双氧水分解速率和稳定性研究

双氧水分解速率和稳定性研究 双氧水分解速率和稳定性研究 第22卷第3期2010年5月 V0l_22No.32010.5 嘉兴学院 JournalofJiaxingUniversity?5l? 10.3969/i.issn.1008—6781.2010.03.0l2 双氧水分解速率和稳定性研究 张清,应超燕,余可娜,顾东虎,肖海湖,吴建一 (嘉兴学院生物与化学工程学院,浙江嘉兴314001) 摘要:通过用高锰酸钾双氧水浓度的方法,来测定双氧水的分解速率.并考察了温度,pH,金属 铜,锰,锌离子等对双氧水的分解速率的影响.得出:pH<3.5和T<35?时双氧水是稳定的,金属铜离子 对双氧水有催化分解作用,与文献报道一致.同时还发现金属离子锰,锌对双氧水的分解没有催化作用,首 次报道了金属锌离子作用下双氧水的分解动力学曲线. 关键词:双氧水;分解速率;高锰酸钾分析法 中图分类号:TQ085.41文献标识码:A.文章编号:1008—6781(2010)03—0051—03 StudyonDecompositionRateandStabilityofHydrogenPeroxide ZHANGQing,YINGChao—yan,YUKe—na,GUDong—hu,XIAOHai—hu,wUJian—yi (SchoolofBiologicalandChemicalEngineering,JiaxingUniversity,Jiaxing,Zhejiang3140 01) Abstract:Byusingpotassiumpermanganatetomeasuretheconcentrationofhydrogenperoxi de,thedecomposition rateofhydrogenperoxidewasdetermined.Theinfluencesoftemperature,pH,metalcopper, manganese,zincionson thedecompositionrateofhydrogenperoxidewerealsostudied.ResultsshowthatwhenpH&l t;3.5andT<35?.hy— drogenperoxideisstable,consistentwiththereposedintheliterature;Thestudyalsoindicates thatmanganeseions andzincionsdontactasacatalystinthedecompositionofhydrogenperoxide.Inaddition,thisp aperreportshydrogen peroxidedecompositionkineticscurvewiththeroleofzincionsforthefirsttime.. Keywords:hydrogenperoxide;decompositionrate;analysisofpotassiumpermanganate 0前言 双氧水作为一种"绿色"试剂,广泛应用于化工,纺织,造纸,军工,电子,航天,医药,建 筑及环境保护等行业.?j由于双氧水分子结构的低对称性及过氧键的存在,造成 双氧水容易发生自 分解反应.同时,高浓度双氧水溶液对杂质特别敏感,许多有机和无机杂质都会使 其催化分解._4j 因此,如何合理使用双氧水将是这类清洁试剂推广的主要因素.作者通过研究双氧 水自身浓度,温 度,pH值及金属离子Mn,cu?和znh对其分解速率和稳定性的影响,找出了双氧水 安全使用和 最低无效分解的条件,从而为工业上使用双氧水提供依据. 1实验部分 1.1主要试剂与仪器 实验所用试剂有KMnO,Na2CO2,CuSO,MnSO,ZnSO,NaOH等均为分析纯,其中 收稿日期:2009—6—17 基金项目:嘉兴学院SRT项目(8517080262) 作者简介:张清(1988一),女,湖北咸宁人,嘉兴学院生物与化学工程学院工艺化工 061班学生;通讯作者:吴建一 - 52?嘉兴学院第22卷第3期 NaC0需干燥后使用. 采用的仪器主要有DELTA320pH计(上海特勒一托利多仪器有限公司). 1.2溶液的标定 1.2.1高锰酸钾溶液的标定 用草酸钠为基准物来间接标定高锰酸钾溶液.准确称量0.07g草酸钠,取50mL水,5mL3moL/L 硫酸于100mL锥形瓶中,在75?水浴条件下加热2min,使草酸钠完全溶解后开始滴加高锰酸钾溶 液,直至溶液颜色变为粉红色时即为反应终点. 在酸性条件下,草酸钠与高锰酸钾的反应式为: 5C2O4+2MnO4一+16H=10CO2t+8H2O+2Mn 1.2.2双氧水溶液的标定 用标定后的高锰酸钾溶液作为基准物标定双氧水溶液.移取0.5mL双氧水于锥形瓶后依次加入 50mL蒸馏水,10mL3mol/L的硫酸,用标定后的高锰酸钾溶液标定双氧水,当溶度由无色变为粉红 色时即为滴定终点.? 在酸性条件下,高锰酸根与双氧水反应为: 2MnO4一+5H202+6H=8H20+2Mn+502t 1.3温度对双氧水分解速率的影响 量取40mL双氧水于三颈瓶中,升温至4O?,保持温度且分别于0,5,10,20,30,40,50, 70,90min时测定双氧水浓度.同理测定50cI=,60?温度下不同时间双氧水浓度. 1.4pH对双氧水分解速率的影响 量取40mL双氧水于三颈瓶中,调节溶液pH=6.0后升温至60?,保持温度且分别于0,20, 40,60,80,100min时测定双氧水浓度. 同理测定pH:3.6,pH:4.5条件下不同时间双氧水浓度. 1.5不同金属离子对双氧水的催化作用(实验方法同上) 在装有40mL双氧水的三颈瓶中加入一定浓度的cu溶液后升温至60~C,保持温度且分别于0, 20,40,50,6O,80,100,120,140,160,180min时测定双氧水浓度. 同理测定不同浓度Mn?,zn的双氧水在相同条件不同时间下的浓度. 2结果与讨论 2.1温度对双氧水分解速率的影响 在相同条件下,反应速率常数k=仅,I:exp(一Ea/RT), 表明温度是影响化学反应速率的主要因素,即:速率常数k是 一 个与温度相关的函数.由图1可知,与40,50?相比,60oC暑 时双氧水的分解速率稍快,说明随着温度的增加双氧水的分解 速率也随之增加,但是分解速率也较慢.总体来说,温度对双 氧水的分解无较大影响.因此,若无其他催化条件的影响,双 氧水在40?以下能够保持稳定. 2?2嘉氧水的分解速叛陕,而Ittl…一……析由图2可知,pH=5.95时,双氧水的分解 速率较快,而……一………,…… 随着pH值的减小,双氧水的分解速率降低,当pH=3.61时双氧水分解速率接近零, 表明当pH< 3.5时,双氧水已经能够保持稳定. 2.3金属离子对双氧水分解速率的影响 在实际生产中,金属离子引入反应体系中十分常见,如反应器本身或在储存,运输, 生产过程中 张清,应超燕,余可娜,等:双氧水分解速率和稳定性研究?53? 都可能带人金属离子,因此,研究几种常见的金属离子对双氧 水分解速率的影响具有十分重要的意义. 2.3.1铜离子对双氧水分解速率的影响 ,加入铜离子后双氧水的分解速率明显加快, 由图3可知 且浓度不同其催化能力也不同.铜离子浓度越大,双氧水的分 解速率越快,即催化作用越强. 2.3.2锰离子对双氧水分解速率的影响 由图4可知,加入锰离子后双氧水的分解速率无明显变 化,说明锰离子对双氧水的分解没有催化作用. 2.3.3锌离子对双氧水分解速率的影响 由图5可知,加入锌离子后双氧水的分解速率无明显变 化,说明锌离子对双氧水的分解同样没有催化作用. 3结论 通过对双氧水在不同条件下分解速率的研究,得出3个方 面的结论: 1)随着温度的升高,双氧水的分解速率稍有加快,但总 体来说分解速率仍较慢,因此双氧水在室温条件下较为稳定, 可长久保存; 2)双氧水在弱酸性和碱性条件下表现出不稳定性,快速 分解,但是在PH<3.5的强酸性条件下双氧水是稳定的,因 此,双氧水必须保持在酸眭条件下,以维持其稳定性; 3) 的催化 图2pH对双氧水分解速率的分析 图3铜离子催化对双氧水分解速率的 分析(T=60~C) 无明显 图4锰离子催化对双氧水分解速率的分析(T=60~C)图5锌离子催化对双氧水分解速率的分析(T=60?) 参考文献: [1]刘炳录.酸碱度对双氧水生产的影响与控制[J].河北化工,2005(4):64—65. [2]吴洪达,黄映恒.过氧化氢的分解反应[J].河池师专:自然科学版,2002,22(2):27—3O. [3]韦友欢,李艳丽,陈小华,等.略谈影响H2O2分解的因素[J].南京师范高等专科学校,2004,21(1):85—86. [4]赵雨萌,杨淑蕙,倪永浩.关于锰对过氧化氢的催化分解作用[J].纸和造纸,2002(6):55—56. [5]盛亮,杨淑蕙.铁离子对过氧化氢催化分解的影响[J].黑龙江造纸,2006(2):11一l2. [6]王清良,黄爱武,杨金辉,等.过氧化氢的氧化特性及其在不同介质中的分解行为研究[J].2005,14(1):59—61. (责任编辑张争)