郭元平,郭元金,員 濤,胡繼忠

(1.牡丹江師范學院化學系,黑龍江牡丹江 157012;2.哈爾濱醫(yī)科大學第四附屬醫(yī)院)

超聲波輻射快速合成過氧化尿素

郭元平1,郭元金2,員 濤1,胡繼忠1

(1.牡丹江師范學院化學系,黑龍江牡丹江 157012;2.哈爾濱醫(yī)科大學第四附屬醫(yī)院)

采用常壓超聲波輻射技術,利用 30%(質量分數(shù))的過氧化氫作為活性氧提供劑,以磷酸二氫鉀為穩(wěn)定劑,用過氧化氫與尿素反應的方法合成過氧化尿素。探討了過氧化氫與尿素的物質的量比、超聲波輻射時間、超聲波功率和穩(wěn)定劑種類對產(chǎn)品收率的影響。得出最佳的反應條件為:過氧化氫與尿素的物質的量比為 1.4∶1,反應時間為 180 s,功率為 300 W,穩(wěn)定劑磷酸二氫鉀用量為 1.0 g左右。在此反應條件下,產(chǎn)品的收率可達 80%以上,比常規(guī)合成產(chǎn)品收率高 15%。

超聲波輻射;過氧化尿素;穩(wěn)定劑

過氧化尿素又稱氧化氫尿素、尿素過氧化氫、過碳酸酰胺等,是過氧化氫和尿素的加合物。其活性氧含量比目前市場銷售的過氧化鈣、過硼酸鈉、過碳酸鈉等過氧化物高 16.5%[1]。在抵抗非典時期普遍使用的是過氧乙酸,但由于過氧乙酸強烈的刺激性和殺菌性,如使用不當可使人體產(chǎn)生過氧乙酸過敏現(xiàn)象,出現(xiàn)類似非典型性肺炎的癥狀。而過氧化尿素具有良好的氧化、消毒和殺菌作用,其本身無毒無污染,是一種高效、多功能、廣譜、安全、使用方便的新型綠色固體消毒殺菌劑[2-3]。筆者采用常壓超聲波輻射技術[4],利用 30%(質量分數(shù),下同)的過氧化氫作為活性氧提供劑,探索了制備過氧化尿素的有利工藝條件。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

尿素 (工業(yè)品);30%過氧化氫溶液、磷酸二氫鉀、8-羥基喹啉、六偏磷酸鈉、酒石酸、水楊酸、乙二胺、四乙酸二鈉、高錳酸鉀、草酸鈉、焦磷酸鉀,以上均為分析純。

JCX-600G超聲波發(fā)生器 (山東省濟寧市超聲波電子儀器廠);101-3電熱鼓風干燥箱 (山東菏澤南城奮發(fā)儀器廠);ZK-40真空干燥箱 (余姚工業(yè)儀表廠);JJ-1增力電動攪拌器 (江蘇國華儀器廠)。

1.2 實驗方法

在 500 mL圓底燒瓶中加入一定量的過氧化氫溶液,再加入穩(wěn)定劑,待其完全溶解后,加入一定量尿素,然后在不斷攪拌下加熱到 20℃,使尿素完全溶解;將圓底燒瓶置于超聲波反應器內(nèi),在一定溫度下用超聲波輻射一段時間,反應結束后,取出過濾,濾液在 0～5℃下緩慢冷卻 12 h,產(chǎn)品結晶后,抽濾,于 40℃真空干燥即得過氧化尿素。

1.3 產(chǎn)品中的活性氧分析[5]

稱取樣品 0.15～0.20 g(精確到 0.001 g),放入裝有 30 mL蒸餾水的 250 mL碘量瓶中,再加入1.0 mol/L的硫酸溶液 30 mL,用 0.020 0 mol/L高錳酸鉀溶液滴定至溶液呈粉紅色,30 s內(nèi)不褪色,即為終點。

式中:A為過氧化氫質量分數(shù),%;V為滴定消耗的高錳酸鉀標準溶液的體積,mL;c為高錳酸鉀標準溶液的濃度,mol/L;m為過氧化尿素試樣的質量,g。

1.4 產(chǎn)品穩(wěn)定性分析

將合成的產(chǎn)品在 60℃下放置 24 h后,測量其中過氧化氫的含量[6],計算過氧化尿素在加熱前后的穩(wěn)定率。

式中:B為過氧化尿素穩(wěn)定率;A1,A2分別為放置前后過氧化尿素試樣中的過氧化氫質量分數(shù)。

2 結果與討論

2.1 反應物物質的量比對產(chǎn)品收率的影響

在穩(wěn)定劑、反應溫度、超生波功率和反應時間等相同的條件下,改變反應物的物質的量比,考察反應物配比對產(chǎn)品收率的影響,實驗結果見表 1。

表 1 反應物物質的量比對產(chǎn)品收率的影響

由表 1實驗結果可見,隨著過氧化氫與尿素的物質的量比的增大,產(chǎn)品收率增加,而過氧化氫用量增加到一定程度后再增加過氧化氫的用量,產(chǎn)率有所下降,這是由于過氧化氫溶液用量增加會使反應液中水量增多至使產(chǎn)品結晶量減少。所以 n(過氧化氫 ) ∶n(尿素 )確定為 1.4∶1。

2.2 穩(wěn)定劑的選擇

過氧化尿素屬于熱敏化合物,在某些金屬離子如鐵、鉛、錳等離子的存在下,光線照射或受熱會使其分解。為了提高原料利用率,提高過氧化尿素的穩(wěn)定性和貯存性,加入一定量的穩(wěn)定劑,使其離子和金屬離子形成配位,在產(chǎn)品純化過程中易被除去?？刂瞥暡l率為 300 W,n(過氧化氫)∶n(尿素)為 1.4∶1,反應時間為 180 s,穩(wěn)定劑用量為 1 g,改變穩(wěn)定劑種類,進行合成反應實驗,所得產(chǎn)品進行熱穩(wěn)定性分析,實驗結果見表 2。由表 2可知,用磷酸二氫鉀較其他穩(wěn)定劑有較好的穩(wěn)定效果,過氧化尿素的活性氧含量最高。而且產(chǎn)品在 60℃下保存 24 h其穩(wěn)定率達到 95.5%,產(chǎn)品損耗少。

表 2 不同穩(wěn)定劑對產(chǎn)品的影響

2.3 超聲波輻射時間對產(chǎn)品收率的影響

實驗在 n(過氧化氫)∶n(尿素)為 1.4∶1,穩(wěn)定劑用量為 1 g,超聲波功率為 300 W的條件下,改變反應時間考察其對產(chǎn)率的影響。結果見表 3。由表3可知,隨著超聲波輻射時間的延長,產(chǎn)品的收率逐漸增加,當反應時間為 180 s時,過氧化尿素的產(chǎn)率可達 80.5%,再延長時間,產(chǎn)品收率隨之下降。這是由于超聲波輻射時間長,產(chǎn)品分解所致。

表 3 超聲波輻射時間對產(chǎn)品收率的影響

2.4 超聲波輻射功率對產(chǎn)品產(chǎn)率的影響

用磷酸二氫鉀作穩(wěn)定劑,在配料比、反應時間不變的條件下,改變超聲波輻射功率,過氧化尿素的產(chǎn)率見表 4。由表 4可知,隨著超聲波輻射功率的升高 ,產(chǎn)品收率有上升趨勢。當功率為300 W時,產(chǎn)率可達 80.5%,但如果超聲波輻射功率過高,過氧化氫又會分解,產(chǎn)品中過氧化氫含量降低,所以輻射功率以 300 W為宜。

表 4 超聲波輻射功率對產(chǎn)品收率的影響

3 結論

1)采用超聲波輻射技術在常壓下以磷酸二氫鉀為單一穩(wěn)定劑,通過尿素與過氧化氫溶液發(fā)生加合反應,制備了過氧化尿素。2)本實驗方法與常規(guī)實驗方法相比具有反應時間短、產(chǎn)率高和產(chǎn)品穩(wěn)定性好等優(yōu)點。3)本實驗最佳工藝條件為過氧化氫與尿素物質的量比為 1.4∶1,磷酸二氫鉀的用量為1 g,反應時間為 180 s,超聲波功率為 300 W。在最佳工藝條件下,過氧化尿素產(chǎn)率達 80.5%。

[1] 歐陽貽德,陳伯適.尿素與過氧化氫下游新產(chǎn)品——過氧化尿素[J].化學世界,2002,43(1):50-52.

[2] 譚淑珍,李再全.過氧化尿素的合成研究[J].化學世界,2004,45(12):644-646.

[3] 王曼.過氧化尿素的合成及其穩(wěn)定性研究[J].山西化工,2007,27(1):12-14.

[4] 曾愛群,肖峻松.超聲輻射在有機合成中的應用[J].廣西化工,1999,28(2):24-27.

[5] 成都科學技術大學分析化學教研組,浙江大學分析化學教研組.分析化學實驗 [M].2版.北京:高等教育出版社,1997:105-108.

[6] 俞馬宏,崔學軍,黃煉軍.過氧化尿素的制備及熱穩(wěn)定性研究[J].南京理工大學學報:自然科學版,2005,29(1):59-61.

Rapid synthesis of urea peroxide under ultrason ic irrad iation

Guo Yuanping1,Guo Yuanjin2,Yun Tao1,Hu Jizhong1
(1.Departm ent of Chem istry,M udanjiang Nor m al College,M udanjiang157012,China)
2.The No.4Affiliated Hospital,Harbin M edical University)

By adopting ultrasonic irradiation technique at normal atmosphere and using 30%(mass fraction)hydrogen peroxide as active oxygen supplier,urea peroxide was synthesized from hydrogen peroxide and urea with potassium dihydrogen phosphate(KDP)as stabilizer.Influences of amount-of-substance ratio of hydrogen peroxide to urea,t ime of ultrasonic irradiation,ultrasonic power and kinds of stabilizer on product yield were investigated.The best reaction conditionswere obtained as follows:amount-of-substance ratio of hydrogen peroxide to ureawas 1.4∶1,t ime of ultrasonic irradiationwas 180 s,ultrasonic powerwas 300 W,and dosage of stabilizerwas about 1.0 g.Under the reaction conditions,yield of the products could reach above 80%and is 15%higher than the products synthesized by generalmethods.

ultrasonic irradiation;urea peroxide;stabilizer

TQ123.7

A

1006-4990(2010)01-0048-02

2009-07-29

郭元平 (1963— ),男,高級實驗師,理學學士學位,從事有機合成和天然產(chǎn)物提取技術研究,已發(fā)表科研論文10余篇。

聯(lián)系方式:gyp18888@163.com