DE1037434B - Verfahren zur Herstellung von Monoperphosphorsaeure - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Monoperphosphorsaeure

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DE1037434B
DE1037434B DEP17036A DEP0017036A DE1037434B DE 1037434 B DE1037434 B DE 1037434B DE P17036 A DEP17036 A DE P17036A DE P0017036 A DEP0017036 A DE P0017036A DE 1037434 B DE1037434 B DE 1037434B
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DE
Germany
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hydrogen peroxide
phosphorus pentoxide
monoperphosphoric
acid
production
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DEP17036A
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English (en)
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Edward William Heiderich
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EIDP Inc
Original Assignee
EI Du Pont de Nemours and Co
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C11ANIMAL OR VEGETABLE OILS, FATS, FATTY SUBSTANCES OR WAXES; FATTY ACIDS THEREFROM; DETERGENTS; CANDLES
    • C11DDETERGENT COMPOSITIONS; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS DETERGENTS; SOAP OR SOAP-MAKING; RESIN SOAPS; RECOVERY OF GLYCEROL
    • C11D3/00Other compounding ingredients of detergent compositions covered in group C11D1/00
    • C11D3/39Organic or inorganic per-compounds
    • C11D3/3942Inorganic per-compounds
    • DTEXTILES; PAPER
    • D06TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06LDRY-CLEANING, WASHING OR BLEACHING FIBRES, FILAMENTS, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR MADE-UP FIBROUS GOODS; BLEACHING LEATHER OR FURS
    • D06L4/00Bleaching fibres, filaments, threads, yarns, fabrics, feathers or made-up fibrous goods; Bleaching leather or furs
    • D06L4/10Bleaching fibres, filaments, threads, yarns, fabrics, feathers or made-up fibrous goods; Bleaching leather or furs using agents which develop oxygen
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Description

  • Verfahren zur Herstellung von Monoperphosphorsäure Schmid 1 i n u. a., Ber. 43, 1162 (1910), und D'Ans u. a., Ber.43, 1880 (1910), beschreiben die Herstellung von Monoperphosphorsäure, H3 P 05, durch Umsetzung von Phospyhorpentoxyd mit wäßrigem Wasserstoffperoxyd nach folgender Gleichung: P205 + 2 H,202 -f- H20 = 2 HJ 05 O,5 Die Ausführung dieser Reaktion in der beschriebenen Weise unter Verwendung des handelsüblichen Phosphorpentoxydes ist jedoch auf Grund der großen Reaktionsfähigkeit desselben gefährlich. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur gefahrlosen Ausführung dieser Umsetzung.
  • Die Erfindung zielt auf die Entwicklung eines Verfahrens zur Herstellung von Monoperphosphorsäure ab, insbesondere eines verbesserten Verfahrens zur Umsetzung von Phosphorpentoxyd mit wäßrigem Wasserstoffperoxyd. Sie bezweckt ferner die Entwicklung eines Verfahrens zur Abtrennung von nicht umgesetztem Wasserstoffperoxyd aus dem Reaktionsgemisch. Weitere Vorteile und Zweckangaben der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor.
  • Diese Ziele werden gemäß der Erfindung verwirklicht, indem man wäßriges Wasserstoffperoxyd mit Phosphorpentoxyd umsetzt, das auf eine genügend hohe Temperatur erhitzt wurde, um seine Reaktionsfähigkeit wesentlich herabzusetzen. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das entstehende Gemisch, das die gewünschte Monoperphosphorsäure enthält, einer Vakuumdestillation bei niedriger Temperatur unterworfen, um alles etwa anwesende, nicht umgesetzte Wasserstoffperoxyd zu entfernen.
  • Das gewöhnliche handelsübliche Phosphorpentoxyd reagiert mit Wasser und wäßrigem Wasserstoffperoxyd heftig, was seine Verwendung bei dem Verfahren nach S c h m i d 1 i n u. a. gefährlich macht. S c h m i d 1 i n u. a. verwendeten offensichtlich das gewöhnliche Pentoxyd, denn sie betonen die Notwendigkeit, die Reaktionsteilnehmer in kleinen Anteilen zu verwenden und dabei das Reaktionsgemisch stark zu kühlen. Es wurde nun gefunden, daß man die Zwischenfälle, die bei Verwendung von gewöhnlichem handelsüblichem Phosphorpentoxyd auftreten, vermeiden oder weitgehend beseitigen kann, indem man ein Phosphorpentoxyd verwendet, dessen Reaktionsfähigkeit durch Erhitzen herabgesetzt wurde. So löst sich ein Pentoxyd, das auf 450°C erhitzt wurde, ziemlich -ruhig und langsam in Wasser und sehr langsam in 90o/oigem wäßrigem Wasserstoffperoxyd. Auf Grund seiner geringeren Reaktionsfähigkeit ermöglicht die Verwendung eines wärmebehandelten an Stelle des gewöhnlichen handelsüblichen Phosphorpentoxydes bei dem Verfahren nach Schmid 1 i n u. a. die Herstellung von Monoperphosphorsäure in erheblich verbesserter- Weise.
  • Das bei Durchführung der Erfindung verwendete Phosphorpentoxyd kann in irgendeiner beliebigen Weise erhitzt werden;. bei welcher seine Reaktionsfähigkeit wesentlich herabgesetzt wird. Vorzugsweise erhitzt man in einem geschlossenen Gefäß. Temperaturen von 350 bis 700° C sind vorteilhaft, solche von 400 bis 500° C werden bevorzugt. Die Zeit, die zur Erzielung der gewünschten Senkung der Reaktionsfähigkeit erforderlich ist, hängt von der angewendeten Temperatur ab, und zwar sind bei höheren Temperaturen kürzere Erhitzungszeiten erforderlich als bei tieferen Temperaturen. Bei Temperaturen in denn oben angegebenen Bereich wird eine wesentliche Herabsetzung der Reaktionsfähigkeit bereits in sehr kürzer Zeit, z. B. 1 Stunde. erzielt, aber eine etwas längere Erhitzung, z. B. 4 bis- 24 Stunden oder länger, vorzugsweise 12 bis 18 Stunden, ist vorteilhaft. Die Erhitzung kann bei jedem beliebigen Druck, z. B. Atmosphärendruck oder höheren Drücken, ausgeführt werden, vorzugsweise aber arbeitet man bei Unterdruck, z. B. Drücken unterhalb etwa 10 mm Hg.
  • Die nachfolgenden Beispiele dienen der Erläuterung der Erfindung. Alle Prozentangaben und Teile beziehen sich, wenn nichts anderes angegeben, auf das Gewicht.
  • Beispiel 1 Man erhitzt 5,7-Teile-gewöhnliches handelsübliches Phosphorpentoxyd in .-einem Rohr, das auf etwa 10 mm Hg oder weniger evakuiert ist, 16 Stunden auf 500° C. Nach Abkühlen auf Raumtemperatur setzt man dem Phosphorpentoxyd 2,7 Teile 90%iges wäßriges Wasserstoffperoxyd und 2 Teile destilliertes Wasser zu. Das Gemisch wird 36 Stunden bei 10° C gerührt, durch ein poröses Glasfilter filtriert und dann mit etwa 200 Teilen destilliertem Wasser verdünnt. Eine jodometrische Bestimmung der entstehenden Lösung ergibt einen Gehalt von 0,8 Teilen aktivem Sauerstoff. Wie eine Titration mit Cerammoniumsulfit zeigt, liegt die Hälfte dieses Sauerstoffes, 0,4 Teile, in Form von H202 vor, der Rest, 0,4 Teile, in Form von Monoperphosphorsäure.
  • Beispiel 2 Zu 2,7Teilen 90%igem wäßrigem Wasserstoffperoxyd in einem Glasrohr, das in einem Bad auf 24° C gehalten wird, setzt man 10 Teile Phosphorpentoxyd zu, das vorher in einem evakuierten geschlossenen Gefäß 18 Stunden auf 450° C erhitzt wurde. Man setzt das Pentoxvd im Verlaufe von 21/x Stunden unter Rühren in fünf gleichen Anteilen zu und rührt hiernach weitere 18 Stunden. Das Rohr wird dann evakuiert, um das flüchtige Material einschließlich nicht umgesetztem H202 bei Raumtemperatur absieden zu lassen, und das destillierte Material in einer Kältefalle kondensiert. Wenn die Abstreifung flüchtiger Stoffe beendet zu sein scheint, wird das zurückgebliebene Material im Rohr in etwa 200 Teilen destilliertem Wasser gelöst und die Lösung filtriert, um Spuren suspendierter Feststoffe zu entfernen. Die entstehende Lösung ergibt analytisch 0,27 Teile aktiven Sauerstoff, der vollständig in Form von Monoperphosphorsäure vorliegt. Das abgestreifte und in der Kältefalle gesammelte flüchtige Material enthält 0,19 Teile aktiven Sauerstoff, der vollständig als H202 vorliegt.
  • Bei der Arbeitsweise nach den obigen Beispielen reagiert das wärmebehandelte Phosphorpentoxyd glatt und ruhig mit den anderen Reaktionsteilnehmern, gleichgültig, ob es in Teilmengen zugeführt wird oder nicht. Im Gegensatz hierzu reagiert gewöhnliches handelsübliches Phosphorpentoxyd selbst dann in heftiger und gefährlicher Weise, wenn es in sehr kleinen Anteilen zu Wasser oder wäßrigem Wasserstoffperoxyd zugesetzt wird, was seine Verwendung praktisch unmöglich macht.
  • Die zur Ausführung der Erfindung verwendeten Anteile an P205, 11,02 und H20 sind nicht kritisch; es ist allerdings im allgemeinen am zweckmäßigsten, zumindest 2 Mol H202 und zumindest 1 Mol H20 je Mol P205 zu verwenden. Molanteile von 1,5 bis 15 Mol H202 und 0,5 bis 6 Mol H20 je Mol P205 sind im allgemeinen brauchbar, vorzugsweise arbeitet man mit 2 bis 5 Mol 1120, und 1 bis 4 Mol Wasser je Mol P205. Das erforderliche H202 und H20 wird am bequemsten in Form einer wäßrigen Lösung von Wasserstoffperoxyd zugeführt, die 50 bis 90% H202 enthält.
  • Die Reaktion wird bei Temperaturen unterhalb etwa 50° C ausgeführt, da bei etwa 50° C oder höher, wenn überhaupt, nur wenig Persäure gebildet wird. Am brauchbarsten sind Temperaturen im Bereich von etwa 10 bis 30° C. Temperaturen unterhalb 10° C, z. B. Temperaturen von etwa 0° C, können angewemdet werden, bieten aber keinen besonderen Vorteil. Der Druck stellt keinen wichtigen Faktor dar. Aus Gründen der Einfachheit arbeitet man vorzugsweise bei etwa Atmosphärendruck, es können aber auch höhere oder niedrigere Drücke verwendet werden. Die zur Beendigung der Reaktion erforderliche Zeit hängt etwas von den Anteilen der Reaktionsteilnehmer und der verwendeten Temperatur ab. Wenn man die Reaktionsteilnehmer in den bevorzugten Mengen bei den bevorzugten Temperaturen verwendet, genügt eine Reaktionszeit von 1 bis 90 Stunden, aber im allgemeinen werden Reaktionszeiten von 5 bis 20 Stunden verwendet. Ein Rühren des Reaktionsgemisches während der Reaktion ist vorteilhaft.
  • Die Abtrennung der Monoperphosphorsäure vom Reaktionsgemisch ist im allgemeinen nicht praktisch. Für viele Verwendungszwecke kann direkt das rohe, die Persäure enthaltende Reaktionsgemisch verwendet werden. Da jedoch die Stabilität der Persäure durch die Anwesenheit nicht umgesetzten Wasserstoffperoxydes nachteilig beeinflußt wird, ist es im allgemeinen vorteilhaft, aus dem fertigen Reaktionsgemisch nicht umgesetztes Wasserstoffperoxyd zu entfernen, insbesondere, wenn das Produkt vor Verwendung längere Zeit gelagert werden soll. Die Zerstörung von nicht umgesetztem Wasserstoffperoxyd kann elektrolytisch oder durch Behandlung mit Platinschwamm bewirkt werden. Es wurde jedoch gefunden, daß nicht umgesetztes Wasserstoffperoxyd wirksamer entfernt werden kann, ohne daß eine wesentliche Zersetzung der Persäure erfolgt, indem man das Reaktionsgemisch bei einer Temperatur nicht oberhalb etwa 50° C, vorzugsweise nicht oberhalb 30° C, im Vakuum abstreift. Bei diesem Abstreifen des H202 bleibt ein Gemisch von Monoperphosphorsäure, Orthophosphorsäure und kondensierten Oxysäuren des Phosphors zurück. Dieses zurückbleibende Gut ist bei gewöhnlichen Temperaturen, insbesondere in Verdünnung, z. B. mit 20 bis 100 Teilen Wasser, recht stabil.
  • Die Monoperphosphorsäure ist in verdünnten Lösungen stabiler als in konzentrierten wäßrigen Lösungen. In verdünnten, z. B. etwa 1- bis 2%igen Lösungen ist sie bei Raumtemperatur recht stabil, wird aber langsam zu Wasserstoffperoxyd und Orthophosphorsäure hydrolysiert. Bei 60° C erfolgt die Hydrolyse viel schneller und ist von einer Zersetzung des gebildeten Wasserstoffperoxydes begleitet. Alkalische Lösungen des Natriumsalzes der Persäure, z. B. von PH 10,5 sind weniger stabil als saure Lösungen; es ist jedoch keinerlei Anzeichen für eine Hydrolyse zu beobachten.
  • Die als Produkt erhaltene Monoperphosphorsäure stellt eine echte Perverbindung dar, in welcher der aktive Sauerstoff in einer P-O-O-H-Gruppe anstatt in einem H202-Molekül enthalten ist, das mit dem Phosphatmolekül in loser Verbindung steht, wie im Falle der sogenannten Phosphatperhydrate. Die obige Persäure stellt ein stärkeres Oxydationsmittel dar als Wasserstoffperoxyd oder die Phosphatperhydrate. Sie oxydiert Mangan (I1)-ionen zu Permanganationen, während Wasserstoffperoxyd und die Perhydrate Permanganationen zu Mangan (II) -ionen reduzieren. Die letztgenannte Reaktion ist die Grundlage für die bekannte Permanganatbestimmung von Wasserstoffperoxyd.
  • Persauerstoffverbindungen wie Wasserstoffperoxyd werden in großem Ausmaß zum Bleichen von Textilien, Holzzellstoff, Fetten, Ölen und anderen Stoffen verwendet. Sie eignen sich ferner zur Ausführung chemischer Reaktionen, und zwar als Reaktionsteilnehmer oder als Katalysator, z. B. für verschiedene Polymerisationen. Die erfindungsgemäß erhaltene Monoperphosphorsäure kann an Stelle von Wasserstoffperoxyd bei vielen der obigen Verwendungszwecke verwendet werden, z. B. zum Bleichen oder Oxydieren, insbesondere, wenn eine stärkere Oxydationswirkung erwünscht ist.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Herstellung von Monoperphosphorsäure durch Umsetzung von wäßrigem Wasserstoffperoxyd mit Phosphorpentoxyd, dadurch gekennzeichnet, daß gegen Wasserstoffperoxyd hochaktives handelsübliches Phosphorpentoxyd durch Erhitzen auf eine hinreichend hohe Temperatur und während einer ausreichenden Zeit in seiner Aktivität gegen Wasserstoffperoxyd herabgesetzt und dieses Pentoxyd dann mit wäßrigem Wasserstoffperoxyd zur Umsetzung gebracht wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Phosphorpentoxyd auf Temperaturen von 350 bis 700° C, insbesondere 400 bis 550° C, erhitzt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man aus dem Reaktionsprodukt nicht umgesetztes Wasserstoffperoxyd durch Vakuumdestillation bei einer Temperatur nicht oberhalb 50° C abstreift.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1096339B (de) * 1959-07-23 1961-01-05 Degussa Verfahren zur Herstellung von Peroxymonophosphorsaeure

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