CN109730086A

CN109730086A - 一种单过硫酸氢钾复合盐的制备方法及在水处理中杀菌的应用

Info

Publication number: CN109730086A
Application number: CN201910152831.3A
Authority: CN
Inventors: 田科; 刘林; 邓霖; 熊清秋; 陈圆圆; 刘铭仁
Original assignee: Xiangtan University
Current assignee: Xiangtan University
Priority date: 2019-02-28
Filing date: 2019-02-28
Publication date: 2019-05-10

Abstract

本发明提供一种单过硫酸氢钾消毒剂的制备方法及在水处理中杀菌的应用。制备方法的步骤为：首先将质量分数30%的双氧水与98%的硫酸合成单过硫酸，再向其分批加入碳酸钾制得单过硫酸氢钾复合盐。本发明所得单过硫酸氢钾复合盐产品性能非常好，活性氧含量为3.2‑3.4％，月平均活性氧损失率0.4％以下，水分含量小于0.08%，所得产品具有广泛杀死微生物的作用，并具有稳定、高效、安全的特点，能够环保的解决水处理中消毒净化问题。

Description

一种单过硫酸氢钾复合盐的制备方法及在水处理中杀菌的应用

技术领域

本发明涉及复合盐的制备，特别涉及一种单过硫酸氢钾复合盐的制备方法及在水处理中杀菌的应用。

背景技术

随着对水环境质量要求的日益提高，国家有关政策对水处理消毒剂提出了更高的要求，其中对于水处理中余氯的控制更为重视。目前常规消毒剂中氯化消毒存在微生物去除不彻底和泄露风险等问题；二氧化氯消毒对生物存在一定潜在毒性且不稳定，成本较高；而臭氧消毒和紫外线消毒持续性不强，生产成本过高。

本发明本着“安全、清洁、健康”的方针，致力于对新型水处理消毒剂的制备技术进行研究和改进，寻找最佳原料配比，优化工艺，做到“清洁生产、清洁工艺”。同时提高产品稳定性和活性氧含量，降低成本，并以最大程度控制消毒副产物的生成，降低安全风险。故选取了单过硫酸氢钾复合盐这种广泛的消毒杀菌剂，目前制备单过硫酸氢钾复合盐的方法都存在反应剧烈、副产物较多、反应条件要求严格等问题。

发明内容

本发明旨在提供单过硫酸氢钾复合盐的制备方法及在水处理中杀菌的应用，从而获得一种稳定、高效、安全、环保的水处理消毒剂单过硫酸氢钾复合盐。

本发明的技术方案为：

一种单过硫酸氢钾复合盐的制备方法，包括如下步骤：

（1）将双氧水加入三口烧瓶，放入冰盐浴中，加入双氧水稳定剂，在不断搅拌的条件下缓慢滴加浓硫酸，反应温度控制在0~10℃，滴加完毕后静置40~80 min；

（2）称取碳酸钾固体颗粒分批加入步骤（1）的三口烧瓶中，反应温度控制在5~10℃，持续搅拌，反应50~90 min；

（3）将步骤（2）所得反应液置于-10 ~ -1℃环境下结晶10~14h，然后迅速过滤，将滤饼进行粉碎、干燥，即得产品单过硫酸氢钾复合盐。

进一步地，双氧水、浓硫酸和碳酸钾的摩尔比为0.5～0.7：1.0：0.5～0.9，更优选为0.5～0.7：1.0：0.6～0.7。

进一步地，步骤（1）中，双氧水稳定剂为羟基乙叉二膦酸即HEDP。

进一步地，步骤（1）中，双氧水的重量浓度优选为30％。

进一步地，步骤（1）中，浓硫酸的重量浓度优选为98％。

进一步地，步骤（1）中，浓硫酸的滴加时间为30～120min，可以控制双氧水和浓硫酸的反应程度，避免反应过程发出大量的热，形成局部温度过高而造成的双氧水和过一硫酸的分解。

进一步地，步骤（2）中，碳酸钾的添加时间为20～60min，控制碳酸钾的添加时间可以避免加料时由于局部钾离子浓度过高而导致的HSO₅ ^-分解，避免副反应的发生，确保KHSO₅这一主产物的生成。

进一步地，步骤（3）中，干燥在鼓风干燥箱内进行，干燥温度为50~70℃，干燥时间为5~20min。

上述制备方法得到的单过硫酸氢钾复合盐作为杀菌剂应用于水处理中进行杀菌。

本发明的有益效果在于：

（1）相比传统使用二氧化氯和臭氧作为消毒剂，稳定性差、易分解等缺点，单过硫酸氢钾复合粉作为一种新型消毒剂，具有较强的氧化能力和稳定性，制备条件要求较低，在水中可释放多种高能量、高活性的小分子自由基、新生态氧和活性氧自由基等，同时形成微量次氯酸，对多种致病微生物具有杀灭作用，且单过硫酸氢钾复合盐的制备成本低，便于大范围推广。

（2）本发明所得单过硫酸氢钾复合盐产品性能非常好，活性氧含量为3.2-3.4％，月平均活性氧损失率0.4％以下，水分含量小于0.08%。且单过硫酸氢钾复合盐制备工艺时间较短，为15~17小时，生产工艺简单，常压下即可完成反应，对设备无特殊要求，适合于大规模的工业化生产。

（3）本发明以双氧水、浓硫酸、碳酸氢钾等为主要原料，通过化学预氧化工艺合成单过硫酸氢钾，具有明显的优越性。与氯磺酸法制备单过硫酸氢钾对双氧水的浓度要求过高，反应温度过低，能耗损失大相比，本发明的能耗低，对反应温度也较低，且对双氧水浓度无过高要求；与发烟硫酸、过二硫酸氢钾反应得到产物后结晶、离心、烘干得到单过硫酸氢钾复合盐的工艺中发烟硫酸极度不稳定，操作要求高相比较，本发明采用浓硫酸更安全。

（4）与阳极氧化法和浓硫酸法所得的产品在常温中极不稳定，且活性氧含量低相比较，本发明所得产品的活性氧含量、产量和稳定性均明显提升，产物活性氧释放率高、能耗低。

（5）本发明所得产品能够有效地提升在水处理应用中的消毒杀菌效率，减少副产物的生成，明显降低了安全风险。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明并不限于此。

实施例1

一种单过硫酸氢钾复合盐的制备方法，包括如下步骤：

步骤a，将30wt％的双氧水12.25 mL加入250ml带机械搅拌和温度计的三口烧瓶中，用低温恒温槽进行控温，使体系温度达到0℃，在200r/min的搅拌条件下，向所述反应器内滴加10.87 mL 98wt％的浓硫酸，滴加时间为40min，保温1h，得过氧化反应液；

步骤b，控制所述反应器内温度为8℃，向所述过氧化反应液中加入碳酸钾16.5852 g，加入时间控制为60min，得中和反应液；

步骤c，将所述中和反应液降温至-4℃结晶，结晶时间为12h，抽滤，在55℃烘干，得到单过硫酸氢钾复合盐干品12.3657g。

实施例2

一种单过硫酸氢钾复合盐的制备方法，包括如下步骤：

步骤a，将30 wt％的双氧水12.25 mL加入250ml带机械搅拌和温度计的三口烧瓶中，用低温恒温槽进行控温，使体系温度达到0℃，在200r/min的搅拌条件下，向所述反应器内滴加10.87 mL 98wt％的浓硫酸，滴加时间为40min，保温1h，得过氧化反应液；

步骤b，控制所述反应器内温度为8℃，向所述过氧化反应液中加入碳酸钾13.821 g，加入时间控制为50 min，得中和反应液；

步骤c，将所述中和反应液降温至-8℃结晶，结晶时间为13h，抽滤，在55℃烘干，得到单过硫酸氢钾复合盐干品10.6427g。

实施例3

一种单过硫酸氢钾复合盐的制备方法，包括如下步骤：

步骤a，将30 wt％的双氧水10.28 mL加入250ml带机械搅拌和温度计的三口烧瓶中，用低温恒温槽进行控温，使体系温度达到8℃，在200r/min的搅拌条件下，向所述反应器内滴加10.87 mL 98wt％的浓硫酸，滴加时间为50min，保温1h，得过氧化反应液；

步骤b，控制所述反应器内温度为8℃，向所述过氧化反应液中加入碳酸钾16.5852g，加入时间控制为70min，得中和反应液；

步骤c，将所述中和反应液降温至-8℃结晶，结晶时间为12h，抽滤，在50℃烘干，得到单过硫酸氢钾复合盐干品9.3689g。

实施例4

一种单过硫酸氢钾复合盐的制备方法，包括如下步骤：

步骤a，将30 wt％的双氧水14.30mL加入250ml带机械搅拌和温度计的三口烧瓶中，用低温恒温槽进行控温，使体系温度达到8℃，在200r/min的搅拌条件下，向所述反应器内滴加10.87 mL 98wt％的浓硫酸，滴加时间为35min，保温1h，得过氧化反应液；

步骤b，控制所述反应器内温度为8℃，向所述过氧化反应液中加入碳酸钾16.5852g，加入时间控制为55min，得中和反应液；

步骤c，将所述中和反应液降温至-10℃结晶，结晶时间为12h，抽滤，在55℃烘干，得到单过硫酸氢钾复合盐干品12.7832g。

实施例5

一种单过硫酸氢钾复合盐的水处理杀菌，包括如下步骤：

步骤a，取池塘水作为水样，设置空白组、对照组、试验组。空白组为经过消毒后的池塘水，对照组为未经消毒且不加任何产品或样品的池塘水。试验组为加入单过硫酸氢钾复合盐的池塘水（浓度为0.015g/10mL）（实施例1所得产品为代表）。

步骤b，将水样分别接种到盛有乳糖蛋白胨培养液的发酵管中，水样接种量采用1mL、0.1mL、0.01mL。在37℃±0.5℃下培养24 h进行初发酵,结果如下：

步骤c，轻微振荡初发酵试验阳性结果的发酵管，用3 mm接种环或灭菌棒将培养物转接到EC培养液中。在44.5℃±0.5℃温度下培养24 h。接种后所有的发酵管必须在30 min内放进培养箱中。培养后立即观察, 结果如下：

步骤 d，根据多管发酵法（GBT 5750.12-2006 生活饮用水标准检验方法微生物指标）计算得：

名称	MPN值（每100 mL水样中细菌数的可能值）
		空白组	<20
对照组	490
		试验组	<20

即对粪大肠杆菌灭菌率在95.92%以上。

以上数据表明，本发明所得产品在水处理中的杀菌效果良好。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种单过硫酸氢钾复合盐的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的单过硫酸氢钾复合盐的制备方法，其特征在于，双氧水、浓硫酸和碳酸钾的摩尔比为0.5～0.7：1.0：0.5～0.9。

3.根据权利要求1所述的单过硫酸氢钾复合盐的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，双氧水稳定剂为羟基乙叉二膦酸即HEDP。

4.根据权利要求1所述的单过硫酸氢钾复合盐的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，双氧水的重量浓度优选为30％。

5.根据权利要求1所述的单过硫酸氢钾复合盐的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，浓硫酸的重量浓度优选为98％。

6.根据权利要求1所述的单过硫酸氢钾复合盐的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，浓硫酸的滴加时间为30～120min。

7.根据权利要求1所述的单过硫酸氢钾复合盐的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，碳酸钾的添加时间为20～60min。

8.根据权利要求1所述的单过硫酸氢钾复合盐的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，干燥在鼓风干燥箱内进行，干燥温度为50~70℃，干燥时间为5~20min。

9.权利要求1至8任一项所述的制备方法得到的单过硫酸氢钾复合盐在水处理中作为杀菌剂的应用。