过氧碳酸钠的应用
发布日期:2018/11/26 11:33:30
背景[1][2]
过碳酸钠(CAS No15630-89-4) 分子式为2NaCO3 ·3H2O ，分子量为314.02，英文名称SodiumPercarbonate，简称SPC，俗称固体双氧水，又称过氧碳酸钠、固体过氧化氢，是过氧化氢与碳酸钠的加成化合物，分解后产生氧气、水和碳酸钠。过碳酸钠不仅具有液体双氧水的功能，在较低的水温下迅速分解释放出氧气，实现漂白、去污、杀菌和去除异昧等功能；同时分解生成的碳酸钠，能够提高水中的pH值，降低硬水中钙、镁离子，使水软化，并且随pH值增加污垢与纤维之问有更多的负电荷产生，从而污垢与纤维之间的排斥性，提高漂白和洗涤效果。
过碳酸钠作为高效氧系漂白剂的代表，凭借其优良的漂白活性和杀菌性能，已被广泛地应用于洗涤(洗衣粉和彩漂粉等)、印染、纺织、造纸、医药卫生、家居和个人护理品配方等领域中。过碳酸钠在洗涤(洗衣粉和彩漂粉等)、印染、纺织、造纸、医药卫生、家居和个人护理品配方等领域中展现了优良的应用效果和广泛的应用前景。目前制约过碳酸钠应用的主要因素为：使用成本及部分产品的稳定性还不能达到应用所需的要求。但是，随着人们对氧漂及环保要求的提高，以及过碳酸钠生产技术的提高，在不远的将来，过碳酸钠将有更广泛的应用前景以及更经济的使用成本。
应用[1]
1. 过碳酸钠在洗涤剂(洗衣粉和彩漂粉等)中的应用
织物上的污垢可分为水溶性污垢，脂性污垢，颜(染)料污垢，油性、蛋白质和淀粉等污垢，由表面活性剂与一般助剂组成的洗涤剂基本上可将油性、蛋白质和淀粉等污垢去除。去除色素性污垢必需添加漂白剂，特别是残留污垢引起的泛黄是最棘手的问题。为此，欧美从20世纪60年代就将过硼酸钠漂白剂作为洗涤剂的组分。但是由于硼的危害越越被人们所熟知，且欧洲及其他一些国家相继颁布限硼禁令，作为新型环保漂白剂，过碳酸钠已完全替代过硼酸钠应用于洗涤剂中。
目前，欧美市场上的高超浓缩洗衣粉中都添加过氧碳酸钠，在很多常规的洗衣粉中也添加过氧碳酸钠。拉美、欧洲典型洗涤配方中均含有过碳酸钠漂白剂在消费者对洗涤产品功效的需求日益多元化，市场开发出的产品功能越来越强大，社会的环保意识逐渐增强的背景下，过碳酸钠在国内高端洗衣粉中的应用有望得到大规模的提升：目前国内有多个品牌的高端品牌洗涤剂添加了过碳酸钠。
为了更好的提高过氧碳酸钠在洗涤剂中的效果，四乙酰乙二胺(漂白活化剂)也已经被成功的添加到洗衣粉和其他清洁与卫生产品中，欧美的添加量为普通洗衣粉(TAED，0.5％～3％)； 浓缩洗衣粉(TAED，3％～8％)；彩漂粉(TAED，8％～20％)；洗碗剂(TAED，4％～5％)。这大大改善了洗涤剂的低温清洗能力，同时进一步增强了过碳酸钠的漂白能力。成立于1928年的化学原料及化学制品制造企业Church&Dwight的产品是典型的成功例子。
其产品OxiClean的主要活性成分为过碳酸钠，该产品被认为是具有强力去污f!生能的家用清洗剂和服装洗涤剂。在50 000多份消费调查的基础上，美国最著名的家居杂志(<Better Homes&Gardens>)评出的2010新产品奖中，OxiClean产品被评为卫生清洁用品。
2. 过氧碳酸钠在牙齿护理产品中的应用
过碳酸钠是一种优质的牙齿保色活性成分。经过18个月临床研究证实，含19％过碳酸钠的佳洁士夜间效果产品的牙齿净白效果与含6％过氧化氢的佳洁士净白牙贴的美白效果无显著差异。长期跟踪研究也表明，佳洁士夜问效果产品不会引发明显的副作。《贝才富》杂志在评价佳洁士的这2款产品时指出，佳沽士净白牙贴和佳洁士夜间效果曾经创下了3亿美元零售额和70％的市场份额。
同时过碳酸钠在变色无髓牙的漂白中也具有很大的应用潜力。牙齿无髓后，牙体变成黑灰色或褐色，无光泽，欠美观。佩洛塔斯联邦大学的实验室研究成果证实，过碳酸钠在变色无髓牙的漂白中起作用，其细胞毒性和遗传毒性与过氧化氢和过氧化脲等常见的变色无髓牙相当。
3. 其他领域的应用
1）作为杀菌消毒产品的应用
过碳酸钠可用于杀灭大肠杆菌、葡萄球菌和肝炎病毒等常见病菌，因而可作为医院、公共场所的杀菌消毒剂，餐具及水果消毒剂和香皂杀菌剂等。索尔维公司的过碳酸钠产品OXYPER。便是例证。同时过碳酸钠能与四乙酰乙二胺一起复配成固体过氧乙酸，相比传统的液体过氧乙酸，过碳酸钠与四乙酰乙二胺复配固体过氧乙酸具有运输、存储、使用安全方便和杀菌效果强等特点，在“非典”时期得到了广泛应用。
2）过碳酸钠在化工工艺中的应用
过碳酸钠可在醛基转化为酚羟基反应、有机硼烷氧化、腈水解、硫醚与胺氧化、烯烃环氧化、酮氧化和仅一二酮断裂氧化等反应中作为氧化剂。另外过碳酸钠还可作为金属表面处理剂、电镀洗涤剂及高分子聚合控制剂等。国内外已经开始广泛使用过碳酸钠来替代双氧水完成相关的有机氧化反应。过碳酸钠的优点是在有机体系下反应温和、易受控制，相比双氧水，反应过程的安全性大大提高。同时，在一些特殊的氧化过程中，过氧碳酸钠与其他氧化剂相比还具有一些独特的性能：极少的含水量。
3）过碳酸钠在造纸行业中的应用
国外的研究已经证明，在纸浆处理中，过碳酸钠是一种有效的漂白剂。从部分指标来看，过碳酸钠的处理优于过氧化氢。2005年，加拿大魁北克大研究人员即在第59届APPITA年会与展会上证了这一点。加拿大造纸研究所科技人员试验了用过碳酸钠漂白针叶木、阔叶木机械浆的效率和对环境的影响。结果表明：当过碳酸钠用量为15.4％ (相当于5.0％过氧化氢)时，漂白针叶木热磨机械浆(TMP)或阔木化学热磨机械浆(CTMP)得到的纸浆白度增加15％ ～16％。对于针叶木热磨机械浆，过碳酸钠漂白效率与用过氧化氢漂白效率相同；而对于阔叶木化学热磨机械浆，过碳酸钠比过氧化氢漂白效率稍好。从上述数据来看，过碳酸钠是一种很好的漂白剂，适用于漂白机械浆TMP和CTMP。
4）过氧碳酸钠在急救或组织工程中的应用
过碳酸钠是一种优质的急救用氧来源。将过碳酸钠与含聚乙烯酸及cu、Fe、co和Mn等任一化合物催化剂的固体物混合，当急救用氧时，加入适量的水，即可分解出氧气，简单方便，供氧量大。这种氧源适于家庭(尤其是农村家庭)、军队、地下施工、矿山开采、抗洪和灭火救灾等急救场合，是一种性能优异的急救供氧剂。
作为供氧剂，过碳酸钠有可能促进医学组织工程技术的进步。在组织工程中，组织活力的提升是一项医学难题。美国维克森林大学的研究证实，在组织工程材料(PLGA)中加入产氧剂(过碳酸钠)可提高组织活力。实验中活性氧产生的持续时间达24 h，组织坏死和细胞凋亡都得以减少。
5）过碳酸钠在水质、土壤处理中的应用
作为固态类的芬顿试验(Fenton reagent)，过碳酸钠在工业废水处理、去除土壤中的持久性有机污染物(POPs)应用中潜力巨大。芬顿试剂是以亚铁离子(Fe2+)为催化剂，用过氧化氢(H：02)进行化学氧化的废水处理方法。由亚铁离子与过氧化氢组成的体系，也称芬顿试剂，它能生成强氧化性的羟基自由基，在水溶液中与难降解有机物生成有机自由基使之结构破坏，最终氧化分解。
芬顿氧化法可有效地处理含硝基苯和ABS等有机物的废水以及用于废水的脱色、除恶臭。国外已将过碳酸钠产品应用于土壤修复，其作用机制包括：1)氧化；2)促进生物修复。该产品通过提供氧气进入地基，增强好氧菌生物降解。
此外，在渔业养殖中，过碳酸纳是一种有效的增氧剂和杀菌剂。在园艺中也有应用，如美国国家环境保护局(u.S.Environmental Protection Agency，简称EPA，或USEPA，或美国国家环保局，或美国环保局)在其《Biopesticides Registration ActionDocument》(PC Code 128860)中指出，过碳酸钠的终端产品可应用于温室、储藏室、苗圃场、长绿色植物的土壤表层和草坪。另外，过碳酸钠产品也已用于非氯泳池水质的快速处理。
制备[2][3]
过氧碳酸钠的生产方法很多，不同的生产方法可以制备不同形式和规格的产品。但概括起来可分为两类：干法生产工艺和湿法生产工艺。
干法生产工艺——在热空气沸腾的流态床上，往无水碳酸钠上喷洒过氧化氢溶液而制得过氧碳酸钠晶体。虽然该法生产流程简单，但生成的产品稳定性差，活性氧含量低，以及生产技术工艺条件严格，操作困难等原因，工业上很少采用。
湿法生产工艺——将过氧化氢水溶液与碳酸钠在稳定剂的存在下进行反应，控制反应温度在5℃以下，然后加入盐析剂使过氧碳酸钠结晶，经离心分离，气流干燥，即得过氧碳酸钠成品。该法生产的产品稳定性好，技术成熟，得到工业上的广泛应用。目前有喷雾法、低温结晶法和溶剂法等方法进行生产。其反应式如下：
反应流程如下：
由于过氧碳酸钠不稳定，当体系中存在重金属离子等杂质以及在高温高湿条件下容易分解，因此除在低湿下反应外，还必须加入稳定剂。研究发现在碳酸钠与过氧化氢反应过程中加入有机化合物和各种无机盐类稳定剂，可以大大提高制得过氧碳酸钠产品的稳定性。
加入的稳定剂种类很多，主要包括无机化合物和有机化合物两大类，其中无机化合物有：1)磷酸或磷酸盐类。如正磷酸、磷酸、磷酸钠、磷酸二氢钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠等；2)碱金属或碱土金属盐类。如硫酸钠、硫酸镁及氯化镁等：3)硅酸盐类。如硅酸盐、硅酸钠等；4)硼酸或硼酸盐类。
如硼酸、偏硼酸钠等；有机化合物有：1)有机胺类化合物。如乙撑二胺醋酸盐、二乙烯三胺五醋酸盐等；2)醇类化合物。如聚乙二醇类、聚乙二硫醇类化合物；3)螯合物与表面活性剂，如8一羟基喹啉，a一苯偶姻肟等：4)脂肪族氨基酸及其盐类，如乙氨酸、谷蛋白、明胶等；5)芳香族化合物。如磺酸镁盐、高级脂肪醇的硫酸脂镁盐等；6)铵盐羧酸盐类，如EDTA；7)非离子表面活性剂。如高级醇、高级脂肪的甘油脂等。
在生产中，稳定剂的选择应根据原料价格且易得的原则选择，多采用一种或两种以上无机和有机化合物组合，这样比采用单一稳定剂的稳定效果更佳。就一般原料和操作条件而言，无机化合物的添加量一般为0.01％～1.0％ ，有机化合物的添加量为0.02％～0.5％。稳定剂的加入既可采用在成品表面进行喷涂的方法，也可采用在反应过程中加入的方法。用上述稳定剂可使制得过氧碳酸钠的有效氧含量高，结晶中的过氧化氢和碳酸钠的组成液接近理论值，产品质量好，储存稳定性能好。
主要参考资料
[1] 魏一帆, 芦鸿武, 张敏敏, 等. 过氧碳酸钠的应用[J]. 日用化学品科学, 2013 (8): 36-38.
[2] 杨仁党, 陈克复. 无污染新型纸浆漂白剂—过氧碳酸钠[J]. 中华纸业, 2001, 22(6): 49-50.
[3] 张伟, 赵美敬. 过氧碳酸钠的生产与发展及其目前的标准现状[J]. 化工科技市场, 2007, 30(8): 33-37.
