过硫酸铵:性质、制备与多元应用

广东大小化工有限公司
2025-05-21

过硫酸铵   4N   高纯;电泳级;电泳专用级;优级纯;分析纯
CAS号:
7727-54-0分析纯 工业级 99%含量;500g/25kg/槽车
一、过硫酸铵的基本信息

过硫酸铵,英文名称为 Ammonium Persulfate,常被称为过二硫酸铵,其化学式为 (NH₄)₂S₂O₈,分子量达 228.201。从外观上看,它呈现出白色结晶或粉末状,给人一种纯净而质朴的感觉,且无特殊气味。在化学物质的分类中,它属于铵盐,这一类别赋予了它一些独特的化学行为和反应特性。
二、过硫酸铵的理化性质
(一)物理性质
过硫酸铵通常呈现为无色单斜晶体,有时也会略带浅绿色,具有潮解性,这意味着它在空气中容易吸收水分。其密度相对较大,为 1.982g/cm³ ,熔点在 120℃时分解,并非像常见物质那样有固定的熔化温度,而是在达到该温度时发生分解反应。它易溶于水,在 0℃时,100mL 水中可溶解 58.2g 过硫酸铵,随着温度升高,其在水中的溶解度也会有所变化。过硫酸铵的水溶液呈现酸性,这是由于其在水中发生水解反应,产生了酸性物质。
(二)化学性质
  1. 强氧化性:过硫酸铵具有强氧化性,这是其最为显著的化学性质之一。在过二硫酸根中,含有过氧基(-O-O-),这是其强氧化性的根源。在化学反应中,过硫酸铵可以将许多物质氧化到较高的价态。例如,它能够把 Mn²⁺氧化为 MnO₄⁻ ,反应方程式为:

2Mn²⁺ + 5S₂O₈²⁻ + 8H₂O → 2MnO₄⁻ + 10SO₄²⁻ + 16H⁺
这一反应在分析化学中常用于锰离子的测定。在有机合成中,过硫酸铵也常被用作氧化剂,推动各类有机反应的进行,如在一些芳环的氧化反应中,它能够为反应提供所需的氧化环境,促使反应朝着预期的方向发生。
  1. 热分解性:受热时,过硫酸铵会发生分解反应。在 120℃时,它会分解放出氧并生成焦硫酸盐,反应式为:

2 (NH₄)₂S₂O₈ → 2 (NH₄)₂SO₄ + 2SO₃↑ + O₂↑
当温度继续升高或在特定条件下,焦硫酸盐还可能进一步分解。这种热分解性质在一些工业生产和实验操作中需要特别关注,因为分解产生的气体可能会对反应体系造成影响,甚至在某些情况下存在安全风险。
  1. 水解反应:与水相遇时,过硫酸铵能发生水解反应,生成硫酸氢铵和过氧化氢,化学方程式为:

(NH₄)₂S₂O₈ + 2H₂O ⇌ 2NH₄HSO₄ + H₂O₂
而生成的硫酸氢铵在水溶液中还会进一步发生电离:
NH₄HSO₄ = NH₄⁺ + H⁺ + SO₄²⁻
这一系列反应使得过硫酸铵的水溶液具有复杂的化学组成和性质,也在一定程度上影响了它在实际应用中的表现。例如,在一些需要控制溶液酸碱度和成分的反应体系中,过硫酸铵的水解反应及其产物需要被仔细考虑和调控。
  1. 与其他物质的反应:过硫酸铵与金属接触时会发生分解反应,这是因为金属的存在可能会催化过硫酸铵的分解过程,或者与过硫酸铵发生氧化还原反应。当它与某些有机物或还原剂混合时,情况则更为危险,极有可能引起爆炸。这是由于过硫酸铵的强氧化性与有机物的还原性或还原剂的还原能力相互作用,在合适的条件下会引发剧烈的化学反应,瞬间释放出大量的能量,从而导致爆炸的发生。因此,在储存和使用过硫酸铵时,必须严格避免它与这些危险物质接触。

三、过硫酸铵的制备方法
工业上,过硫酸铵主要通过电解法制备。首先,将硫酸铵和硫酸按一定比例配制成电解液,这个过程需要精确控制两种原料的比例,以确保后续电解反应的顺利进行。随后,对配置好的电解液进行除杂质处理,去除其中可能含有的金属离子、悬浮物等杂质,这些杂质的存在可能会影响电解反应的效率和产物的纯度。经过除杂后的电解液被送入电解槽中进行电解。在阳极,HSO₄⁻ 离子放电生成过二硫酸(H₂S₂O₈),反应式为:
2HSO₄⁻ → H₂S₂O₈ + 2e⁻
生成的过二硫酸会与电解液中的硫酸铵进一步反应,得到过硫酸铵:
H₂S₂O₈ + (NH₄)₂SO₄ → (NH₄)₂S₂O₈ + H₂SO₄
随着电解过程的持续进行,阳极液中过硫酸铵的含量逐渐增加。当阳极液中过硫酸铵含量达到一定浓度后,将电解液引出,经过过滤,去除其中可能存在的不溶性杂质,接着进行结晶操作,使过硫酸铵从溶液中以晶体的形式析出,最后通过离心分离将晶体与母液分离,并对晶体进行干燥处理,即可得到纯净的过硫酸铵产品。
四、过硫酸铵的应用领域
(一)工业生产领域
  1. 蓄电池工业:在蓄电池工业中,过硫酸铵扮演着重要的电池去极剂角色。它能够有效地改善电池的性能,提高电池的充放电效率和使用寿命。在电池的充放电过程中,电极表面会产生一些极化现象,这会阻碍电池反应的顺利进行,而过硫酸铵可以通过自身的氧化还原反应,帮助消除这些极化现象,使电池能够更稳定地工作。

  1. 聚合反应引发剂:过硫酸铵是有机高分子聚合时常用的引发剂,尤其是在氯乙烯化合物聚合中的乳化聚合和氧化还原聚合过程中,它发挥着关键作用。在聚合反应中,过硫酸铵在一定条件下会分解产生自由基,这些自由基能够引发单体分子之间的聚合反应,使单体分子逐渐连接成长链状的高分子聚合物。例如,在制备聚丙烯酰胺时,过硫酸铵可以作为引发剂,促使丙烯酰胺单体发生聚合反应,形成具有特定分子量和性能的聚丙烯酰胺产品,而聚丙烯酰胺在污水处理、石油开采等领域有着广泛的应用。

  1. 纤维工业脱浆剂:在纤维工业中,过硫酸铵可用作脱浆剂。在纺织过程中,为了保护纤维和便于织造,通常会在纤维表面涂上一层浆料。而在后续的加工工序中,需要将这些浆料去除,过硫酸铵就可以通过氧化作用,将浆料中的有机物质分解,从而实现脱浆的目的,使纤维能够顺利进行下一步的染色、整理等加工处理。

  1. 金属及半导体材料处理:过硫酸铵在金属及半导体材料表面处理方面有着重要应用。它可以作为表面处理剂,对金属表面进行氧化处理,在金属表面形成一层致密的氧化膜,这层氧化膜能够提高金属的耐腐蚀性和耐磨性。在半导体材料的制造过程中,过硫酸铵也可用于刻蚀工艺,通过精确控制反应条件,利用过硫酸铵的氧化性对半导体材料进行选择性刻蚀,从而制作出具有特定图案和结构的半导体器件,这对于现代电子信息技术的发展至关重要。

  1. 石油开采:在石油开采领域,过硫酸铵被广泛应用于油层压裂工艺。油层压裂是一种提高油井产量的重要技术,通过向油层中注入高压液体,使油层岩石产生裂缝,从而增加原油的流动通道。过硫酸铵在压裂液中作为添加剂,能够通过自身的氧化作用,分解压裂液中的一些有机物质,降低压裂液的粘度,提高其流动性,同时还能防止压裂液在油层中形成沉淀,确保压裂工艺的顺利进行,有效提高石油的开采效率。

(二)化学分析领域
  1. 锰的检定和测定:在化学分析中,过硫酸铵常用于检定和测定锰元素。基于其强氧化性,如前文所述,过硫酸铵能够将 Mn²⁺氧化为 MnO₄⁻ ,而 MnO₄⁻ 在溶液中具有特征的紫红色,通过检测溶液颜色的变化以及利用分光光度法等分析手段,可以准确测定样品中锰的含量。这种方法在矿石分析、钢铁分析等领域有着广泛的应用,能够帮助确定矿石中锰的品位以及钢铁中锰元素的质量分数,对于工业生产和质量控制具有重要意义。

  1. 其他分析应用:除了用于锰的测定,过硫酸铵在一些其他分析实验中也有应用。例如,在某些有机化合物的分析中,它可以作为氧化剂,将一些难以直接检测的有机化合物氧化为易于检测的产物,从而实现对这些有机化合物的定性和定量分析。在环境监测中,过硫酸铵也可用于处理水样,将水样中的一些还原性物质氧化,以便后续对其他目标物质进行准确分析。

(三)日常生活相关领域
  1. 食品工业:在食品工业中,食品级的过硫酸铵有着特定的用途。它可以用作小麦改质剂,通过氧化作用改变小麦粉中的蛋白质结构,从而改善面团的加工性能和烘焙品质,使制作出的面包、糕点等食品具有更好的口感和质地。过硫酸铵还可用作啤酒酵母防霉剂,抑制啤酒生产过程中酵母的过度生长和霉菌的滋生,保证啤酒的质量和保质期。

  1. 照相工业:在照相工业中,过硫酸铵可用于去除海波(硫代硫酸钠)。在胶片冲洗过程中,海波作为定影剂使用后,需要将其从胶片表面去除,以防止海波对胶片影像产生不良影响。过硫酸铵能够与海波发生化学反应,将其氧化分解,从而达到去除海波的目的,确保照片的质量和稳定性。

五、过硫酸铵的安全事宜
(一)毒理性质
过硫酸铵具有一定的毒性。通过动物实验数据可知,大鼠经口 LD₅₀为 820mg/kg,这意味着当大鼠口服过硫酸铵达到一定剂量时,会有 50% 的大鼠出现中毒甚至死亡的情况。虽然目前没有关于人类经口摄入过硫酸铵的大量临床数据,但从动物实验结果可以推断,它对人体也存在潜在的危害。当人体接触或摄入过硫酸铵时,会对身体的多个系统产生不良影响。
(二)对人体的危害
  1. 皮肤和眼睛刺激:过硫酸铵对皮肤黏膜具有刺激性和腐蚀性。当皮肤直接接触到过硫酸铵时,可能会引起皮肤炎症,出现红肿、疼痛、瘙痒等症状,长期接触还可能导致皮肤过敏,引发变应性皮炎。如果过硫酸铵不慎进入眼睛,会对眼睛造成强烈刺激,引起疼痛、流泪、红肿等不适,严重情况下可能导致眼睛灼伤,影响视力。

  1. 呼吸系统影响:吸入过硫酸铵的粉尘或蒸气后,会对呼吸系统产生危害。可能会引起鼻炎,导致鼻腔黏膜充血、水肿,出现鼻塞、流涕等症状;还可能引发喉炎,使喉部疼痛、声音嘶哑;严重时会影响呼吸,导致气短、咳嗽等,甚至可能引发更严重的呼吸道疾病。

  1. 消化系统影响:若不慎口服过硫酸铵,会对消化系统造成损害,引起腹痛、恶心、呕吐等症状。这是因为过硫酸铵在胃肠道内会与消化液发生反应,刺激胃肠道黏膜,影响胃肠道的正常功能。

(三)安全操作与储存
  1. 操作注意事项:在使用过硫酸铵时,操作人员必须严格做好防护措施。应佩戴防护手套,选择具有良好防护性能的橡胶手套或塑料手套,避免皮肤直接接触过硫酸铵。同时,要佩戴护目镜,防止过硫酸铵粉末或溶液溅入眼睛。在操作过程中,要确保工作场所通风良好,最好在通风橱中进行操作,及时排出可能产生的粉尘和蒸气,减少对操作人员的危害。此外,要避免过硫酸铵与有机物、还原剂、金属粉末等物质混合,防止发生危险的化学反应。

  1. 储存注意事项:过硫酸铵的储存也需要特别注意。它应存放在干燥、密闭的容器中,以防止其吸收空气中的水分而潮解,同时避免与空气中的氧气、二氧化碳等物质发生反应。储存环境要避免阳光直射,阳光中的紫外线可能会引发过硫酸铵的分解反应。也要远离热源,高温会加速过硫酸铵的分解。另外,储存场所应保持清洁,避免杂质混入,一些杂质如铁锈、少量金属等可能会催化过硫酸铵的分解,导致安全隐患。在储存和搬运过程中,要轻拿轻放,防止包装破损,一旦包装破损,过硫酸铵暴露在空气中,不仅会影响其质量,还可能引发安全问题。

过硫酸铵作为一种重要的化学物质,在众多领域发挥着不可替代的作用。但由于其具有强氧化性、腐蚀性和一定毒性,在使用和储存过程中必须严格遵循安全操作规程,确保人员安全和环境不受污染。随着科技的不断进步,对过硫酸铵的研究和应用也在不断深入,相信未来它将在更多领域展现出更大的价值,同时其安全性和环保性也将得到更好的保障。

支持定制、支持出口、危包商检广东大小化工有限公司销售经理:吴丁香 联系电话:13232379394(微信同号)

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