CN103877957B - 蒽醌法制备过氧化氢用再生剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种蒽醌法制备过氧化氢用的再生剂及其制备方法，原料为氧化铝粉和田菁粉，其制备方法包括以下步骤：将氧化铝粉末与田菁粉混合后，加入稀硝酸溶液，混合均匀，制成条状；在室温下阴干后，于600~900？k温度下焙烧3~5？h得到条状载体；将氢氧化钠溶液浸渍在条状载体上，干燥后，即得。本发明的再生剂具有优良的性能，各项指标都达到或超过了原有活性再生剂，制备工艺简单科学合理，可满足工业要求。
Description
技术领域
本发明涉及过氧化氢工业再生剂的生产技术，尤其涉及一种蒽醌法制备过氧化氢用再生剂及其制备方法。
背景技术
过氧化氢，其水溶液俗称双氧水，是一种强氧化剂，可应用于漂白剂、发色剂、无机或有机过氧化物的原料、氧化剂、杀菌剂、消毒剂、防腐剂、电镀液、火箭动力燃料等领域。制备过氧化氢的工业生产方法主要是蒽醌法，其工艺为烷基蒽醌与有机溶剂配制成工作溶液，在压力为0.30MPa，温度328－338K、有催化剂存在的条件下，通入氢气将烷基蒽醌氢化为烷基氢蒽醌，再在313－317K下与空气（或氧气）进行逆流氧化为相应的烷基蒽醌，生成过氧化氢，经萃取、再生、精制与浓缩制得质量分数为20%-30%的过氧化氢水溶液产品。
烷基蒽醌在上述氢化和氧化进程中会生成一些副产物，这些失去生产能力的副产物统称为降解物。降解物的存在不但会降低烷基蒽醌的浓度，而且还会影响过氧化氢产品质量，降低生产效率，严重阻碍了生产的正常运行。目前工业上一般使用大量的固体活性氧化铝球进行再生，但由于降解物和溶剂组分聚合物的结晶沉淀，导致该再生剂的再生效率及稳定性较差，使用寿命短很短，一般只有50天左右。一个5万t的过氧化氢企业每年需消耗活性氧化铝球2000~2500t，这给生产企业造成巨大的财政负担和产品安全隐患，而且废弃的氧化铝球中吸附了大量的重芳烃及蒽酚酮等降解物，会对环境造成极大的污染。因此如何回收利用工厂废弃的氧化铝球具有十分重要的意义。
现有技术一般只是对工厂失活的氧化铝球进行清洗，增加碱量后焙烧，但以此方法回收利用的氧化铝再生剂活性降低、粉尘及磨耗率增多。中国专利CN101376100A提出活性氧化铝再生处理方法：将过氧化氢生产中工作液再生床中卸出的失效氧化铝与燃烧惰性的氧化铝一起从上部进入塔式反应器，依靠重力向下移动，含氧气体从塔式反应器的下部分进入反应器，向上运动，反应后的再生氧化铝与燃烧惰性的氧化铝，从反应器的底部出料装置排除，反应后的尾气排放口排出反应器；反应温度为633~1073K，固体物料在反应器中的停留时间为3~15小时。但该方法操作工艺条件比较难控制。
并且，虽然现有技术中氧化铝球再生剂的应用已经非常普及，不过寻找一种综合性能更高的再生剂，也是非常具有现实意义的事情。
发明内容
本发明提供了一种蒽醌法制备过氧化氢用再生剂及其制备方法，该再生剂具有优良的性能，其性能超出原氧化铝再生剂，可有效利用到过氧化氢的生产工业中，其制备方法工艺简单，能够不断的反复再生，降低了生产成本，同时更为环保。
本发明所述的蒽醌法制备过氧化氢用再生剂，是由以下重量份的原料制备而成的：氧化铝粉70~100，田菁粉1~30。
优选地，所述的蒽醌法制备过氧化氢用再生剂，是由以下重量份的原料制备而成的：氧化铝粉70~100，田菁粉5~30。
所述的氧化铝粉可以为过氧化氢制备过程中失活的氧化铝球研磨而制成的粉末。
所述的氧化铝球研磨而成的粉末目数的范围是50~2000目。
所述的由失活氧化铝球研磨制备氧化铝粉的过程还包括：将失活的氧化铝球研磨成粉末，然后去除吸附在氧化铝粉末上的蒽醌工作液，于350~400K干燥3~5h后，即得。
所述的去除吸附在氧化铝粉末上的蒽醌工作液步骤包括以下步骤：
将氧化铝粉末充分浸泡在体积百分比为5~100%的乙醇溶液中0.5h以上，然后将乙醇溶液加热至300~350K，搅拌2h以上，滤取氧化铝粉末，即得。
所述的蒽醌法制备过氧化氢用再生剂，其制备方法包括以下步骤：
A、将氧化铝粉末与田菁粉混合后，加入相当于氧化铝粉末与田菁粉混合物总重量的1~10%的硝酸溶液、冰醋酸或柠檬酸水溶液，硝酸溶液、冰醋酸或柠檬酸水溶液的体积百分比浓度为1~65%，混合均匀，制成条状；
B、在室温下阴干后，于600~900K温度下焙烧3~5h得到条状载体；
C、将相当于条状载体总重量1~60%的氢氧化钠固体溶解于水中制备浓度为0.1~5mol/L的氢氧化钠溶液，将条状载体浸渍在该氢氧化钠溶液中，取出，干燥后，即得。
所述的步骤C中，干燥是指在350~450K温度下干燥2-6h。
所述的将条状载体经该氢氧化钠溶液浸渍，只要使得条状载体浸上氢氧化钠溶液即可。
所述的氧化铝粉是由过氧化氢制备中失活的氧化铝球制备得到的，其制备方法包括以下步骤：
将失活的氧化铝球研磨成粉末，然后去除吸附在氧化铝粉末上的蒽醌工作液，于350~400K干燥3~5h后，即得。
所述的去除吸附在氧化铝粉末上的蒽醌工作液的过程包括以下步骤：
将氧化铝粉末充分浸泡在体积百分比为5~100%的乙醇溶液中0.5h以上，然后将乙醇溶液加热至300~350K，搅拌2h以上，滤取氧化铝粉末，即得。
经试验验证，本发明所提供的蒽醌法制备过氧化氢用再生剂各项物理性能与现阶段工业上使用的活性氧化铝球相差不大，在抗压碎强度、吸水率、磨耗率及粉尘等物理性能上优于现有技术的活性氧化铝球。
本发明的再生剂具有优良的理化性能，各项指标都达到或超过了原有活性再生剂，能在蒽醌工作液中长时间保持孔道结构的稳定，抗压碎强度变化较低，有利于提高再生剂活性及降低再生剂的磨耗率，可满足工业要求，有效地降低了生产成本；且该制备方法合理科学，生产条件易于控制，工艺步骤简易，适于大规模生产，并且该方法能够反复的用来再生活性再生剂，大为降低了成本，减轻了环保压力，具有良好的社会效益和经济效益。
附图说明
图1实施例6的再生剂抗压碎强度变化图；
图2实施例6的再生剂再生活性图。
具体实施方式
实施例1
氧化铝粉950g田菁粉50g
（1）去氧化铝粉末与田菁粉混合后，加入50g的体积百分比浓度为10%的硝酸水溶液，混合均匀，制成条状；
（2）在室温下阴干后，于600K温度下焙烧3h得到条状载体；
（3）将条状载体浸渍在1L的0.8mol/L氢氧化钠溶液中1分钟，取出，在350K下干燥3h后，即得。
实施例2
氧化铝粉800g田菁粉200g
（1）取氧化铝粉末与田菁粉混合后，加入100g的体积百分比浓度为20%的硝酸水溶液，混合均匀，制成条状；
（2）在室温下阴干后，于700K温度下焙烧3.5h得到条状载体；
（3）将800ml的2mol/L氢氧化钠溶液浸渍在条状载体上，370K下干燥3.5h后，即得。
实施例3
氧化铝粉900g田菁粉100g
（1）取氧化铝粉末与田菁粉混合后，加入80g的体积百分比浓度为40%的冰醋酸水溶液，混合均匀，制成条状；
（2）在室温下阴干后，于780K温度下焙烧4h得到条状载体；
（3）将条状载体浸渍在600ml的3mol/L氢氧化钠溶液中10秒，取出，在380K下干燥4h后，即得。
实施例4
氧化铝粉850g田菁粉250g
（1）将氧化铝球研磨成粉末，然后去除吸附在氧化铝粉末上的蒽醌工作液：将氧化铝粉末充分浸泡在体积百分比为70%的乙醇溶液中0.6h，然后将乙醇溶液加热至340K，搅拌3h，滤取氧化铝粉末；
（2）于390K干燥5h，即得干燥粉末；
（3）将氧化铝粉末与田菁粉混合后，加入110g的体积百分比浓度为65%的硝酸水溶液，混合均匀，制成条状；
（4）在室温下阴干后，于850K温度下焙烧5h得到条状载体；
（5）将条状载体浸渍在700ml的4mol/L氢氧化钠溶液中5分钟，取出，在390K下干燥5h后，即得。
实施例5
氧化铝粉1000g田菁粉300g
（1）将氧化铝球研磨成粉末，然后去除吸附在氧化铝粉末上的蒽醌工作液：将氧化铝粉末充分浸泡在体积百分比为5%的乙醇溶液中1h，然后将乙醇溶液加热至313K，搅拌3h，滤取氧化铝粉末；
（2）于373K干燥4h，即得干燥粉末；
（3）将氧化铝粉末与田菁粉混合后，加入13g的体积百分比浓度为65%的柠檬酸水溶液，混合均匀，制成条状；
（4）在室温下阴干后，于773K温度下焙烧3h得到条状载体；
（5）将条状载体浸渍在1.2L的1.8mol/L氢氧化钠溶液中3分钟，取出，在393K下干燥3h后，即得。
实施例6
氧化铝粉700g田菁粉10g
（1）将氧化铝球研磨成粉末，然后去除吸附在氧化铝粉末上的蒽醌工作液：将氧化铝粉末充分浸泡在体积百分比为15%的乙醇溶液中4h，然后将乙醇溶液加热至341K，搅拌4h，滤取氧化铝粉末；
（2）于379K干燥4h，即得干燥粉末；
（3）将氧化铝粉末与田菁粉混合后，加入14g的体积百分比浓度为17%的柠檬酸水溶液，混合均匀，制成条状；
（4）在室温下阴干后，于900K温度下焙烧3h得到条状载体；
（5）将条状载体浸渍在2L的1mol/L氢氧化钠溶液中40秒，取出，在393K下干燥3h后，即得。
实施例7
氧化铝粉1000g田菁粉200g
（1）将氧化铝球研磨成粉末，然后去除吸附在氧化铝粉末上的蒽醌工作液：将氧化铝粉末充分浸泡在体积百分比为30%的乙醇溶液中浸泡5h，然后将乙醇溶液加热至320K，搅拌3h，滤取氧化铝粉末；
（2）于360K干燥4h，即得干燥粉末；
（3）将氧化铝粉末与田菁粉混合后，加入60g的体积百分比浓度为15%的冰醋酸水溶液，混合均匀，制成条状；
（4）在室温下阴干后，于730K温度下焙烧3h得到条状载体；
（5）将条状载体浸渍在1L的1mol/L氢氧化钠溶液中10分钟，取出，在393K下干燥3h后，即得。
实施例8
氧化铝粉800g田菁粉80g
（1）将氧化铝球研磨成粉末，然后去除吸附在氧化铝粉末上的蒽醌工作液：将氧化铝粉末充分浸泡在体积百分比为55%的乙醇溶液中2h，然后将乙醇溶液加热至325K，搅拌3h，滤取氧化铝粉末；
（2）于420K干燥4h，即得干燥粉末；
（3）将氧化铝粉末与田菁粉混合后，加入80g的体积百分比浓度为25%的硝酸溶液，混合均匀，制成条状；
（4）在室温下阴干后，于820K温度下焙烧3h得到条状载体；
（5）将条状载体浸渍在500ml的1mol/L氢氧化钠溶液中20分钟，取出，在393K下干燥3h后，即得。
实施例9
实施例1-8中的氧化铝粉末均可以用失活的氧化铝球研磨成粉末后处理制成，也可以直接采用氧化铝粉末制成。
实施例10
将实施例5所得到的再生剂与活性氧化铝球进行对比试验分析，具体过程如下：
1实验过程
1.1实验原料
氢氧化钠：分析纯，国药集团化学有限公司；硝酸：分析纯，国药集团化学有限公司；田菁粉：工业品，河南省高丝宝商贸公司；蒽醌工作液：工业品，降解物浓度约20g/L，广西柳州化学工业集团有限公司；活性氧化铝球，工业品，广西柳州化学工业集团有限公司；实施例5制备的再生剂，自制。
1.2再生剂孔道结构变化分析及活性评价过程
再生剂孔道结构变化分析实验是在一个夹层玻璃塔中进行，塔内径为30mm，通过恒温水浴使塔内保持313K恒定温度，加入20g再生剂与100ml蒽醌工作液混合后，从塔底持续通入氮气，在不同反应时间各取2g再生剂由美国Micromeritics公司TriStarII3020型比表面-孔径分布测定仪测定，样品的孔道数据通过BJH法计算得到。
再生剂活性评价过程中的装置和外部条件与孔道结构变化分析实验相同，加入20g再生剂与100ml蒽醌工作液混合后不同反应时间取1ml工作液用ThermoFisherScientific公司的超高效液相色谱分析蒽醌工作液成分变化。
2结果与讨论
2.1再生剂物理性能检测
再生剂的物理性能检测包括晶型、外观、堆密度、抗压碎强度、吸水率、磨耗率、粉尘、碱量等指标的检测，具体检测结果如表1所示：
表1再生剂的物理性能检测
由表1可知，实施例5再生剂的各项物理性能都与现阶段工业上使用的活性氧化铝球相差不大，在抗压碎强度、吸水率、磨耗率及粉尘等物理性能检测上更是优于活性氧化铝球。
2.2再生剂孔道结构变化分析
将20g活性氧化铝球与实施例5再生剂分别置于再生剂评价装置中，313K恒温下加入工作液，通入氮气，每15天取再生剂样品进行孔道结构分析，其孔结构参数列于表2。
表2样品的孔结构参数
由表2可知，0天未与工作液反应的实施例5再生剂相比于球形活性氧化铝具有更大的比表面积、孔容和平均孔径，更利于解决工作液组分在催化剂孔道内扩散阻力大、杂质易沉积而导致的催化剂活性下降或失活等问题。随着反应时间的增长，两种再生剂的比表面积、孔容和平均孔径都在逐步下降，这是由于降解物及有机溶剂聚合结晶在活性氧化铝球表面，导致活性氧化铝比表面积、孔容和平均孔径下降。其中活性氧化铝球的孔道数据下降得尤为明显，比表面积与孔容都有较大幅度的下降，这主要是活性氧化铝球长时间在蒽醌工作液中浸泡后内部大量孔道坍塌造成的，而再生剂孔道数据略有下降，但下降幅度不大，在蒽醌工作液中表现出较强的稳定性。
2.3再生剂抗压碎强度变化分析
将20g活性氧化铝球与实施例5再生剂分别置于评价装置中，313K恒温下加入工作液，通入氮气每10天取再生剂样品进行抗压碎强度分析，其抗压碎强度如图1所示。
由附图1可知，两种再生剂的抗压碎强度都随时间的增长而逐步下降，这是因为再生剂长时间在蒽醌工作液中浸泡后内部孔道坍塌造成的。其中活性氧化铝球下降量较高，80天后抗压碎强度仅为74.8N，且掉粉严重，反应器底部有较多沉淀，而再生剂下降量较低，80天后抗压碎强度为124.9N，掉粉率不高，反应器底部只有较少沉淀。这说明实施例5再生剂在蒽醌工作液中内部只有较少孔道坍塌，从而能长时间保持较高抗压碎强度。
2.4再生剂再生活性分析
将20g活性氧化铝球与实施例5再生剂分别置于再生剂评价装置中，313K恒温下加入100ml工作液，通入氮气每6h取各取1ml工作液分析蒽醌工作液成分变化，其再生活性如图2所示。
由附图2可知，有效蒽醌的总量随时时间的增长而增加，但实施例5再生剂的再生活性更佳，48h有效蒽醌的增长量为5.93g/L，而商业使用的活性氧化铝球48h有效蒽醌的增长量仅为3.67g/L。
结果表明回收利用的条形再生剂具有优良的理化性能，各项指标都达到或超过了原有活性氧化铝，可满足工业要求。且在研究中发现，工厂活性氧化铝球失效的原因是不仅是降解物及有机溶剂聚合结晶在活性氧化铝球表面，覆盖再生剂活性中心，再生剂内部大量孔道的坍塌也是再生剂失效的主要原因。而实施例5再生剂能在蒽醌工作液中长时间保持孔道结构的稳定，抗压碎强度变化较低，有利于提高再生剂活性及降低再生剂的磨耗率。结果表明，本发明的再生剂性能优良，可重复利用于过氧化氢的大规模生产。
Claims (7)
1.一种蒽醌法制备过氧化氢用再生剂，其特征在于是由以下重量份的原料和方法制备而成的：
氧化铝粉70～100，田菁粉1～30；
其制备方法包括以下步骤：
A、将氧化铝粉末与田菁粉混合后，加入相当于氧化铝粉末与田菁粉混合物总重量的1～10％的硝酸溶液、冰醋酸或柠檬酸水溶液，硝酸溶液、冰醋酸或柠檬酸水溶液的体积百分比浓度为1～65％，混合均匀，制成条状；
B、在室温下阴干后，于600～900K温度下焙烧3～5h得到条状载体；
C、将相当于条状载体总重量1～60％的氢氧化钠固体溶解于水中制备浓度为0.1～5mol/L的氢氧化钠溶液，将条状载体浸渍在该氢氧化钠溶液中，取出，干燥后，即得。
2.如权利要求1所述的蒽醌法制备过氧化氢用再生剂，其特征在于是由以下重量份的原料制备而成的：氧化铝粉70～100，田菁粉5～30。
3.如权利要求1所述的蒽醌法制备过氧化氢用再生剂，其特征在于：所述的氧化铝粉为过氧化氢制备过程中失活的氧化铝球研磨而制成的粉末。
4.如权利要求3所述的蒽醌法制备过氧化氢用再生剂，其特征在于：所述的氧化铝球研磨而成的粉末目数的范围是50～2000目。
5.如权利要求3所述的蒽醌法制备过氧化氢用再生剂，其特征在于：所述的由失活氧化铝球研磨制备氧化铝粉的过程还包括：将失活的氧化铝球研磨成粉末，然后去除吸附在氧化铝粉末上的蒽醌工作液，于350～400K干燥3～5h后，即得。
6.如权利要求5所述的蒽醌法制备过氧化氢用再生剂，其特征在于，所述的去除吸附在氧化铝粉末上的蒽醌工作液步骤包括以下步骤：将氧化铝粉末充分浸泡在体积百分比为5～100％的乙醇溶液中0.5h以上，然后将乙醇溶液加热至300～350K，搅拌2h以上，滤取氧化铝粉末，即得。
7.如权利要求1所述的蒽醌法制备过氧化氢用再生剂，其特征在于：所述的步骤C中，干燥是指在350～450K温度下干燥2-6h。
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