CN1837051A - 一种全硫碳酸钠的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种全硫碳酸钠的制备方法。该全硫碳酸钠是通过硫化钠与二硫化碳的直接反应制备而成。本发明包括以下步骤:a、将硫化钠溶液盛入非金属的常压反应容器中,接着加入起物质转移作用的适量乙醇;b、向硫化钠溶液内溶入等量或过量二硫化碳;c、用微波对反应容器加热,并把容器内溶液的温度控制在20℃~45℃之间;d、反应结束后,开启冷凝水,然后,转移、过滤、静置分液;e、低温结晶纯化、得到全硫碳酸钠晶体。由于本发明不需要现有制备方法中所必需的耐压容器;采用现有技术中没有采用过的微波加热方式。因此,其操作简便易行,观察与控制方便;反应时间极大地缩短了,由现有的2h~7h降低到5min~20min;得到的全硫碳酸钠纯度高。
Description
技术领域
本发明涉及全硫碳酸钠制备的方法。
背景技术
全硫碳酸钠又名三硫代碳酸钠,化学符号Na2CS3,英文名sodium thiocarbonate,sodiumtrithiocarbonate,sodium sulfocarbonate,disodium carbonotrithioic acid。全硫碳酸钠能用于重金属废水的处理,能与重金属离子形成不溶性的硫化物。全硫碳酸钠中的全硫碳酸根离子能与铅(Pb),锌(Zn),铜(Cu),汞(Hg)、镉(Cd)、和铁(Fe)等重金属离子形成硫化物(见美国专利USA4,678,584)。同时,全硫碳酸钠也能用于橡胶分子量调节剂-丁(二硫二异丙基原黄酸酯)含量的定量检测和合成全硫碳酸酯类的多硫结构有机物。
全硫碳酸钠制备的方法通常来说有以下几种方法:
①最常用的是氢氧化钠(NaOH)与二硫化碳(CS2)发生反应。
②硫化钠(Na2S)与二硫化碳(CS2)直接反应也可以制备全硫碳酸钠。
③从纤维素黄原酸盐的副产物中回收全硫碳酸钠。生产纤维素黄原酸盐中,过量的二硫化碳和氢氧化钠形成全硫碳酸钠和碳酸钠[见方程(1)]。
全硫碳酸钠晶体有α和β两种同素异形结构。α-Na2CS3呈红色,在105℃以下稳定存在。α全硫碳酸钠加热到135℃会转变成褐色的β-Na2CS3。两种晶型的Na2CS3都易溶于水,温度高于140℃都不稳定,会分解成为硫化钠和二硫化碳。Na2CS3的水合物有Na2CS3·2H2O(黄色),Na2CS3·3H2O(橙色),Na2CS3·4H2O(橙色)。室温下多形成Na2CS3·4H2O结构。由于二硫化碳(CS2)的沸点低(常压下沸点为43.6℃),且易燃、易爆,这给制备全硫碳酸钠带来了一定难度。为克服这一难度,日本专利JP4260607中介绍的全硫碳酸钠的制备方法:向耐压反应器(带搅拌机和温度计,容量200ml)加入34%的Na2S水溶液45.9g(0.20mol)。系统采用充氮气置换后,把15.2g的CS2(0.20mol)在10分钟内导入系统,升温到45℃,反应5小时后,冷却到室温可得到49.6%的三硫代碳酸钠水溶液61.1g。三硫代碳酸钠的收率为98%(摩尔比)。
到目前为止,现有制备全硫碳酸钠的方法,均与JP4260607的日本专利相近似,即需要在耐压容器中,在20℃~50℃的条件下反应2小时~7小时。
发明内容
本发明的目的是,针对已有技术存在的不足,提供一种在常压条件下,快速高效地制备全硫碳酸钠的方法。
本发明的全硫碳酸钠的制备方法,其中的全硫碳酸钠仍是通过硫化钠(Na2S)与二硫化碳(CS2)的直接反应制备而成。与现有方法不同的是,本发明包括以下步骤:
a、将硫化钠溶液盛入非金属的常压反应容器中,接着加入起物质转移作用的适量乙醇;
b、向硫化钠溶液内溶入等量或过量二硫化碳;
c、用微波对反应容器加热,并把容器内溶液的温度控制在20℃~45℃之间;
d、反应结束后,开启冷凝水,然后,转移、过滤、静置分液;
e、低温结晶纯化、得到全硫碳酸钠晶体。
进一步讲,在本发明中,步骤a中的反应容器是常压回流的反应器。
本发明的优越性如下:
从方案中不难看出,本发明不需要现有全硫碳酸钠制备方法中所必需的耐压容器;由于本发明是在常压条件进行反应的,进而也不需要密闭装置了,因此,其操作简便易行,观察与控制方便。采用现有技术中没有采用过的微波加热方式后,反应时间极大地缩短了。以用0.20mol的硫化钠参预反应为例,它由现有技术的2h~7h降低到5min~20min。因此,极大地提高了反应的速率。当然,同时也极大地节省了全硫碳酸钠的制备成本。总之,本发明为全硫碳酸钠的合成制备及纯化提供了崭新的思路和方法。
下面结合实施例,对本发明作进一步的说明。
具体实施方式
一种全硫碳酸钠的制备方法。其中的全硫碳酸钠是通过硫化钠与二硫化碳的直接反应而制备成的。该方法包括如下步骤:
a、将硫化钠溶液盛入非金属的常压反应容器中,接着加入起物质转移作用的适量乙醇;
b、向硫化钠溶液内溶入等量或过量二硫化碳;
c、用微波对反应容器加热,并把容器内溶液的温度控制在20℃~45℃之间;
d、反应结束后,开启冷凝水,然后,转移、过滤、静置分液;
e、低温结晶纯化、得到全硫碳酸钠晶体。
由于通过硫化钠与二硫化碳的直接反应来制备全硫碳酸钠,已是本领域的技术人员所熟知的,虽然以前没有采用过本发明所提出的步骤及其工艺方法,但通过上述披露后,本领域的技术人员已经能够结合常规试验或实验来再现本发明、并取得预期的效果了。因此,以下更详尽披露的内容并非是一成不变的,完全可以根据其他要求和条件、通过常规的试验进行调整。
进一步讲,在上述具体实施方式中,步骤a中的反应容器是常压回流的反应器;在步骤c中,容器内溶液的温度控制在30℃~40℃之间较好。
更进一步讲,在上述具体实施方式中,更好的工艺配比和条件是:在步骤a中的硫化钠溶液的浓度按11g~12g的Na2S·9H2O/100mL水的比例配制,与该比例对应的乙醇为5ml;在步骤e中,低温结晶纯化的温度为-5℃~0℃。
通过实验验证,得到的更好工艺配比和条件是:在步骤a中,硫化钠溶液的浓度按11.4g的Na2S·9H2O/100mL水的比例配制;在步骤c中,容器内溶液的温度控制在40℃。
在实验室验证的基本操作步骤如下:
(a)Na2S溶液盛入球形圆底烧瓶中,加入少量起物质转移作用的乙醇,加入等物质量或约为过量的CS2,设定微波功率、反应温度、微波作用时间。开启冷凝水,回流反应5min~20min。
(b)反应结束后,将得到的溶液低温(-5℃~0℃)下结晶分离纯化。
验证试验一:
将11.4gNa2S·9H2O固体与100mL乙醇盛入三颈烧瓶中,加入100ml CS2过量的CS2,将其放入微波催化合成/萃取仪进行反应。升温功率400W,反应温度45℃,反应时间5min。反应结束后,溶液转入分液漏斗,静置分液。然后,低温结晶纯化后得到全硫碳酸钠晶体。实验用标准碘溶液滴定分析表明,硫化钠的转化率为44.5%。
验证试验二:
将11.4gNa2S·9H2O固体与100mL水盛入三颈烧瓶中,加入100ml CS2过量的CS2,加入5ml乙醇。将反应体系放入微波催化合成/萃取仪进行反应。升温功率900W,反应温度40℃,反应时间10min。反应结束后,溶液转入分液漏斗,静置分液。低温结晶纯化后得到全硫碳酸钠晶体。实验用标准碘溶液滴定分析表明,硫化钠的转化率为96.8%。
验证试验三:
将11.4gNa2S·9H2O固体与100mL水盛入三颈烧瓶中,加入100ml CS2过量的CS2,加入5ml乙醇。将反应体系放入微波催化合成/萃取仪进行反应。升温功率1000W,反应温度30℃,反应时间15min。反应结束后,溶液转入分液漏斗,静置分液。然后,低温结晶纯化后得到全硫碳酸钠晶体。实验用标准碘溶液滴定分析表明,硫化钠的转化率为97.9%。
验证试验四:
将11.4gNa2S·9H2O固体与100mL水盛入三颈烧瓶中,加入100ml CS2过量的CS2,加入5ml乙醇。将反应体系放入微波催化合成/萃取仪进行反应。升温功率800W,反应温度40℃,反应时间20min。反应结束后,溶液转入分液漏斗,静置分液。然后,低温结晶纯化后得到全硫碳酸钠晶体。实验用标准碘溶液滴定分析表明,硫化钠的转化率为98.3%。
验证试验五:
将11.4gNa2S·9H2O固体与100mL水盛入三颈烧瓶中,加入100ml CS2过量的CS2,加入5ml乙醇。将反应体系放入微波催化合成/萃取仪进行反应。升温功率1000W,反应温度40℃,反应时间20min。反应结束后,溶液转入分液漏斗,静置分液。然后,低温结晶纯化后得到全硫碳酸钠晶体。实验用标准碘溶液滴定分析表明,硫化钠的转化率为98.7%。
Claims (4)
1、一种全硫碳酸钠的制备方法,其全硫碳酸钠是通过硫化钠与二硫化碳的直接反应而制备成的,其特征在于,该方法包括如下步骤:
a、将硫化钠溶液盛入非金属的常压反应容器中,接着加入起物质转移作用的适量乙醇;
b、向硫化钠溶液内溶入等量或过量二硫化碳;
c、用微波对反应容器加热,并把容器内溶液的温度控制在20℃~45℃之间;
d、反应结束后,开启冷凝水,然后,转移、过滤、静置分液;
e、低温结晶纯化、得到全硫碳酸钠晶体。
2、根据权利要求1所述的全硫碳酸钠的制备方法,其特征在于,步骤a中的反应容器是常压回流的反应器;在步骤c中,容器内溶液的温度控制在30℃~40℃之间。
3、根据权利要求2所述的全硫碳酸钠的制备方法,其特征在于,在步骤a中,硫化钠溶液的浓度按11g~12g的Na2S·9H2O/100mL水的比例配制,与该比例对应的乙醇为5ml;在步骤e中,低温结晶纯化的温度为-5℃~0℃。
4、根据权利要求3所述的全硫碳酸钠的制备方法,其特征在于,在步骤a中,硫化钠溶液的浓度按11.4g的Na2S·9H2O/100mL水的比例配制;在步骤c中,容器内溶液的温度控制在40℃。
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