過氧化尿素的制備工藝研究

吳春燕，蔡 敏

（廣西現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)學(xué)院資源工程系，廣西 河池547000）

過氧化尿素的制備工藝研究

吳春燕，蔡 敏

（廣西現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)學(xué)院資源工程系，廣西 河池547000）

以工業(yè)級尿素和雙氧水為原料，先探討了不同穩(wěn)定劑對產(chǎn)品穩(wěn)定性的影響，選擇磷酸二氫鉀為穩(wěn)定劑，再采用正交實驗合成過氧化尿素（UP），研究了反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、原料摩爾比、結(jié)晶溫度、干燥溫度對產(chǎn)品活性氧含量、收率和穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明，合成過氧化尿素的最優(yōu)工藝條件為：反應(yīng)溫度45℃；反應(yīng)時間50 min；摩爾比n（雙氧水）∶n（尿素）＝1．1∶1；結(jié)晶溫度為5℃；烘干溫度為50℃，雙氧水含量可達(dá)35%，收率可達(dá)69%，產(chǎn)品穩(wěn)定度達(dá)97%以上，重現(xiàn)性良好。

過氧化尿素；制備；正交實驗；穩(wěn)定性

過氧化尿素（Urea Peroxide），簡寫為UP，又稱作過碳酸酰胺，是過氧化氫和尿素的加合物，其分子式為CO（NH2）2·H2O，分子量為94．08，外觀為白色結(jié)晶粉末、片狀或粒狀，可溶于有機(jī)溶劑，如乙醚、乙醇、丙酮和甘油等［1］。與眾多的無機(jī)過氧化物相比，如過碳酸鈉、過硼酸鈉等，過氧化尿素具有活性氧含量高、水中穩(wěn)定性高等特點，并且溶于甲醇、乙醇、甘油、丙酮、乙醚等常見有機(jī)溶劑。易溶于水，水溶液兼有尿素和過氧化氫的性質(zhì)，穩(wěn)定性好，在水溶液中緩慢放出氧氣，作用時間長，溶液性質(zhì)溫和，5%濃度的過氧化尿素溶液pH值約為6～7。

過氧化尿素具有極為廣泛的應(yīng)用前景，在洗滌劑行業(yè)中，過氧化尿素可發(fā)揮它優(yōu)良的漂白、消毒和殺菌的作用，作為助劑添加在洗滌劑中；在農(nóng)業(yè)方面可用作氮肥和植物根部供氧劑及魚蝦等水產(chǎn)品的供氧劑；作為漂白劑及柔順劑等可用于紡織業(yè)；同時在應(yīng)用于醫(yī)藥行業(yè)時也顯示了其優(yōu)越性［2~4］，因此有著極其廣泛的開發(fā)空間。干燥的過氧化尿素在低溫密封條件下保存相當(dāng)穩(wěn)定，當(dāng)遇熱并受潮時分解度顯著增大。過氧化尿素可在短時間內(nèi)加熱到60℃不會發(fā)生分解，但在65~75℃之間，過氧化尿素變軟、融化，形成粘稠狀液體，其活性氧含量迅速降低。某些金屬離子，如Fe2＋、Cu2＋、Pb2＋、Mn2＋等，光線照射或受熱會使其分解，穩(wěn)定性降低。而合成過氧化尿素的原料中不可避免存在少量的這些金屬離子，為了防止H2O2分解，增加過氧化尿素的穩(wěn)定性和儲藏性能，通常在生產(chǎn)中加入少許穩(wěn)定劑將金屬離子絡(luò)合，提高過氧化尿素的儲存穩(wěn)定性［5~7］。

1 實驗部分

1．1 實驗藥品及儀器

30%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的過氧化氫（分析純），農(nóng)用尿素，磷酸二氫鉀、高錳酸鉀、草酸鈉、98%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）濃硫酸（均為工業(yè)品）。

減壓抽濾裝置；數(shù)顯恒溫水浴鍋；冰箱；磁力攪拌器；酸式滴定管，燒杯若干。

1．2 實驗原理與流程

反應(yīng)式：H2O2＋CO（NH2）2→CO（NH2）2·H2O工藝流程圖如下：

1．3 實驗步驟

在250 mL燒杯中，加入一定量的過氧化氫溶液，再加入0．4g穩(wěn)定劑，待其完全溶解后，加入10g尿素。然后在不斷攪拌下，加熱至反應(yīng)溫度，使尿素完全溶解，用恒溫水浴鍋保溫反應(yīng)適當(dāng)時間后，溶液緩緩冷卻至適當(dāng)溫度，析出大量的結(jié)晶，過濾，抽濾，濾餅在適當(dāng)?shù)臏囟认赂稍锏玫竭^氧化尿素產(chǎn)品。

1．4 產(chǎn)品質(zhì)量分析

準(zhǔn)確稱取試樣0．15～0．20 g（準(zhǔn)確到0．0001 g）于250 mL錐形瓶中，加入20 mL的蒸餾水溶解，再加入33 mL 0．9 mol·L-1的H2SO4溶液， 用0．02 mol·L-1高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至溶液呈粉紅色，30 s內(nèi)不褪色，即為終點。

過氧化氫含量下列式計算：

式中：V－滴定用去的高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，mL；

C－高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液的摩爾濃度，mol·L-1；

W－過氧化尿素試樣的質(zhì)量，g。

產(chǎn)品收率計算：

2 結(jié)果與討論

2．1 穩(wěn)定劑的影響

在反應(yīng)溫度為50℃，反應(yīng)時間1 h，摩爾比為1．1，結(jié)晶溫度為0℃，烘干溫度為60℃的情況下，試驗了不同穩(wěn)定劑對過氧化尿素的影響，結(jié)果見表1。

表1 不同穩(wěn)定劑對過氧化尿素結(jié)果的影響

由表1可知，穩(wěn)定劑選用磷酸二氫鉀比較好。

2．2 正交實驗部分

本實驗選擇了五因素四水平的正交實驗法，優(yōu)化合成過氧化尿素的實驗。因素水平表見表2。

表2 正交實驗因素水平表

根據(jù)表1選擇L16（45）正交實驗表，正交實驗所得實驗數(shù)據(jù)見表3。

表3 正交實驗表L16（45）

由正交實驗表可知，各因素對雙氧水和產(chǎn)品收率的影響不同。其中各因素對產(chǎn)品收率的影響主次順序為：B＞D＞E＞C＞A，得出最佳工藝條件為：B1D1E3C2A3；對雙氧水含量影響主次順序為：C2＞A3＞B3＞D4＞E2。 綜合考慮產(chǎn)品收率及雙氧水的含量，實驗所得的最優(yōu)工藝條件為：反應(yīng)時間20 min，摩爾比n（雙氧水）∶n（尿素）為1．1∶1，反應(yīng)溫度45℃，結(jié)晶溫度5℃，烘干溫度50℃。按選定的最佳條件進(jìn)行了3次平行實驗，過氧化尿素的收率分別為69．26%、68．98%、69．30%，雙氧水的含量分別為34．95%，35．00%，34．98%， 穩(wěn)定性均達(dá)97%以上，說明選擇的工藝條件穩(wěn)定，重現(xiàn)性良好。

3 結(jié)論

（1）穩(wěn)定劑選用磷酸二氫鉀較好。

（2）各因素對活性氧含量和產(chǎn)品收率的影響不盡相同。各因素對活性氧含量的影響不太明顯，其中以摩爾比影響最大；反應(yīng)時間對產(chǎn)品收率的影響最明顯，結(jié)晶溫度、烘干溫度、摩爾比次之，反應(yīng)溫度影響不顯著。

（3）綜合考慮雙氧水的含量及產(chǎn)品收率，可得實驗所得的最優(yōu)工藝條件為：反應(yīng)溫度為45℃；反應(yīng)時間為50 min；摩爾比n（雙氧水）∶n（尿素）為1．1∶1；結(jié)晶溫度為5℃；烘干溫度為50℃。

［1］ 沈來．過碳酸酰胺產(chǎn)品特性及其應(yīng)用［J］．化工中間體，2001，（9）：13-16．

［2］ 延秀銀，張紅霞．過氧化尿素的合成及應(yīng)用研究進(jìn)展［J］．化工時刊，2009，23（2）：40-43．

［3］ 任志宏，魏文瓏，常宏宏，等．過氧化尿素的合成研究［J］．山西師范大學(xué)學(xué)報 （自然科學(xué)版），2008，22（2）：58-62．

［4］ 郭元平，郭元金，員濤，等．超聲波輻射快速合成過氧化尿素［J］．無機(jī)鹽工業(yè)，2010，42（1）：48-49．

［5］ 湯秀華，馬燮，彭東延．過氧化尿素合成工藝及穩(wěn)定性研究［J］．應(yīng)用化工，2009，38（2）：233-235．

［6］ 王燕，皇甫慧君，梁燕萍，等．幾種物質(zhì)對過氧化尿素穩(wěn)定性能影響的研究［J］．日用化學(xué)工業(yè)，2007，37（3）：209-211．

［7］ 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．

Study on Synthesis Technology of Urea Peroxide

WU Chun-yan，CAI Min
（Department of Resources Engineering，Guangxi Modem Vocational Technology College，Hechi 547000，China）

The synthesis process of urea peroxide from industrial urea and hydrogen peroxide had been studied．The influence on stability of urea peroxide by different stabilizers was investigated and potassium dihydrogen phosphate was selected．Some factors which affected the content of active oxygen，yield of urea peroxide and its stability were researched by means of orthogonal experiments，included reaction temperature，reaction time，ratio of hydrogen peroxide to urea，crystallozation temperature and drying temperature．Optimal conditions were obtained：the reaction temperature was 45℃，reaction time was 40 min，the molar ratio of hydrogen peroxide to urea was 1．1：1，crystallozation temperature was 5℃and drying temperature was 50℃，content of active oxygen was 35%，yield of urea peroxide was 69%and its stability was up to 97%，which had good reproducibility．

urea peroxide；synthesis；orthogonal experiments；stability

O 622.31

A

1671-9905（2011）06-0013-03

吳春燕（1982-），女，廣西欽州人，碩士，講師，主要從事化工教學(xué)和研究工作，Email：wuchunyan117@163.com

2011-03-04