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

刘德田

安徽晋煤中能化工股份有限公司安徽阜阳236400

摘要：通过用高锰酸钾分析双氧水浓度的方法,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；稳定性

1、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.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。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Mnz,Cuz+和ZnZ+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.

2、实验部分

过氧化氢(俗称双氧水)是一种重要的无机化工原料和精细化工产品，含量一般有3%,30%,35%，有的甚至高达9U%,常用的有30%或35%。由干其无污染的特性，被称为“最清洁”的化工产品，广泛应用干化工、纺织、造纸、军工、电子、航天、医药、建筑及环境保护等行业，具有广泛的应用前景。双氧水呈弱酸性的无色透明液体，分子式为H202，结构式为H-0-0-H,由干其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发分解反应。化学性质极不稳定，遇碱、热、光、粗糙表面、重金属及其它杂质会引起分解，同时放出氧气和热量，具有较大的安全隐患。

然而作为一种重要的化工原料，双氧水难以避免地遇到远距离运输及长时间贮存的需求，这种过干活泼的化学性质使得其贮存运输成为一大难点，稍有不慎极可能引发火灾甚至爆炸。如在运输过程中，贮存双氧水容器的材质只能用纯铝(>99.6%)、不锈钢、玻璃、陶瓷和聚乙烯塑料等，以防止其较强的氧化能力腐蚀容器;高浓度双氧水溶液对杂质较敏感，少量存在的有机或无机杂质都会使其催化分解，进一步导致火灾甚至爆炸;诸如温度、光照强度、pH等，亦对其稳定性产生较大影响，一定程度上引起双氧水分解。

因而，对干其稳定性及分解速率的研究尤为重要，是指导过氧化氢安全运输及贮存的有力保障。本次课题中，模拟双氧水运输环境，通过测定不同反应条件下收集相同体积氧气的时间，探究了浓度、温度、PH、金属离子等因素对干双氧水分解速率的影响，通过控制变量法设计实验过程并对实验结果加以整理分析，探讨双氧水贮存及运输安全注意事项。

2.1主要试剂与仪器

实验所用试剂有Mn04,CuS04,MnS04,ZnS04,NaOH等均为分析纯，其中NaZCZ0: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）。

2.2溶液的标定

2.2.1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SOmL水、SmL3mo1/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.

2.2.2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.SmL双氧水于锥形瓶后依次加入SOmL蒸馏水、lOmL3mo1/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400C，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500C}60℃温度下不同时间双氧水浓度。

2.4pH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600C，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CuZ'溶液后升温至600C，保持温度且分别于0,20,40,50,60,80,100,120,140,160,180min时测定双氧水浓度。

同理测定不同浓度ZnZ+的双氧水在相同条件不同时间下的浓度。

3、结果与讨论z.i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=a*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，600C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。

3.1pH对双氧水分解速率的影响

由图2可知，pH=5.95时，双氧水的分解速率较快，而随着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。

3.2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、生产过程中都可能带入金属离子，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。

对干双氧水的分解速率的影响极大，尤其在中性和碱性条件下可大大加速其分解速率;但是在强酸条件下，尤其时，双氧水较为稳定分解速率缓慢，因此在运输过程中，双氧水溶液中必须加人一定量的酸作为稳定剂。随着双氧水的浓度的升高，分解速率逐渐增大，同时，温度及pH对干高浓度的双氧水分解影响也较为明显，因而在高浓度双氧水的运输过程中，必须额外注意温度和pH的控制。

4、结束语

通过本次探索研究，初步了解了双氧水分解速率的影响因素，包括温度、浓度、pH、金属离子等，得出双氧水运输安全过程中的几点结论:双氧水的分解速率随着温度的升高，呈现加快趋势，总体来讲温度对干双氧水分解的影响程度并不十分剧烈。在室温条件下其自然分解速率较为缓慢，相对稳定可长久保存，运输及储存过程中，应尽量避免温度高50。

参考文献

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