氧化硫脲溶液的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开一种在常温弱碱性条件下制备强还原性二氧化硫脲溶液的方法，先配制一定浓度的二氧化硫脲溶液，再分别加入一定量的碘代烷、胺类和腐植酸钠，后搅拌并将混合溶液置于超声波振荡器中催化反应一定时间，即得到在常温、弱碱性条件下还原电位达到-800mV～-1000mV的二氧化硫脲溶液，比未活化的二氧化硫脲溶液的还原电位高出300～700mV，达到了其在加热和强碱性条件下的还原电位值。可以摆脱目前二氧化硫脲需在加热和强碱性条件下才能获得强还原性的限制，极大的扩大二氧化硫脲的应用范围，降低其应用成本，因此具有广阔的市场空间。
Description
技术领域
本发明属于精细化工技术领域，具体为一种在常温弱碱性条件下制备强还原性二氧化硫脲溶液的方法。
背景技术
二氧化硫脲(简称TD，分子式：CH4N2O2S)系硫脲含氧衍生物，由于硫原子的成键特点而具较大的反应活性，存在着以下两种同分异构体。
其在酸性及常温下呈<TD>型存在，此时性质稳定，不易分解，还原电位低，但在强碱性（pH≥10）及加热（＞70℃）情况下，二氧化硫脲被转化为结构性质活泼的异构体甲脒亚磺酸（FAS），并分解生成次硫酸，反应方程式如下：
反应后次硫酸的还原电位高达-800～-1000mV，最高可达-1230mV，远高于传统还原剂连二亚硫酸钠（一般只有-500～-600mV）。由于二氧化硫脲性质稳定，低毒无味(LD50≥500g)，使用安全，是一种优良的还原性漂剂。此外，二氧化硫脲漂白的副产物为尿素和硫酸盐，漂白废水无污染，因而在国外已广泛应用于纺织印染、造纸工业以及有机合成等领域。
但是由于二氧化硫脲必须在较强碱性（pH≥10）并且加热（50-80℃）时才能分解出还原性的次硫酸，致使二氧化硫脲在工业生产中的应用受到限制。怎样促进二氧化硫脲在温和条件下实现强还原性能成为一个棘手的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在常温弱碱性条件下制备强还原性二氧化硫脲溶液的方法。
本发明通过以下技术方案予以实现：一种在常温弱碱性条件下制备强还原性二氧化硫脲溶液的方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步：先将二氧化硫脲加入水中配制二氧化硫脲溶液；
第二步：将碘代烷、胺类、腐植酸钠加入到第一步配制的二氧化硫脲溶液中；
第三步：将第二步的混合溶液经搅拌后，置于超声波振荡器中进行催化反应后，获得强还原性的二氧化硫脲溶液。
所述第一步配制的二氧化硫脲溶液的质量百分比浓度为3～10%。
所述第二步中的碘代烷为CH3I或CH2I2。
所述第二步中的胺类为氨水、甲胺或乙二胺。
所述第三步中的超声波振荡器输出功率为200～1000W，频率为20～40kHz。
所述第二步中的碘代烷添加量为二氧化硫脲质量的0.1～2%。
上述第二步中的胺类的添加量为二氧化硫脲质量的0.2～3%。
上述第二步中的腐植酸钠的添加量为二氧化硫脲质量的0.1～1%。
上述第三步中的催化反应时间为5～15min。
上述第三步获得的二氧化硫脲溶液在常温弱碱性条件下的还原电位达到-800mV～-1000mV。
本发明的反应原理为：在二氧化硫脲溶液中添加碘代烷、胺类和腐植酸钠，其中碘代烷和胺类为强亲核试剂，亲核试剂中心原子带有负电荷的活性基团与二氧化硫脲分子中C—S键相互作用，致使二氧化硫脲分子的电荷分布极化变形，引起了C—S键中电荷会聚，电子云密度提高，动态的电子效应致使C—S键强度被削弱，加速了C—S键断裂和二氧化硫脲的分解，提高了反应速率，即抑制了中间体生成，快速地转化成产物——次硫酸；腐植酸钠包含的复杂腐植酸根离子，对亲核活化反应具有催化作用；最后用超声波进一步催化反应，超声波引起的“声空化泡”会引发许多力学、热学、化学效应。包括超声辐射频率、声功率和超声强度这些条件直接影响到化学反应的速率和产率。声空化泡崩溃时，在极短时间和空化泡的极小空间内，产生5000K以上的高温和大约5.05×108Pa的高压，温度变化率高达1010K/s，这些局部热效应将巨大的能量传递给二氧化硫脲分子，会起到与加热相似甚至更强的活化作用，极大提高次硫酸的生成速率。
本发明创新的通过向二氧化硫脲溶液中添加碘代烷、胺类、腐植酸钠和超声波催化反应获得强还原性的二氧化硫脲溶液，该方法可以摆脱目前二氧化硫脲需在加热和强碱性条件下才能获得强还原性的限制，极大的扩大二氧化硫脲的应用范围，降低其应用成本，因此具有广阔的市场前景。
具体实施方式
实施例1：
配制浓度为3%的二氧化硫脲水溶液，采用国家行业标准SL 94—1994测定其常温条件下的还原电位为-429mV，用NaOH溶液调pH值为10，并加热至60℃，测得还原电位为-854mV。
常温条件下配制浓度为3%的二氧化硫脲水溶液，分别加入碘甲烷，添加量为二氧化硫脲质量的0.2%；氨水，添加量为二氧化硫脲质量的0.4%；腐植酸钠，添加量为二氧化硫脲质量的0.1%，并搅拌均匀，测定其温度为16℃，pH值为7.5。将混合溶液置于超声波振荡器中催化反应，超声波振荡器输出功率为200W，频率为20kHz，催化反应时间为5min，测得溶液的还原电位为-847mV，接近pH值为10并加热至60℃时的还原电位。
实施例2：
配制浓度为5%的二氧化硫脲水溶液，测定其常温条件下的还原电位为-456mV，用NaOH溶液调pH值为11，并加热至70℃，测得还原电位为-886mV。
常温条件下配制浓度为5%的二氧化硫脲水溶液，分别加入二碘甲烷，添加量为二氧化硫脲质量的0.6%；甲胺，添加量为二氧化硫脲质量的1.5%；腐植酸钠，添加量为二氧化硫脲质量的0.3%，并搅拌均匀，测定其温度为19℃，pH值为8.0。将混合溶液置于超声波振荡器中催化反应，超声波振荡器输出功率为600W，频率为20kHz，催化反应时间为5min，测得溶液的还原电位为-897mV，超过了pH值为11并加热至70℃时的还原电位。
实施例3：
配制浓度为8%的二氧化硫脲水溶液，测定其常温条件下的还原电位为-478mV，用NaOH溶液调pH值为12，并加热至80℃，测得还原电位为-904mV。
配制浓度为8%的二氧化硫脲水溶液，分别加入二碘甲烷，添加量为二氧化硫脲质量的1.4%；乙二胺，添加量为二氧化硫脲质量的2.4%；腐植酸钠，添加量为二氧化硫脲质量的0.7%，并搅拌均匀，测定其温度为20℃，pH值为8.0。将混合溶液置于超声波振荡器中催化反应，超声波振荡器输出功率为1000W，频率为30kHz，催化反应时间为10min，测得溶液的还原电位为-918mV，超过了pH值为12并加热至80℃时的还原电位。
Claims (4)
1.一种在常温弱碱性条件下制备强还原性二氧化硫脲溶液的方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步：先将二氧化硫脲加入水中配制二氧化硫脲溶液；
第二步：将碘代烷、胺类、腐植酸钠加入到第一步配制的二氧化硫脲溶液中；
第三步：将第二步的混合溶液经搅拌后，置于超声波振荡器中进行催化反应后，
获得强还原性的二氧化硫脲溶液；
所述第一步配制的二氧化硫脲溶液的质量百分比浓度为3～10%；
所述第二步中的碘代烷为CH3I或CH2I2；
所述第二步中的胺类为氨水、甲胺或乙二胺；
所述第二步中的碘代烷添加量为二氧化硫脲质量的0.1～2%；
所述第二步中的胺类的添加量为二氧化硫脲质量的0.2～3%；
所述第二步中的腐植酸钠的添加量为二氧化硫脲质量的0.1～1%。
2.根据权利要求1所述的制备强还原性二氧化硫脲溶液的方法，其特征在于：所述第三步中的超声波振荡器输出功率为200～1000W，频率为20～40KHz。
3.根据权利要求1-2任一所述的制备强还原性二氧化硫脲溶液的方法，其特征在于：所述第三步中的催化反应时间为5～15min。
4.根据权利要求1-2任一所述的制备强还原性二氧化硫脲溶液的方法，其特征在于：所述第三步获得的二氧化硫脲溶液在常温弱碱性条件下的还原电位达到-800mV～-1000mV。
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