專利名稱：一種全硫碳酸鈉的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及全硫碳酸鈉制備的方法。
背景技術(shù)：
全硫碳酸鈉又名三硫代碳酸鈉，化學(xué)符號Na2CS3，英文名sodium thiocarbonate，sodiumtrithiocarbonate，sodium sulfocarbonate，disodium carbonotrithioic acid。全硫碳酸鈉能用于重金屬廢水的處理，能與重金屬離子形成不溶性的硫化物。全硫碳酸鈉中的全硫碳酸根離子能與鉛(Pb)，鋅(Zn)，銅(Cu)，汞(Hg)、鎘(Cd)、和鐵(Fe)等重金屬離子形成硫化物(見美國專利USA4,678,584)。同時，全硫碳酸鈉也能用于橡膠分子量調(diào)節(jié)劑-丁(二硫二異丙基原黃酸酯)含量的定量檢測和合成全硫碳酸酯類的多硫結(jié)構(gòu)有機物。
全硫碳酸鈉制備的方法通常來說有以下幾種方法①最常用的是氫氧化鈉(NaOH)與二硫化碳(CS2)發(fā)生反應(yīng)。
(1)②硫化鈉(Na2S)與二硫化碳(CS2)直接反應(yīng)也可以制備全硫碳酸鈉。
(2)③從纖維素黃原酸鹽的副產(chǎn)物中回收全硫碳酸鈉。生產(chǎn)纖維素黃原酸鹽中，過量的二硫化碳和氫氧化鈉形成全硫碳酸鈉和碳酸鈉[見方程(1)]。
全硫碳酸鈉晶體有α和β兩種同素異形結(jié)構(gòu)。α-Na2CS3呈紅色，在105℃以下穩(wěn)定存在。α全硫碳酸鈉加熱到135℃會轉(zhuǎn)變成褐色的β-Na2CS3。兩種晶型的Na2CS3都易溶于水，溫度高于140℃都不穩(wěn)定，會分解成為硫化鈉和二硫化碳。Na2CS3的水合物有Na2CS3·2H2O(黃色)，Na2CS3·3H2O(橙色)，Na2CS3·4H2O(橙色)。室溫下多形成Na2CS3·4H2O結(jié)構(gòu)。由于二硫化碳(CS2)的沸點低(常壓下沸點為43.6℃)，且易燃、易爆，這給制備全硫碳酸鈉帶來了一定難度。為克服這一難度，日本專利JP4260607中介紹的全硫碳酸鈉的制備方法向耐壓反應(yīng)器(帶攪拌機和溫度計，容量200ml)加入34％的Na2S水溶液45.9g(0.20mol)。系統(tǒng)采用充氮氣置換后，把15.2g的CS2(0.20mol)在10分鐘內(nèi)導(dǎo)入系統(tǒng)，升溫到45℃，反應(yīng)5小時后，冷卻到室溫可得到49.6％的三硫代碳酸鈉水溶液61.1g。三硫代碳酸鈉的收率為98％(摩爾比)。
到目前為止，現(xiàn)有制備全硫碳酸鈉的方法，均與JP4260607的日本專利相近似，即需要在耐壓容器中，在20℃～50℃的條件下反應(yīng)2小時～7小時。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，針對已有技術(shù)存在的不足，提供一種在常壓條件下，快速高效地制備全硫碳酸鈉的方法。
本發(fā)明的全硫碳酸鈉的制備方法，其中的全硫碳酸鈉仍是通過硫化鈉(Na2S)與二硫化碳(CS2)的直接反應(yīng)制備而成。與現(xiàn)有方法不同的是，本發(fā)明包括以下步驟a、將硫化鈉溶液盛入非金屬的常壓反應(yīng)容器中，接著加入起物質(zhì)轉(zhuǎn)移作用的適量乙醇；b、向硫化鈉溶液內(nèi)溶入等量或過量二硫化碳；c、用微波對反應(yīng)容器加熱，并把容器內(nèi)溶液的溫度控制在20℃～45℃之間；d、反應(yīng)結(jié)束后，開啟冷凝水，然后，轉(zhuǎn)移、過濾、靜置分液；e、低溫結(jié)晶純化、得到全硫碳酸鈉晶體。
進(jìn)一步講，在本發(fā)明中，步驟a中的反應(yīng)容器是常壓回流的反應(yīng)器。
本發(fā)明的優(yōu)越性如下從方案中不難看出，本發(fā)明不需要現(xiàn)有全硫碳酸鈉制備方法中所必需的耐壓容器；由于本發(fā)明是在常壓條件進(jìn)行反應(yīng)的，進(jìn)而也不需要密閉裝置了，因此，其操作簡便易行，觀察與控制方便。采用現(xiàn)有技術(shù)中沒有采用過的微波加熱方式后，反應(yīng)時間極大地縮短了。以用0.20mol的硫化鈉參預(yù)反應(yīng)為例，它由現(xiàn)有技術(shù)的2h～7h降低到5min～20min。因此，極大地提高了反應(yīng)的速率。當(dāng)然，同時也極大地節(jié)省了全硫碳酸鈉的制備成本?？傊景l(fā)明為全硫碳酸鈉的合成制備及純化提供了嶄新的思路和方法。
下面結(jié)合實施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
具體實施例方式
一種全硫碳酸鈉的制備方法。其中的全硫碳酸鈉是通過硫化鈉與二硫化碳的直接反應(yīng)而制備成的。該方法包括如下步驟a、將硫化鈉溶液盛入非金屬的常壓反應(yīng)容器中，接著加入起物質(zhì)轉(zhuǎn)移作用的適量乙醇；b、向硫化鈉溶液內(nèi)溶入等量或過量二硫化碳；c、用微波對反應(yīng)容器加熱，并把容器內(nèi)溶液的溫度控制在20℃～45℃之間；d、反應(yīng)結(jié)束后，開啟冷凝水，然后，轉(zhuǎn)移、過濾、靜置分液；e、低溫結(jié)晶純化、得到全硫碳酸鈉晶體。
由于通過硫化鈉與二硫化碳的直接反應(yīng)來制備全硫碳酸鈉，已是本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的，雖然以前沒有采用過本發(fā)明所提出的步驟及其工藝方法，但通過上述披露后，本領(lǐng)域的技術(shù)人員已經(jīng)能夠結(jié)合常規(guī)試驗或?qū)嶒瀬碓佻F(xiàn)本發(fā)明、并取得預(yù)期的效果了。因此，以下更詳盡披露的內(nèi)容并非是一成不變的，完全可以根據(jù)其他要求和條件、通過常規(guī)的試驗進(jìn)行調(diào)整。
進(jìn)一步講，在上述具體實施方式
中，步驟a中的反應(yīng)容器是常壓回流的反應(yīng)器；在步驟c中，容器內(nèi)溶液的溫度控制在30℃～40℃之間較好。
更進(jìn)一步講，在上述具體實施方式
中，更好的工藝配比和條件是在步驟a中的硫化鈉溶液的濃度按11g～12g的Na2S·9H2O/100mL水的比例配制，與該比例對應(yīng)的乙醇為5ml；在步驟e中，低溫結(jié)晶純化的溫度為-5℃～0℃。
通過實驗驗證，得到的更好工藝配比和條件是在步驟a中，硫化鈉溶液的濃度按11.4g的Na2S·9H2O/100mL水的比例配制；在步驟c中，容器內(nèi)溶液的溫度控制在40℃。
在實驗室驗證的基本操作步驟如下(a)Na2S溶液盛入球形圓底燒瓶中，加入少量起物質(zhì)轉(zhuǎn)移作用的乙醇，加入等物質(zhì)量或約為過量的CS2，設(shè)定微波功率、反應(yīng)溫度、微波作用時間。開啟冷凝水，回流反應(yīng)5min～20min。
(b)反應(yīng)結(jié)束后，將得到的溶液低溫(-5℃～0℃)下結(jié)晶分離純化。
驗證試驗一將11.4gNa2S·9H2O固體與100mL乙醇盛入三頸燒瓶中，加入100ml CS2過量的CS2，將其放入微波催化合成/萃取儀進(jìn)行反應(yīng)。升溫功率400W，反應(yīng)溫度45℃，反應(yīng)時間5min。反應(yīng)結(jié)束后，溶液轉(zhuǎn)入分液漏斗，靜置分液。然后，低溫結(jié)晶純化后得到全硫碳酸鈉晶體。實驗用標(biāo)準(zhǔn)碘溶液滴定分析表明，硫化鈉的轉(zhuǎn)化率為44.5％。
驗證試驗二將11.4gNa2S·9H2O固體與100mL水盛入三頸燒瓶中，加入100ml CS2過量的CS2，加入5ml乙醇。將反應(yīng)體系放入微波催化合成/萃取儀進(jìn)行反應(yīng)。升溫功率900W，反應(yīng)溫度40℃，反應(yīng)時間10min。反應(yīng)結(jié)束后，溶液轉(zhuǎn)入分液漏斗，靜置分液。低溫結(jié)晶純化后得到全硫碳酸鈉晶體。實驗用標(biāo)準(zhǔn)碘溶液滴定分析表明，硫化鈉的轉(zhuǎn)化率為96.8％。
驗證試驗三將11.4gNa2S·9H2O固體與100mL水盛入三頸燒瓶中，加入100ml CS2過量的CS2，加入5ml乙醇。將反應(yīng)體系放入微波催化合成/萃取儀進(jìn)行反應(yīng)。升溫功率1000W，反應(yīng)溫度30℃，反應(yīng)時間15min。反應(yīng)結(jié)束后，溶液轉(zhuǎn)入分液漏斗，靜置分液。然后，低溫結(jié)晶純化后得到全硫碳酸鈉晶體。實驗用標(biāo)準(zhǔn)碘溶液滴定分析表明，硫化鈉的轉(zhuǎn)化率為97.9％。
驗證試驗四將11.4gNa2S·9H2O固體與100mL水盛入三頸燒瓶中，加入100ml CS2過量的CS2，加入5ml乙醇。將反應(yīng)體系放入微波催化合成/萃取儀進(jìn)行反應(yīng)。升溫功率800W，反應(yīng)溫度40℃，反應(yīng)時間20min。反應(yīng)結(jié)束后，溶液轉(zhuǎn)入分液漏斗，靜置分液。然后，低溫結(jié)晶純化后得到全硫碳酸鈉晶體。實驗用標(biāo)準(zhǔn)碘溶液滴定分析表明，硫化鈉的轉(zhuǎn)化率為98.3％。
驗證試驗五將11.4gNa2S·9H2O固體與100mL水盛入三頸燒瓶中，加入100ml CS2過量的CS2，加入5ml乙醇。將反應(yīng)體系放入微波催化合成/萃取儀進(jìn)行反應(yīng)。升溫功率1000W，反應(yīng)溫度40℃，反應(yīng)時間20min。反應(yīng)結(jié)束后，溶液轉(zhuǎn)入分液漏斗，靜置分液。然后，低溫結(jié)晶純化后得到全硫碳酸鈉晶體。實驗用標(biāo)準(zhǔn)碘溶液滴定分析表明，硫化鈉的轉(zhuǎn)化率為98.7％。
權(quán)利要求
1.一種全硫碳酸鈉的制備方法，其全硫碳酸鈉是通過硫化鈉與二硫化碳的直接反應(yīng)而制備成的，其特征在于，該方法包括如下步驟a、將硫化鈉溶液盛入非金屬的常壓反應(yīng)容器中，接著加入起物質(zhì)轉(zhuǎn)移作用的適量乙醇；b、向硫化鈉溶液內(nèi)溶入等量或過量二硫化碳；c、用微波對反應(yīng)容器加熱，并把容器內(nèi)溶液的溫度控制在20℃～45℃之間；d、反應(yīng)結(jié)束后，開啟冷凝水，然后，轉(zhuǎn)移、過濾、靜置分液；e、低溫結(jié)晶純化、得到全硫碳酸鈉晶體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全硫碳酸鈉的制備方法，其特征在于，步驟a中的反應(yīng)容器是常壓回流的反應(yīng)器；在步驟c中，容器內(nèi)溶液的溫度控制在30℃～40℃之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的全硫碳酸鈉的制備方法，其特征在于，在步驟a中，硫化鈉溶液的濃度按11g～12g的Na2S·9H2O/100mL水的比例配制，與該比例對應(yīng)的乙醇為5ml；在步驟e中，低溫結(jié)晶純化的溫度為-5℃～0℃。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的全硫碳酸鈉的制備方法，其特征在于，在步驟a中，硫化鈉溶液的濃度按11.4g的Na2S·9H2O/100mL水的比例配制；在步驟c中，容器內(nèi)溶液的溫度控制在40℃。
全文摘要
一種全硫碳酸鈉的制備方法。該全硫碳酸鈉是通過硫化鈉與二硫化碳的直接反應(yīng)制備而成。本發(fā)明包括以下步驟a、將硫化鈉溶液盛入非金屬的常壓反應(yīng)容器中，接著加入起物質(zhì)轉(zhuǎn)移作用的適量乙醇；b、向硫化鈉溶液內(nèi)溶入等量或過量二硫化碳；c、用微波對反應(yīng)容器加熱，并把容器內(nèi)溶液的溫度控制在20℃～45℃之間；d、反應(yīng)結(jié)束后，開啟冷凝水，然后，轉(zhuǎn)移、過濾、靜置分液；e、低溫結(jié)晶純化、得到全硫碳酸鈉晶體。由于本發(fā)明不需要現(xiàn)有制備方法中所必需的耐壓容器；采用現(xiàn)有技術(shù)中沒有采用過的微波加熱方式。因此，其操作簡便易行，觀察與控制方便；反應(yīng)時間極大地縮短了，由現(xiàn)有的2h～7h降低到5min～20min；得到的全硫碳酸鈉純度高。
文檔編號C01D7/00GK1837051SQ20061005420
公開日2006年9月27日 申請日期2006年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月7日
發(fā)明者陶長元, 劉作華, 杜軍, 劉仁龍, 唐金晶 申請人:重慶大學(xué)