闲话少叙是书归正传,上回说道笔者回小学参观(假装说了),方知以前在的科技社团准备开发液体发动机,无奈本人没学过发动机设计,只能在燃料制备上提出一点意见,于是开了个会,几个人叭叭一顿,最后决定用四氧化二氮和无水肼组合。
负责人问曰:那水合肼怎么来呢?”
我答曰:“尿素法制备。”
项目负责人又问曰:“无水肼怎么来呢?”
我答曰:“在氮气保护下蒸馏水合肼。”
说得轻巧,现在就来借着论坛这个平台,跟大家讨论一下如下两个问题:
1'业余条件怎么制备水合肼?
2'低质量分数的粗肼,如何安全高效地提纯?
如果你想做一道“红烧兔子”大餐,打开食谱第一步就是要抓一只兔子来;同理,如果想制备无水肼。现在你也会问:“怎么制备水合肼呢?”
地表常见的水合肼制备方式有如下几种:
1'拉西法:用过量氢氧化钠溶液和氨水在加压环境下约450K合成,完成反应仅需数秒并且产率高,但是涉及高压加热,业余条件制造耐压容器不现实,购买又十分昂贵,故不采用。
2'酮连氮法:在酮的存在下,让次氯酸钠与氨反应,反应的中间物在高压水解成水合肼,同上,高压操作难以实现(其改进方法,过氧化氢法一样,不赘述)。
3'尿素法:以次氯酸钠为氧化剂,尿素为氨源,在硫酸镁的存在下,尿素液与次氯酸钠和烧碱混合液反应得到质量分数大约为0.05的粗肼,无需高压,唯一的缺点是副产盐较多,蒸馏分离耗能较大,不过对于业余制备而言,蒸馏分离的难度远低于制造/购买耐压加热容器。
综合来看,尿素法是唯一可行的方案。
下面简要介绍尿素法制备水合肼的工艺:
在0.22~0.24的烧碱溶液中,加入10:1的尿素和次氯酸钠溶液,在105度左右反应,得到含有氯化钠,碳酸钠、少量氢氧化钠和尿素等杂质,肼质量分数约0.05的粗肼,大概组分见下表(单位g/L):
| 肼 | 尿素 | 碳酸钠 | 氯化钠 | 氢氧化钠 | 氢氧化镁 |
| 48 | 16.6 | 142.9 | 171.8 | 1.6 | 0.0057 |
(摘自:尿素法水合肼粗品中盐分去除的新工艺—王振军,文章编号1008-133X(2019)02-0032-05)
下一步的操作就很简单了,如果需要2kg的0.5水合肼,只需要处理约25~30L含肼液即可。
曾记否,负责人问曰:“无水肼怎么来呢?”
这就是第二个问题,含有大量水的水合肼怎么除水呢?
读者如果上过高中,应该知道化工常见的试剂除水方式,一般为以下几种:
1'无水盐投入待处理液,蒸馏后结晶水留住一定水分。
2'五氧化二磷曝气除水。
3'生石灰处理,二氧化碳沉淀,蒸馏。
4'钠干燥。
5'分子筛脱水。
由于粗肼的制备需要大量物料,而且产量较低,所以在浓缩时应当尽量减少水合肼的逸出,常压敞口蒸发应当减少(况且你不怕肼蒸气的毒性吗)
那末,上述数法优劣如何?
4、5价格高昂,不能承受
2过于慢,五氧化二磷处理数十升水效率难以接受
只有1、3值得考虑,可以使用大量无水硫酸镁投入蒸馏除盐后的粗肼中,无水硫酸镁可复用,多次处理后,得到约为0.5的水合肼,再使用氮气保护(二氧化碳是酸性气体,不建议作为保护气),进行进一步除水,最后得到0.9左右的水合肼,再使用生石灰处理,得到最终产物。
本人学识浅薄,能想到的暂时只有这些,等待大家指点讨论。