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磷酸二氢钠的应用及制备技术

发布日期:2022/6/28 10:31:49

背景及概述

磷酸钠盐是精细磷化工产品中消费量最多、产量最大的产品,主要有偏磷酸钠盐、聚磷酸钠盐、焦磷酸钠盐、正磷酸钠盐。其中正磷酸钠盐中的磷酸二氢钠广泛应用于食品、医药、化学工业、印染、金属防腐、水处理、化学建材、日用化学品、养殖业等各领域中。

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应用

在食工业中的应用

磷酸氢二钠在食品工业中作为缓冲剂,作为发酵粉的原料,做面包、沙司的粘料和熟化剂,粉末酸味剂,水分保持剂,淡炼乳的品质改良剂;还可做干酪等乳制品、肉类、鱼肉制品的稳定剂、黏结剂,焙烤粉的缓冲剂,腌制用混合盐等。

在医药工业中的应用

磷酸二氢钠可用于片状或颗粒状的药剂表面涂层,提高涂覆层对光和热的耐变色性,从而长期保持产品的商品价值。磷酸二氢钠还常用于药物中地衣芽孢杆菌的发酵培养基,起到促进各种酶的分泌和提高活性的作用。磷酸二氢钠还作为磷酸钠盐药剂的主要成分。

在化学工业中的应用

作为化工产品原料

磷酸二氢钠在工业上用来制备三偏磷酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠和缩聚磷酸钠等磷酸钠盐,也可以制备其他无机与有机磷酸盐,还可用来作为制备磷酸酯的酯化剂。

用作反应催化剂

目前国内有不少关于用磷酸二氢钠作为酯合成催化剂的报道,如乙酸丁酯的合成、乙酸糠醇酯和丙酸糠醇酯的合成。研究发现其具有催化活性高,操作方便,反应条件温和,对设备无腐蚀,对环境无污染,可重复使用,酯的收率高,产品杂质含量低等特点。磷酸二氢钠也可作为缩醛(酮)合成反应的催化剂及硝化反应的催化剂,催化性能及重复性都较好。

作为酸碱调节剂、缓冲剂

磷酸二氢钠可单独作为缓冲溶液或磷酸氢二钠、磷酸混配作为缓冲溶液广泛用于各种分析测试中。

作为稳定剂

磷酸二氢钠可加入其他化合物作为稳定剂,如加入过氧化物中,可阻止其分解,解决过氧化物的储存和运输问题。在聚合硫酸铁中加入磷酸二氢钠可增强稳定性。

在印染工业中的应用

磷酸二氢钠在低甲醛免烫整理工艺中,是一种较为有效的调节剂,可明显减少整理后织物的强力损失,提高白度保留值。

在金属防腐中的应用

在Zn-Ni合金镀液中加入磷酸二氢钠后使阴极极化增大,同时出现了成核生长滞后的特征电流环。说明磷酸二氢钠不仅阻化合金共沉积的电荷传递过程,而且也阻化电结晶过程。所以磷酸二氢钠有利于镀层晶粒细化,结构致密,耐蚀性提高。磷酸二氢钠对硬铝合金有缓蚀作用,可作为处理铝型材表面的环保型表面无铬钝化液的助剂,使铝表面形成保护膜,达到防腐和增强附着力的功能。磷酸二氢钠对碳钢也具有缓蚀作用。

制备技术

萃取法

萃取法是利用萃取剂与氯化钠(或氢氧化钠)、磷湿法酸的溶配液进行均相反应,萃取剂与溶配液中的Cl-结合形成有机相,H2PO4与溶液中的Na+形成磷酸二氢钠溶液,通过浓缩、冷却结晶得到磷酸二氢钠产品;有机相通入氨得到再生的萃取剂和氯化铵溶液,萃取剂再生后循环使用。以湿法磷酸、氯化钠为原料,采用连续萃取法制取工业级磷酸二氢钠的方法,并进行了连续化的模式试验研究,试验得到的磷酸二氢钠产品质量可达到工业级磷酸二氢钠指标要求。以工业湿法磷酸和氢氧化钠为原料,以磷酸三丁酯(TBP)+煤油(稀释剂)作为萃取剂,通过萃取、反萃与结晶工艺相结合,制备了磷酸二氢钠。在优化的萃取和结晶条件下,经三级萃取,萃取相中负载的五氧化二磷的收率可达95.0%,磷酸二氢钠纯度(质量分数)可达99.3%以上,Fe、As、Pb等杂质均有较高的脱除率。萃取法目前处于试验研究阶段,尚未用于工业生产。

复分解法

由磷酸二氢钙和硫酸钠复分解制备磷酸二氢钠的反应式如下:

图1 磷酸二氢钠的合成反应式

通过此方法制备了磷酸二氢钠,收率只有79.1%。该工艺具有产品纯度高、工艺流程简单、操作简便等优点,但收率较低,要求的原料具有较高纯度。

中和法

磷酸氢二钠中和法

将十二水磷酸氢二钠按3:2的配比加水溶解,过滤除去不溶物,再把滤液加入中和器,在搅拌下缓慢加入磷酸进行中和反应,控制pH值在4.2~4.6,反应溶液经蒸发浓缩至形成结晶膜为止,经冷却结晶,离心分离,得到二水磷酸二氢钠。然后在100℃干燥,制得无水磷酸二氢钠成品,母液可返回作溶解磷酸氢二钠用。

纯碱或烧碱中和法

将氢氧化钠或纯碱放入反应釜中,加水稀释至一定浓度,搅拌下加入热法磷酸,反应终点控制在pH值4.2~4.6,蒸发浓缩,冷却至60~70℃析出结晶,离心分离,得二水磷酸二氢钠。再经气流干燥,制得无水磷酸二氢钠成品。中和法的流程较为简单,但生产过程中能耗高,污染大。

中间体置换法

用烷基叔胺做缔合剂,首先与磷酸进行缔合反应,生成烷基叔胺磷酸二氢盐,然后用硫酸钠做置换剂,与烷基叔胺磷酸二氢盐进行第一次置换反应,或者将磷酸、硫酸钠、水及磷酸二氢钠母液配制成溶液,与烷基叔胺进行缔置反应,有55%~99%的磷酸二氢根被置换下来,生成磷酸二氢钠,其纯度可达98.4%。该工艺生产闭路循环,原料综合利用,可节约酸、碱。但原料成本较高,工艺流程较复杂。利用尿素与湿法磷酸反应得到中间体磷酸脲,再将该磷酸脲与氢氧化钠反应制备磷酸二氢钠产品。该工艺路线短、能耗低、生产成本低、操作方便,副产物料浆还可完全回收循环利用,得到的磷酸二氢钠产品纯度≥98%,缺点是使用的湿法磷酸纯度有一定的要求。

结论

当前磷酸二氢钠工业化生产由于湿法磷酸工艺尚不成熟,基本都是采用热法磷酸或湿法净化磷酸与氢氧化钾或碳酸钠反应制得,导致生产方法有限。对于现有技术的磷酸二氢钠生产方法普遍存在着能耗高、副产物难以处理、经济效益不好和不利于环保等问题,开发节能效果好、生产成本低、污染低的磷酸二氢钠生产工艺尤为重要。

参考文献

[1]CN102166015 A,2011

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