磷酸氢二钠的应用及制备方法

背景及概述^[1][2]

磷酸盐是目前世界各国应用最广泛的食品品质改良剂，在食品生产的各个领域，磷酸盐对食品品质的提高和改善有着不可替代的作用，尤其在肉类工业中有显著提高肉品品质的作用。磷酸氢二钠，无色透明单斜系棱形晶体，一般以12个结晶水的形式存在，密度1.52g/cm3，熔点34.6℃，在空气中易风化，极易失去五分子结晶水而形成七水物(Na₂HPO₄·7H₂O)。可溶于水、不溶于醇，水溶液呈微碱性反应(0.1-1N溶液的PH约为 9.0)，在100℃失去结晶水而成无水物，250℃时分解成焦磷酸钠，高纯度的磷酸氢二钠产品在功能材料、生物科技、农业科技等方面的需求也越来越多，因此高纯度的磷酸氢二钠具有较好的经济效益和社会效益。由于受原料的产地、品位、价格等因素的影响，不同厂家的采用的生产工艺也有所不同，其产品的纯度差别也很大，磷酸氢二钠的生产方法主要有中和法、萃取法、离子交换法、复分解法、直接法、结晶法和电解法等，纯度较高的磷酸氢二钠制备主要采用直接法。磷酸氢二钠作为焦磷酸钠、三聚磷酸钠等产品制备时所需的前体物质，因此对磷酸氢二钠进行制备方面的研究具有重要意义。

应用^[1,3-4]

磷酸氢二钠(disodium hydrogenphosphate)是制备焦磷酸钠、三聚磷酸钠时所需的前体物质，同时磷酸氢二钠也可用作食品添加剂、医用试剂、水处理剂等，在纺织、皮革、油漆等领域内也有其使用价值，

1.磷酸氢二钠对水玻璃改性作用。水玻璃是一种铸型无机粘结剂，无色、无臭、无毒，价格低廉，铸造过程中无烟气、无刺激性或有害物质产生，例如不产生树脂砂和湿型砂浇注时的二垩英、呋喃，无黑色污染，是一种无公害、清洁的铸型粘结剂，系目前广泛应用于铸钢件生产、较符合环境保护要求的主要铸型粘结剂之一。但水玻璃砂的溃散性(出砂性)较差、再生和回用困难限制了其进一步扩大应用的可能。

研究发现，磷酸氢二钠可以提高水玻璃的粘结强度，降低高温残留强度，是改善水玻璃(砂)溃散性的常用改性剂之一，磷酸氢二钠可以提高水玻璃砂吹CO2 后的硬化强度；磷酸氢二钠与水玻璃可形成〔PO4、〔SiO4〕复合玻璃网络；在冷却过程中，由于从〔PO4、〔SiO4〕复合玻璃网络析出β-Na2Si2O5、γ-Na3PO4 和5Na2O·P2O5·4SiO2 等晶体，破坏了水玻璃粘结膜的完整性，以及因磷酸盐玻璃与硅酸盐玻璃收缩性相差极大而导致粘结膜开裂，使水玻璃(砂) 高温溃散性得以改善。

2. 生产磷酸钠盐。包括以下制备步骤：

(1)加 热磷酸氢二钠至融熔；

(2)向融熔的磷酸氢二钠中加入氧化剂形成混合物，磷酸氢二钠与氧 化剂的质量比为1：0.005-0.03；

(3)向混合物中加入活性炭，混合物与活性炭的质量比为 1000：1-3，过滤得到磷酸钠盐溶液；

(4)调节磷酸钠盐溶液的pH值为3.5-13.5。

制备 ^[1-2,5-6]

方法1：在反应装置中加入一定量食品级磷酸，在搅拌状态下，将一定浓度的碳酸钠溶液通过蠕动泵滴加到反应容器里，和磷酸发生中和反应，通过精密酸度计控制pH值，同时保证该反应在一定的恒温温度下进行，当达到pH=8.34时，为反应终点。将反应完毕的液体进行蒸发结晶，然后置于烘箱内烘干，待称重。上述制备磷酸氢二钠的工艺条件是：选择溶液浓度为25%，温度为25℃，加料速度为20mL/min。在此工艺条件下生产的产品产率高为93.3%，并且能够达到食品级添加剂的标准。

方法2：一种高纯磷酸氢二钠制备方法，包括以下步骤：

A、将碳酸氢钠(NaHCO3)缓慢加入到磷酸(H3PO4)溶液中，进行中和反应，反应温度控制在80～100℃，2h，pH值控制在8.7-9.2 之间，然后自然降温，得到磷酸氢二钠溶液。化学反应式：

B、将所得磷酸氢二钠溶液进行离心脱水，蒸发浓缩，再用去离 子水对产品快速淋洗一次，去掉沉淀表面的吸附杂质分子，再离心脱水，得磷酸氢二钠晶体。

C、将所得磷酸氢二钠晶体送入耙式干燥机进行干燥，干燥条件是进气温度120℃，流化气流速0.3m3/s，干燥时间15分钟，最后稳定:工艺条件后得磷酸二氢钾纯度为99.6％。

方法3：一种超低铁无水磷酸氢二钠的生产方法，包括以下步骤：

1）十二水磷酸氢二钠与纯水搅拌加热至60-90℃，完全溶解，过滤；

2）上述滤液冷却到30-60℃，搅拌加入氯化钙水溶液，充分搅拌10-20分钟，pH8.8-9.2；

3）40℃静置陈化1小时；

4）热滤，滤液浓缩，室温结晶；

5）抽滤得结晶，用少量纯水冲洗2-5次，抽干；

6）结晶、空气干燥，然后在120-140℃干燥，得无水磷酸氢二钠成品。

方法4：一种食品级无水磷酸氢二钠的制备方法，其步骤是：原料磷酸液碱过滤后调温、浓度；向中和釜中加入磷酸、液碱，控制液碱加料速度，液碱完全加完后，控制反应温度和控制反应终点，熟化。中和清液浓缩；脱水；采用流化床干燥，制得食品级无水磷酸氢二钠。上述方法首先通过控制原料的处理、中和工艺与参数，有效地保证了合成产品收率及纯度，然后通过流化床工艺实现了从浓缩到结晶到一步干燥实现，从而解决了普通二步法制备无水磷酸氢二钠的问题。有效地节约了人力资源，节约了能源消耗，有效地提高了产量和稳定的产品质量。

主要参考资料

[1] 李宝升, 王修俊, 邱树毅, 等. 食品添加剂磷酸氢二钠制备的工艺研究[J]. 中国食品添加剂, 2009 (6).

[2] CN201210526009.7 一种高纯磷酸氢二钠制备方法

[3] 屈银虎, 邢建东, 高义民. 磷酸氢二钠对水玻璃改性作用的研究[J]. 铸造, 2003, 52(9): 668-671.

[4] CN201710587631.1一种以草甘膦副产物磷酸氢二钠生产磷酸钠盐的方法

[5] CN201310446174.6 一种超低铁无水磷酸氢二钠的生产方法

[6] CN201810333000.1一种食品级无水磷酸氢二钠的制备方法