50%过氧化氢是常规供应的化学试剂(不过目前管制了),浓缩应至少以此为基础。
当然,正常的火箭燃料用途,可以买到95%的过氧化氢,全国就一家公司货架化供应,专车专送,药水倒是不贵,但加上运费和行政成本还是有点贵的。
除了减压蒸馏外,最经济的办法,似乎是曝气法,以热氮气/氧气/氩气作为工作气循环曝气,冷凝除水。
不主张为了省少量钱而去折腾不是最优的替代方法,到头来可能花得更多。老老实实做减压蒸馏是明智选择。当然如果目标是增加知识和经历,算是多样性的案例,共沸法也是一种创新,我觉得是可以接受的。
(因为作者这几次实验没怎么拍照录像,所以图像材料可能太少
目前现阶段业余提纯浓缩过氧化氢的思路几乎全为减压蒸馏,其往往伴随以下问题:
1.真空泵价格较为高昂
2.受过氧化氢-水共沸体系影响,浓度有上限(经@qwe提醒,实际上并不会共沸,这里是作者的纰漏,以及文中出现的关于精馏和蒸馏的用语区分,也已进行修改)
本文着重解决这两个问题
首先说明的是,某宝确实有低价格(小几十元)的真空泵,且减压效果能达到0.35atm,但以此根据克劳修斯-拉佩龙方程估算此压强下水的沸点,仍旧有七十余度,即使对于浓缩过氧化氢至30%,也存在温度过高的风险。若进一步减压,只能选择数百元的真空泵,进一步减压到0.15atm,也“只能”把水的沸点降低到53℃左右。
如何进一步降低水的沸点?这让我想到在浓缩乙醇中乙醇与水发生的共沸,是的,一定比例下水会与乙醇发生共沸从而带出水分。能否利用共沸除去水分呢?答案是显然的,可以,但常规共沸体系,也是很多人所认识到的共沸,也即发生在高度互溶的二元液相体系中的共沸,存在着共沸剂难以剔除的问题,若用这类共沸剂进行除水,必然伴随着大量杂质的引入。
这里,我使用了DeepSeek,筛选了大量与水共沸的物质。可以见得,其中有与水互溶性低的物质。于是,全新的思路打开了:异相共沸。
这里本是想详细介绍一下共沸的本质的,但奈何始终没有静下来去好好学习,所以:(作者知识尚浅,只能摘自知乎某个人的回答XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX)
总归来说,也即分子间作用力的大小差异导致混合物相较于纯物质更容易或更不易挥发,改变了特定温度下的饱和蒸汽压,而当加热液体时,一旦饱和蒸汽压达到外界大气压,也就发生了沸腾。而分子间作用力不仅仅发生在高度互溶的两种液体中,异相组元液体的异相界面上同样会产生足够的作用力从而影响沸点,从而发生共沸。
结合之前的筛选,基本可以剔除与水高度互溶的,那么只剩下几个选择:甲苯 苯 环己烷 乙酸乙酯 二氯甲烷 二氯乙烷(图中没有) 等
其中高毒性(苯)以及管制品(甲苯)可以完全不考虑,而剩下几个,二氯甲烷的共沸点虽低(38),但含水量少,需要加入大量共沸剂。乙酸乙酯与二氯乙烷(共沸物水含量沸点与前者相近)似乎成了为数不多的可选项。但七十度的共沸点似乎还是高了,于是第一次实验依旧使用了某宝超值小泵减压到0.35~0.4atm。如下为装置图。共沸剂为二氯乙烷。
当日实验记录:(摘自我的qq空间)
“减压共沸蒸馏28%过氧化氢,配比为过氧化氢溶液30g,二氯乙烷221.1g,将二氯乙烷加入快速搅拌的过氧化氢水溶液中(保证乳浊液状态,提高共沸效率),缓慢升温至沸腾。二氯乙烷中含水量8.9%时在77℃共沸(1ATM),0.35~045ATM减压蒸馏,实测共沸点42~45℃(该压强下水沸点大约72~78℃),除水蒸馏后浓度超过46%,有效验证了减压蒸馏的可行性与共沸降低蒸馏温度的可行性 ,能有效防止过氧化氢分解。(若直接减压蒸馏过氧化氢水溶液,会形成共沸物从而使浓度难以继续升高,此段同样错误,不会发生共沸)通过引入其他共沸剂能有效抑制水与过氧化氢的共沸,有文献表明DCM作为共沸剂可以将过氧化氢蒸馏(给出文章名《无水过氧化氢溶液的制备与运用》知网可以直接搜索得到)至90%”
显然,实验获得了不错的结果,四十余度的温度能有效抑制过氧化氢的分解和减少高浓度过氧化氢爆炸的风险。但问题在于,二氯乙烷回收率极低(没有尾气捕集),而且蒸馏出的乳浊液,也是十分抽象。至于50%左右过氧化氢的保存,不必担心,即使密封也无大碍,记得隔一段时间放气就行。
如下为搜寻到的论文中提到的二氯乙烷共沸剂蒸馏乙酸至高度无水。
也就是说,异相共沸精馏一定程度上可以浓缩一些吸水性还不错的东西(毕竟无水乙酸也可以作干燥剂使)
那么思路打开,如下要解决新的问题
1.加入大量共沸剂,极其浪费
2.温度再低一点
这时候就得设计实验方案,受b站提纯辣椒素启发,回流处理共沸蒸出的液体,干燥,除去水分,然后回流进体系。
这时候就不得不提异相共沸的一个堪称概念神的特质(本人没有系统研究过),也就是,只要水里有共沸剂,就能在异相界面发生共沸并带出水分。但异相共沸的缺点也在这里,基本只发生在界面上,这意味着相当部分的共沸剂,尤其是低沸点高度不溶的共沸剂,有可能被直接蒸出,降低效率,这也许也是二氯乙烷除水效率不理想的原因。
本人因为还没有购置索氏提取器,所以暂时以恒压漏斗代替,上接蛇冷回流。
而干燥剂的选择,常规固体无水盐类几乎无法在回流中使用,原因是吸水膨胀后大概率会堵塞回流通道。所以,再一次在deepseek启发下选择了3A分子筛,填充密度尚可,干燥效果优秀,不变形,且经高温可以回收利用。理论上3A分子筛吸水率达20%质量分数。实验装置如下(蛇冷没拍到):
VID_20250430_203216.mp4 点击下载
实验记录:常压共沸精馏(此处的确为精馏)过氧化氢,采用3A分子筛填充恒压分液漏斗,实际38℃回流2.5h,回流速度平均约1~2滴每秒,加入33.52g28%H2O2,最终结果剩下26~27gH2O2,回收得二氯甲烷13.84g,考虑到最终产物里实际上可能混有不少二氯甲烷,实际浓度应介于35~45,提升不明显,分子筛没有起到应有的作用,而100℃以下充分炒干分子筛中含有的二氯甲烷后,增重13.28g(水不会出来),依此计算浓度约为45%,似乎可能有效果,但不明显。
另外实验中意外出现事故,回流管道掉了,水全浇电热套上了
。不过似乎没有事继续干。实验中一大问题是散热,我购买的小水泵显然不支持持续通水,以至于后来出现了恒压漏斗壳体过热的情况(或者我们可以选购夹套的恒压漏斗进行冷却)。并且总回流时间也偏少,因为二氯甲烷是在是不够了,极难回收,所以只能中止反应。
一个大家常担心的问题就是二氯甲烷是否会被氧化成光气,实测似乎不会(人没有任何事),二氯甲烷的致癌性也值得斟酌,所以实验时务必佩戴防毒面具 ,并加以通风(作者出事后继续反应还是太莽了)
此处同样经@qwe提醒,高浓度过氧化氢与共沸剂的反应任需斟酌与进一步实验来验证)
综上,也算是初步摸索出了一个浓缩过氧化氢的方法,理论上可以一路浓缩至90%以上,但高浓度过氧化氢毕竟极其危险,所以不建议尝试。
还望有兴之人加以探索。
50%过氧化氢是常规供应的化学试剂(不过目前管制了),浓缩应至少以此为基础。
当然,正常的火箭燃料用途,可以买到95%的过氧化氢,全国就一家公司货架化供应,专车专送,药水倒是不贵,但加上运费和行政成本还是有点贵的。
除了减压蒸馏外,最经济的办法,似乎是曝气法,以热氮气/氧气/氩气作为工作气循环曝气,冷凝除水。
不主张为了省少量钱而去折腾不是最优的替代方法,到头来可能花得更多。老老实实做减压蒸馏是明智选择。当然如果目标是增加知识和经历,算是多样性的案例,共沸法也是一种创新,我觉得是可以接受的。
望着房间里面的抽湿润机,似乎产生了大胆的想法。
找一个大的塑料密封箱,里面放抽湿润机,冷凝水用管道排出,再找一个大托盘,倒入30%过氧化氢,盖上密封箱,昼夜不停抽。。。。
感觉可以干到70%?
几个问题:
1.过氧化氢和水并不共沸
2.区分精馏和简单蒸馏
3.高浓度H2O2和有机物可能相互作用生成有毒物质/爆炸
提示:
1.“减压”的核心是降低组分分压而不是绝对压力(所谓的“曝气法”)
2.建议采用现代流程模拟工具先设计,后实验。这几个体系都比较常规,物性容易获得(当然共沸剂-H2O2这对可能不太好找)
附H2O2-H2O@0.3bar相图
初始浓度、目标浓度、多大量?
可以分两步走,先用硅胶或无水氯化钙浓缩一遍;浓度不够用,继续用无水硫酸铜吸水。这些都是很便宜、可重复使用(加热除水)的
不知道作者看没看过Ex&F的这期视频:XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
用的干燥器+五氧化二磷,就是时间会很长