专利名称：一种催化释氧剂双氧水分解的均相催化体系的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种催化释氧剂双氧水分解的均相催化体系及其在制氧方面的应用。
背景技术：
双氧水作为一种氧化剂，由于其对环境友好的特性，近年来得到普遍重视。单纯用碘化钾分解过氧化氢近年来也是科学工作者感兴趣的课题，向明礼等人在“西南民族学院学报.自然科学版”第28卷第3期和第29卷第1期分别发表了“过氧化氢碘化钾催化分解放应中的新现象”及“对“过氧化氢碘化钾催化分解”催化概念的质疑”两篇论文，对碘化钾分解过氧化氢的机理及反应中的特殊现象进行了研究。
前人大多研究双氧水在酸性到弱碱性情况下各种催化剂对它的催化分解作用，且其催化剂的催化活性较低，反应活化能较高。VIb族金属的含氧酸的碱金属盐及碘化物如钨酸钠和碘化钾都分别作为分解的催化剂被使用过，但催化活性都很低。本发明人意外的发现将这两种催化剂作为复合催化剂，作为释氧剂双氧水分解的催化体系，得到了意想不到的效果。催化活性高，释氧平稳，催化体系与水形成均相溶液，并且可以反复使用，并不因放置时间的长短而失去活性。
发明内容
本发明一种催化释氧剂双氧水分解的均相催化体系，其组成包括(1)VIb族金属的含氧酸、含氧酸盐或过氧酸配合物，如钨酸、钨酸盐、过氧钨酸、过氧钨酸盐或可以与双氧水反应生成过氧钨酸的钨的化合物，鉬酸、鉬酸盐等，具体如钨酸、过氧钨酸、钨酸钠、钨酸钾、鉬酸钠、鉬酸钾、过氧钨酸钠、过氧钨酸钾等，优选钨酸钠或钨酸钾。
(2)碘、氢碘酸或其盐；具体如单质碘、氢碘酸、碘化钠、碘化钾等，优选碘化钠或碘化钾。
(3)碱性助催化剂，包括氢氧化物、强碱弱酸的盐或有机碱类化合物；具体如碳酸钾、碳酸钠、硅酸钠、氢氧化钾、氢氧化钠、六次甲基四胺等，优选碳酸钠。
催化体系中(1)与(2)两种催化剂组分的摩尔比为100∶1～1∶100，较好为10∶1～1∶10以6∶4～4∶6为佳；本发明所述的均相催化反应在一种碱性助催化剂的存在下进行，发明人发现，在其它条件固定的情况下，随着体系中碱性助催化剂质量的增加，产生氧气的速率也在成正比增加，应根据所需释氧速率和不同的应用要求添加不同量的碱。一般情况下，为了产气平稳，要选择合适的碱性助催化剂的使用量，本发明中碱使用量一般在0.001～10mol/L范围内，以0.01～1mol/L为好。
本发明所述的均相催化反应中，随着体系中反应温度的升高，产生氧气的速率也明显加快，应根据不同需求的产氧速率，选择适当的温度，一般反应温度控制在0℃～40℃之间，以0℃～20℃为好。
本发明所述的均相催化反应中，也应根据所需释氧速率和不同的应用要求来调整催化剂浓度，催化剂浓度一般控制在2×10-3摩尔/升～8×10-3摩尔/升，以3×10-3摩尔/升～5×10-3摩尔/升为好。
实施例实验采用皂膜法，并在磁力搅拌，超级恒温水浴或冰浴(温度误差±0.5℃)，测定催化剂催化双氧水分解放出的O2体积，实验时先将催化剂、双氧水、配成一定浓度的溶液。反应时取25mlH2O2、25ml水、一定质量的碱性助催化剂置于100ml反应瓶中，开动搅拌器和恒温水，同时也将催化剂(总量10ml)量取好放入试管中置于恒温水中恒温，待温度恒定到预期温度时迅速将催化剂加入反应器中并装好仪器，再迅速压出一个气泡，当皂膜到达刻度时开始用秒表记时，由量气管读出H2O2分解放出的氧量Vt。每隔1min记录一次数据，直到每分钟产气量小于1ml。
图1为实验装置图。
实施例1将Na2WO4·2H2O(A)、KI(B)各自配成0.025mol/L的溶液，把双氧水配成浓度为0.78mol/L的溶液，控制温度在0℃，碳酸钠量1.5g，催化剂总摩尔数0.00025mol，反应体系总体积60ml，A比B摩尔比为7∶3，按上述步骤进行实验。结果见表1。
实施例2其它条件同实施例1，仅将A比B摩尔比改为6∶4，按上述步骤进行实验。结果见表1。
实施例3其它条件同实施例1，仅将A比B摩尔比改为5∶5，按上述步骤进行实验。结果见表1。
实施例4其它条件同实施例1，仅将A比B摩尔比改为4∶6，按上述步骤进行实验。结果见表1。
实施例5其它条件同实施例1，仅将A比B摩尔比改为3∶7，按上述步骤进行实验。结果见表1。
实施例6控制温度在0℃，把双氧水配成浓度为0.78mol/L的溶液、反应体系总体积60ml，碳酸钠量1.5g，A比B摩尔比为4∶6，催化剂总浓度为0.0042mol/L，按上述步骤进行实验。结果见表2。
实施例7其它条件同实施例6，仅将催化剂浓度改为0.0050mol/L，结果见表2。
实施例8其它条件同实施例6，仅将催化剂浓度改为0.0067mol/L，结果见表2。
实施例9其它条件同实施例6，仅将催化剂浓度改为0.0083mol/L，结果见表2。
实施例10将Na2WO4·2H2O(A)、KI(B)各自配成0.03mol/L的溶液。把双氧水配成浓度为0.78mol/L的溶液，控制温度在0℃，碳酸钠量1.5g，催化剂总摩尔数0.0003mol，反应体系总体积60ml，A比B摩尔比为5∶5，按上述步骤进行实验。实验完后放置3天后再加入2ml的30％的双氧水，但不用补加催化剂，如此重复四次。第1，5次的结果见表3。
实施例11将Na2WO4·2H2O(A)、KI(B)各自配成0.025mol/L的溶液。控制温度在0℃，把双氧水配成浓度为0.78mol/L的溶液，催化剂总摩尔数0.00025mol，反应体系总体积60ml，A比B摩尔比为4∶6，碳酸钠量0.5g(0.078mol/L)按上述步骤进行实验。结果见表4。
实施例12其它条件同实施例11，仅将碳酸钠量改为1.0g(0.156mol/L)进行实验。结果见表4。
实施例13其它条件同实施例11，仅将碳酸钠量改为2.0g(0.312mol/L)进行实验。结果见表4。
实施例14其它条件同实施例11，仅将碳酸钠量改为3.0g(0.468mol/L)进行实验。结果见表4。
实施例15其它条件同实施例11，仅将碳酸钠量改为4.0g(0.630mol/L)进行实验。结果见表4。
实施例16其它条件同实施例11，仅将碳酸钠量改为5.0g(0.780mol/L)进行实验。结果见表4。
实施例17将Na2WO4·2H2O(A)、KI(B)各自配成0.03mol/L的溶液。控制温度在0℃，把双氧水配成浓度为0.78mol/L的溶液，碳酸钠量1.5g，催化剂总摩尔数0.0003mol，反应体系总体积60ml，A比B摩尔比为5∶5，按上述步骤进行实验。结果见表5。
对比例1将市售氧立得释氧剂2.1g溶于50ml水中，搅拌在0℃下恒温，Na2WO4·2H2O(A)、KI(B)各自配成0.03mol/L的溶液。控制温度在0℃，催化剂总摩尔数0.0003mol，A比B摩尔比为5∶5，按上述步骤进行实验。结果见表5。
对比例2其它条件同实施例1，催化剂只采用总摩尔数与实施例1相同的A组分，结果见表6。
对比例3其它条件同实施例1，催化剂只采用总摩尔数与实施例1相同的B组分，结果见表6。
实施例18将KI(B)配成0.03mol/L的溶液。把双氧水配成浓度为0.78mol/L的溶液，控制温度在0℃，碳酸钠量1.5g，反应体系总体积60ml，A采用0.05g过氧钨酸钠，其中过氧钨酸钠参考下述文献合成[(1)石晓波，岳斌，林秉发等，WPTA-H2O2-KOH体系制备过氧钨酸钾的研究，高等学校化学学报，1993，14(4)450-453；(2)吕希伦，无机过氧化合物化学，北京，科学出版社，198770-86]。按上述步骤进行实验。结果见表7。
实施例19将KI(B)配成0.03mol/L的溶液。把双氧水配成浓度为0.78mol/L的溶液，控制温度在0℃，碳酸钠量1.5g，反应体系总体积60ml，A采用0.07g过氧钨酸钠，其中过氧钨酸钠参考实施例18所述文献合成。按上述步骤进行实验。结果见表7。
实施例20将Na2WO4·2H2O(A)、配成0.03mol/L的溶液。把双氧水配成浓度为0.78mol/L的溶液，碳酸钠量1.5g，催化剂总摩尔数0.0003mol，反应体系总体积60ml，B采用0.0196g单质碘，A比B摩尔比为5∶2.5控制温度在0℃，按上述步骤进行实验，结果见表8。
实施例21将Na2WO4·2H2O(A)、KI(B)各自配成0.03mol/L的溶液。控制温度在0℃，把双氧水配成浓度为0.78mol/L的溶液，催化剂总摩尔数0.0003mol，反应体系总体积60ml，A比B摩尔比为5∶5，硅酸钠(NaSiO3·9H2O)2g(0.128mol/L)按上述步骤进行实验。结果见表9。
实施例22将Na2WO4·2H2O(A)、KI(B)各自配成0.03mol/L的溶液。控制温度在0℃，把双氧水配成浓度为0.78mol/L的溶液，催化剂总摩尔数0.0003mol，反应体系总体积60ml，A比B摩尔比为5∶5，六次甲基四胺3g(0.357mol/L)按上述步骤进行实验。结果见表10。
实施例23将Na2WO4·2H2O(A)、KI(B)各自配成0.03mol/L的溶液，把双氧水配成浓度为0.78mol/L的溶液，控制温度在0℃，碳酸钠量1.5g，催化剂总摩尔数0.0003mol，反应体系总体积60ml，A比B摩尔比为98∶2，按上述步骤进行实验。结果见表11。
实施例24将Na2WO4·2H2O(A)、KI(B)各自配成0.03mol/L的溶液，把双氧水配成浓度为0.78mol/L的溶液，控制温度在0℃，碳酸钠量1.5g，催化剂总摩尔数0.0003mol，反应体系总体积60ml，A比B摩尔比为2∶98，按上述步骤进行实验。结果见表12。
表1
表2
表3
表4
表5
表6
表7
表8
表9
表10
表11
表12
权利要求
1.一种催化释氧剂双氧水分解的均相催化体系，其组成包括(1)VIb族金属的含氧酸、含氧酸盐或过氧酸配合物；(2)碘、氢碘酸或其盐；(3)碱性助催化剂，包括氢氧化物、强碱弱酸的盐或有机碱类化合物；其中(1)与(2)两种成分的摩尔比为100∶1～1∶100，碱性助催化剂的使用量为0.001～10mol/L。
2.根据权利要求1所述的均相催化体系，其中所述的VIb族金属的含氧酸、含氧酸盐或过氧酸配合物为钨酸、钨酸盐、过氧钨酸、过氧钨酸盐或可以与双氧水反应生成过氧钨酸的钨的化合物。
3.根据权利要求2所述的均相催化体系，其中所述的VIb族金属的含氧酸盐为钨酸钠或钨酸钾。
4.根据权利要求1所述的均相催化体系，所述的氢碘酸盐为碘化钠或碘化钾。
5.根据权利要求1所述的均相催化体系，其中所述的碱性助催化剂为碳酸钾、碳酸钠、硅酸钠、氢氧化钾或氢氧化钠。
6.根据权利要求5所述的均相催化体系，其中所述的碱性助催化剂为碳酸钠。
7.根据权利要求1所述的均相催化体系，其中碱性助催化剂的使用量为0.01～1mol/L。
8.根据权利要求1所述的均相催化体系，其中(1)与(2)两种成分的摩尔比为10∶1～1∶10。
9.根据权利要求8所述的均相催化体系，其中(1)与(2)两种成分的摩尔比为6∶4～4∶6。
10.权利要求1～9任何一项所述的均相催化体系在催化释氧剂双氧水分解中的应用。
全文摘要
本发明一种催化释氧剂双氧水分解的均相催化体系，包括(1)VIb族金属的含氧酸、含氧酸盐或过氧酸配合物；(2)碘、氢碘酸或其盐；(3)碱性助催化剂，包括氢氧化物、强碱弱酸的盐或有机碱化合物，所组成的复合催化体系，用于释氧剂双氧水分解，得到了意想不到的效果。催化活性高，释氧平稳，催化体系与水形成均相溶液，并且可以反复使用，并不因放置时间的长短而失去活性，且绿色环保。
文档编号B01J27/06GK1974003SQ20061016552
公开日2007年6月6日 申请日期2006年12月21日 优先权日2006年12月21日
发明者刘振东, 陈小斌 申请人:北京服装学院