RU2076154C1

RU2076154C1 - Method for production of oxidizer on the base of potassium peroxodicarbonate

Info

Publication number: RU2076154C1
Application number: RU9494045539A
Authority: RU
Inventors: Е.А. Наживин; А.А. Яковлева; В.В. Журов; Г.В. Зельвенский; Н.В. Козлова; А.А. Кузнецов; В.В. Часов
Original assignee: Государственный научный центр "Научно-исследовательский физико-химический институт им.Л.Я.Карпова"
Priority date: 1994-12-29
Filing date: 1994-12-29
Publication date: 1997-03-27
Also published as: RU94045539A

Abstract

FIELD: production of peroxides of alkaline metal carbonates. SUBSTANCE: method is carried out by non-diaphragm electrolysis of concentrated carbonate electrolyte, the process takes place in 3.9-5.4 M solution of sodium carbonate at 0-10 C. Thus prepared products interact with carbon dioxide to crystallize desired product. The process takes place at (-5)-(+10) C by bubbling of carbon dioxide, its quantity being 0.1-2.0 M of carbon dioxide per 1 gram equivalents of peroxide compounds. Said product comprises potassium peroxodicarbonate (its quantity being 70-80 weight %), potassium carbonate and potassium hydrocarbonate. EFFECT: improves efficiency of the method. 1 tbl

Description

Изобретение относится к получению перекисных соединений карбонатов щелочных металлов, являющихся наиболее перспективными и экологически безопасными окислителями с широким спектром практического применения. The invention relates to the production of peroxide compounds of alkali metal carbonates, which are the most promising and environmentally friendly oxidizing agents with a wide range of practical applications.

Известны два пути синтеза пероксодикарбоната калия. Электролизом концентрированного раствора карбоната калия с добавками фосфатов получены перекисьсодержащие растворы с повышенной стабильностью. Two methods for the synthesis of potassium peroxodicarbonate are known. By electrolysis of a concentrated solution of potassium carbonate with phosphate additives, peroxide-containing solutions with increased stability were obtained.

Однако, при температурах от 0^o до +10^oС не удалось добиться кристаллизации продуктов электролиза, а растворы из-за высокого расхода солей не нашли практического применения.However, at temperatures from 0 ^o to + 10 ^o C it was not possible to achieve crystallization of the electrolysis products, and solutions due to the high consumption of salts did not find practical application.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и природе целевого продукта является электрохимический способ получения пероксодикарбонатов щелочных металлов электролизом концентрированных водных растворов карбонатов с платиновыми анодом и катодом при -16^o-10^oС. Продукт, состоящий из пероксодикарбоната, карбоната и гидрокарбоната калия был выделен из электролита в результате кристаллизации. Принципиальным недостатком этого способа является низкотемпературный режим процесса и обусловленные им высокие энергозатраты.The closest to the invention in terms of technical essence and nature of the target product is an electrochemical method for producing alkali metal peroxydicarbonates by electrolysis of concentrated aqueous solutions of carbonates with a platinum anode and cathode at -16 ^o -10 ^o C. A product consisting of potassium peroxodicarbonate, carbonate and hydrogen carbonate was isolated from electrolyte as a result of crystallization. The principal disadvantage of this method is the low temperature mode of the process and the resulting high energy consumption.

Целью изобретения является разработка эффективного способа получения окислителя на основе пероксодикарбоната калия в твердом агрегатном состоянии при положительных температурах и без использования химических окисляющих агентов. The aim of the invention is to develop an effective method for producing an oxidizing agent based on potassium peroxodicarbonate in the solid state of aggregation at positive temperatures and without the use of chemical oxidizing agents.

Цель достигается тем, что электролиз ведут в 3,9-5,4 М растворе карбоната калия при 0-10^oС, а кристаллизацию осуществляют в температурном интервале от -5^o до +10^oС путем барботажа 0,1-2,0 М углекислого газа на 1 г-экв. перекисных соединений в электролите.The goal is achieved in that the electrolysis is carried out in a 3.9-5.4 M solution of potassium carbonate at 0-10 ^o C, and crystallization is carried out in the temperature range from -5 ^o to +10 ^o C by sparging 0.1-2.0 M carbon dioxide per 1 g-eq. peroxide compounds in the electrolyte.

Анализ состава продукта методами молекулярной и ЭПР-спектроскопии, рентгеноструктурного анализа и дифференциальной сканирующей колориметрии показал, что целевой продукт состоит из пероксодикарбоната (70-80 вес.) карбоната и гидрокарбоната калия, которые вместе составляют 20-30 вес. Analysis of the composition of the product by molecular and EPR spectroscopy, X-ray diffraction and differential scanning colorimetry showed that the target product consists of peroxodicarbonate (70-80 wt.) Potassium carbonate and bicarbonate, which together comprise 20-30 weight.

Примеры практического осуществления данного способа приведены ниже в таблице. Для получения перекисьсодержащих растворов использовался охлаждаемый бездиафрагменный электролизер с платиновым анодом (1,1 см²) и катодом из нержавеющей стали (0,5 см²), ток 1,5 А при напряжении 5 В.Examples of the practical implementation of this method are given in the table below. To obtain peroxide-containing solutions, a cooled non-diaphragm electrolyzer with a platinum anode (1.1 cm ² ) and a stainless steel cathode (0.5 cm ² ) was used, current 1.5 A at a voltage of 5 V.

Принципиальное значение для успешного ведения процесса имеет концентрация карбоната калия. При концентрации карбоната калия в растворе ниже 3,9 М не удалось добиться кристаллизации целевого продукта. Увеличение концентрации соли с 3,9 до 5,4 М не только увеличивает выход по току, но и приводит к снижению содержания примесей в осадке. Использование более высоких концентраций (от 5,4 до 5,6 М) может вызвать дополнительное осаждение карбоната на стадии кристаллизации целевого продукта. Of fundamental importance for the successful conduct of the process is the concentration of potassium carbonate. When the concentration of potassium carbonate in solution below 3.9 M failed to achieve crystallization of the target product. An increase in the salt concentration from 3.9 to 5.4 M not only increases the current efficiency, but also leads to a decrease in the content of impurities in the sediment. The use of higher concentrations (from 5.4 to 5.6 M) may cause additional carbonate precipitation at the crystallization stage of the target product.

Вследствие невысокой стабильности перекисных соединений карбонатов в водных растворах температурный режим электролиза и кристаллизации существенным образом влияют на результаты синтеза, прежде всего на выход по току. Низкотемпературный режим электролиза (-10^oС), обеспечивая высокий выход по току не может найти промышленного применения, поэтому на стадии электролиза были использованы положительные температуры от 0 для +10^oС и как следует из данных таблицы выход по току перекисных соединений составляет 55-78% При повышении температуры электролиза с 3 до 8^oС, вследствие интенсивных процессов гомогенного разложения происходит снижение выхода по току на 15% Повышение температуры кристаллизации с -5 до +10^oС только увеличивает содержание активного кислорода в продукте, свидетельствуя о возможности успешного использования заявляемого интервала температур для проведения процесса кристаллизации.Due to the low stability of carbonate peroxide compounds in aqueous solutions, the temperature regime of electrolysis and crystallization significantly affect the results of synthesis, primarily on the current efficiency. The low-temperature electrolysis mode (-10 ^o С), providing a high current efficiency, cannot find industrial application, therefore positive temperatures from 0 to + 10 ^o С were used at the electrolysis stage and, as follows from the table, the current efficiency of peroxide compounds is 55- 78% With an increase in the electrolysis temperature from 3 to 8 ^o С, due to intensive processes of homogeneous decomposition, the current efficiency decreases by 15%. An increase in the crystallization temperature from -5 to + 10 ^o С only increases the content of active oxygen in p product, indicating the possibility of successful use of the proposed temperature range for the crystallization process.

Количество барботированного углекислого газа зависит от содержания перекисных соединений в электролите после стадии электролиза. Оптимум приходится на область 0,1-2,0 М на 1 г-экв. перекисных соединений в растворе. Использование больших количеств СО₂ не желательно, как с точки зрения перерасхода, так и из-за снижения содержания активного кислорода.The amount of carbon dioxide sparged depends on the content of peroxide compounds in the electrolyte after the electrolysis stage. The optimum is in the region of 0.1-2.0 M per 1 g-eq. peroxide compounds in solution. The use of large quantities of CO _{2 is} not desirable, both from the point of view of cost overruns, and because of a decrease in the content of active oxygen.

Методами молекулярной (КР, ИК) и ЭПР-спектроскопии, дифференциальной сканирующей колориметрии, рентгеноструктурного анализа содержащиеся в осадке перекисное соединение идентифицировано, как пероксодикарбонат калия, доля которого в осадке составляет 70-80 вес. Кроме того, продукт содержит до 20-30 вес. карбоната и гидрокарбоната калия. By the methods of molecular (Raman, IR) and EPR spectroscopy, differential scanning colorimetry, and X-ray diffraction analysis, the peroxide compound contained in the precipitate was identified as potassium peroxodicarbonate, whose proportion in the precipitate was 70-80 wt. In addition, the product contains up to 20-30 weight. potassium carbonate and bicarbonate.

Таким образом, предлагаемый способ получения окислителя на основе пероксодикарбоната калия, сочетая отдельные преимущества электрохимического (высокий выход по току, экологическая безопасность и технологичность) и химического способов (положительные температуры, эффективная кристаллизация), позволяет получить пероксодикарбонат калия без использования химических окисляющих агентов в технологически приемлемом температурном режиме. Thus, the proposed method for producing an oxidizing agent based on potassium peroxodicarbonate, combining the individual advantages of the electrochemical (high current efficiency, environmental safety and processability) and chemical methods (positive temperatures, effective crystallization), allows to obtain potassium peroxodicarbonate without the use of chemical oxidizing agents in a technologically acceptable temperature condition.

Claims

A method of producing an oxidizing agent based on potassium peroxydicarbonate, comprising diaphragmless electrolysis of a potassium carbonate solution followed by crystallization of an electrolysis product, characterized in that the electrolysis is carried out in a 3.9, 5.4 M potassium carbonate solution at 0 10 ^{° C.} and crystallization is carried out in a temperature range of -5 ^o +10 ^o With the sparging of 0.1 to 2.0 M carbon dioxide per 1 g-eq of peroxide compounds in solution.