张内雪,周骏宏,郭 雪,文 灿,吕文志,刘 斌,罗 辉
(黔南民族师范学院 化学化工学院,贵州 都匀 558000)
亚磷酸盐因具有良好的还原性,在医药、防锈颜料、塑料加工、农业[1-5]等行业有着广泛的应用前景。从国内外的情况看,人们对亚磷酸及其盐制备及性能的研究较少,忽视了产品的优良性,限制了亚磷酸盐产品的开发及推广。为了掌握亚磷酸铜的制备条件及性能,以亚磷酸和氯化铜为原料,采用氢氧化钠调节体系pH 制备亚磷酸铜,对其制备工艺、影响因素[6-9]及热稳定性进行研究,以期为后续亚磷酸铜的研究提供参考。
固体亚磷酸,w(H3PO3)99%,分析纯;
二水合氯化铜,w(CuCl2·2H2O)99%,分析纯;
氢氧化钠,w(NaOH)96%,分析纯;
盐酸,w(HCl)36%~38%,分析纯。
PXJ-1C+离子活度计、SHBIIIG 循环水真空泵、GFL-125 电热鼓风干燥箱、HS-17 磁力搅拌器、LXO711箱式高温电阻炉等。
H3PO3是二元弱酸,在水溶液中易发生电离反应,生成亚磷酸氢根,当向其中加入CuCl2·2H2O配制的淡蓝色溶液,会形成亚磷酸铜,用NaOH溶液调整反应体系pH 后,亚磷酸铜以沉淀形式析出,反应方程式如下:
亚磷酸铜制备过程如下:称取CuCl2· 2H2O 10.00 g,再取H3PO35.00 g,加入50 mL 水使其溶解,配制成溶液备用,同样操作配制3份溶液;
分别称取分析纯氢氧化钠固体3、5、8 g,加入20 mL水溶解,配制成溶液备用;
先测定氯化铜和亚磷酸混合溶液的pH 值,在常温下分别滴加上述氢氧化钠溶液,监测溶液pH 变化情况,直至将氢氧化钠溶液全部加入氯化铜和亚磷酸混合溶液中;
采用SHBIIIG循环水真空泵、布氏漏斗过滤,并用100 mL蒸馏水洗涤沉淀;
将沉淀放入GFL-125电热鼓风干燥箱中,于100 ℃下干燥45 min,称量。制备过程及产物的实验数据见表1。
表1 制备过程及产物实验数据
由表1可知,当用不同配比的氢氧化钠溶液调节反应体系终点pH时,反应体系均在pH为1.0左右产生沉淀,但3组实验的反应体系终点pH、产物颜色和产率有所差异。反应体系终点pH为6.0 条件下制备的产物产率最高,达到了106.13%。
为了检验所制备的产物及其性质,对其进行表征。
用称量瓶称取终点pH为6.0条件下制备并烘干后的产物1 g 左右,将瓶盖拧紧,分别在50、80、110、150、200 ℃下[8]烘干30 min,其相关实验数据见表2。
表2 产物在不同温度下受热的变化情况
由表2可以看出,在不同温度下同一产物受热
针对此现象进行进一步实验探讨,在200 ℃的烘箱中,探究称量瓶密闭与敞开因素对产物变化的影响,其相关实验数据见表3。
表3 密闭与敞开条件下受热变化情况
由表3可以看出,称量瓶密闭与敞开因素对产物的颜色和状态都有着很大的影响。密闭条件下水分不易挥发,从而影响产物的状态及颜色。
称取在终点pH为6.0条件下制备并烘干后的产物2 g 左右,加入20 mL 水,搅拌;
先慢慢滴加w(HCl)10%的盐酸溶液,当沉淀消失后再慢慢滴入w(NaOH)10%的NaOH 溶液,分别记录pH值,观察现象;
当溶液变为蓝色时,停止加入NaOH 溶液,进行抽滤,然后将沉淀在100 ℃烘干30 min。其相关数据见图1。
图1 产物与酸碱反应情况
实验过程中发现:随着w(HCl)10%的盐酸溶液滴加,溶液颜色变浅,变为浅蓝色;
当pH 为1.00 左右时,沉淀消失明显,溶液浑浊,直至pH为0.89 时,沉淀完全溶解,溶液变为蓝色、透明。滴加w(NaOH)10%的NaOH 溶液后,溶液表面有部分蓝色絮状物生成,当pH 为2.36 时,溶液变浑浊,继续搅拌,有沉淀生成,pH 下降至1.66,溶液颜色变浅;
当pH 为7.64 时,溶液为蓝色;
沉淀烘干后,颜色为绿色。说明在此过程中,亚磷酸铜易溶于酸碱,并与其反应有新的物质生成。
取氯化铜和亚磷酸为原料且反应终点pH 为6时的产物分别进行氧气氛和氮气氛保护下的热重分析[8],结果分别见图2、图3。
图2 亚磷酸铜在氧气条件下的DSC-TGA图
图3 亚磷酸铜在氮气条件下的DSC-TGA图
从图2可知,产物在氧气环境下加热,其质量增加,直至在400 ℃左右曲线趋于平稳,最终在800 ℃时总质量损失率为15.11%。从图3 可知,产物在氮气环境下的质量一直下降,没有发生质量增加的情况。显然亚磷酸铜在特定温度条件下与氧气发生了反应。
为了掌握制备产物的物相以及产物在高温条件下的氧化情况,进一步对制备得到的亚磷酸铜分别在400、600 ℃空气气氛条件下煅烧45 min[8],相关数据见表4。
表4 煅烧实验数据
由表4 可以看出,煅烧温度会影响产物的形态,甚至会有其他物质析出;
随着煅烧温度变化,产物损失率也随之变化。亚磷酸铜在400 ℃有氧煅烧下质量损失率与氧气条件下的DSC-TGA 数据基本吻合。但在600 ℃下两者的质量损失率不同,说明亚磷酸铜与氧发生了反应。
将终点pH 为6.0 条件下制备的产物在50 ℃烘箱中干燥30 min 后,进行XRD 分析,相关数据见图4。
从图4可知,当终点pH为6.0条件下制备并在50 ℃烘箱中受热30 min 时,产物的XRD 图出现了明显的衍射峰,且峰形尖锐,峰强度较高,与亚磷酸铜标准物质的峰形吻合,说明实验成功制备出亚磷酸铜。
图4 受热温度为50 ℃时制得产物的XRD图
(1)采用亚磷酸和氯化铜为原料,混合配制成溶液后,加入氢氧化钠调节溶液pH,在反应终点pH 为6、烘干温度为50 ℃等最优条件下,制得淡蓝色产物,并对产物进行XRD 分析,峰形与亚磷酸铜标准物质的峰形吻合,成功制备出了亚磷酸铜。
(2)亚磷酸铜易溶于酸碱,且与其反应生成新的物质;
受热温度升高,产物的热损失率升高,由0.16%到10.58%,且在200 ℃有氧状态下,热损失率能达到16.39%,受热后的产物颜色也呈现由淡蓝色到灰色的变化趋势。
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