由二氧化碳制备碳酸氢钠

技术领域

本发明涉及化学和化工科学领域，与由二氧化碳制备碳酸氢钠有关。

背景技术

全球变暖是当前的全球性问题，对人类、动物和环境造成了不利影响。该问题主要是由温室气体尤其是二氧化碳(CO

为了减少二氧化碳(CO

碳酸氢钠(NaHCO

根据专利数据库，有一些关于碳酸氢钠制备的现有技术，如以下实施例所示。

公布号为US2622004A，发明名称为“Cyclic process for production of sodiumbicarbonate and ammonium chloride(用于生产碳酸氢钠和氯化铵的循环方法)”的美国专利申请描述了由如下方法合成碳酸氢钠(NaHCO

公布号为WO2012050437A3，发明名称为“Production of sodium bicarbonatefrom a basic process stream-treatment of a gas flow containing carbon dioxideobtained from burning at least one organic waste or feed stream,on the onehand to produce sodium bicarbonate-quenching the gas flow using an alkalineaqueous liquid(由碱性工艺料流生产碳酸氢钠-处理由燃烧至少一种有机废物或进料料流获得的含二氧化碳的气流，一方面以生产碳酸氢钠-使用碱性水性液体将该气流淬灭)”的国际专利申请；公布号为EP1858807A1，发明名称为“Method for obtaining sodiumcarbonate crystals(用于获得碳酸钠晶体的方法)”的欧洲专利申请；专利号为KR10157125 IB I的韩国专利；公布号为US4405592A，发明名称为“Process for producinganhydrous sodium carbonate crystal(用于生产无水碳酸钠晶体的方法)”的美国专利申请；以及公布号为US3751560A，发明名称为“Multi-stage process for the preparationof sodium bicarbonate(用于制备碳酸氢钠的多阶段方法)”的美国专利申请描述了由氢氧化钠(NaOH)和二氧化碳(CO

此外，由诸如碳酸钠(NaCO

本发明的上述背景清楚地表明了由钠离子(Na

发明内容

本发明涉及由二氧化碳(CO

本发明的目的是用简单和高度安全的方法由二氧化碳制备碳酸氢钠，该方法在大气压力条件和低于60℃的反应温度下，无副产物地得到高度纯化的碳酸氢钠。本发明适用于工业制造，适用于其他行业，还减少了天然气分离过程中二氧化碳的排放并且提高了二氧化碳的价值。

附图说明

图1示出了当使用根据本发明的方法时能够以不同浓度的反应性氨溶液产生的碳酸氢钠(NaHCO

图2示出了当使用根据本发明的方法时能够产生的碳酸氢钠(NaHCO

图3示出了当使用根据本发明的方法时能够产生的碳酸氢钠(NaHCO

具体实施方式

本发明涉及由二氧化碳(CO

A.称取指定量的钠化合物并且将其溶解在去离子水中，其中钠化合物选自碳酸钠(Na

B.称取指定量的氨并且将其溶解在去离子水中。氨溶液的制备温度介于20℃至60℃之间。

C.将获自A.和B.的物质混合在一起，直到获得期望的钠化合物和氨的最终浓度为止。优选地，该混合溶液的最终浓度为：钠化合物介于1摩尔/升至10摩尔/升之间，并且氨溶液介于1摩尔/升至5摩尔/升之间。

D.将二氧化碳(CO

将用作反应物的二氧化碳(CO

E.将获自D.的白色固体产物通过诸如滤纸的方法从溶液中过滤出，直到其干燥，并且再次用有机溶剂洗涤。让产物在室温下干燥5至10天，然后称重，其中用于洗涤由二氧化碳(CO

基于以下公式，将由化学反应获得的产物计算为百分比产率：

百分比产率＝100*实际产率/理论产率

其中实际产率是由试验或反应获得的产物的量，并且理论产率是由完全反应的化学方程式获得的产物的量。

由于碳酸氢钠产物可以部分地溶解在水中，因此百分比产率小于100％。据发现碳酸氢钠在20℃温度下的溶解度是每1升水96克，并且还发现在测试条件下反应不完全。

将参考根据本发明制备碳酸氢钠固体产物的实施例对本发明的一个或多个实施方案进行详细描述。然而，并不旨在限制本发明的一个或多个实施方案。提供了以下实施例，以在其功能方面示出某些实施方案。本领域技术人员将清楚地理解，本发明不受这些实施例中例示的某些实施方案的限制。

本实施例描述了通过在大气压力下碳酸钠(Na

称取碳酸钠(Na

将制备好的碳酸钠溶液和氨溶液混合在一起，直到最终混合溶液体积为200毫升，并且碳酸钠溶液和氨溶液的混合溶液的最终浓度分别为3摩尔/升和2.66摩尔/升。然后，将浓度为99.9体积百分比的二氧化碳以200毫升/分钟的流速释放到敞口容器中的混合溶液中，以允许在25℃温度和大气压力下反应5小时，直到产生白色固体产物。

通过1号滤纸将白色固体产物从溶液中过滤出，直到其干燥，并且再次用乙醇有机溶剂洗涤。然后，让产物在室温下干燥5至10天，以消除水分。

对获得的白色固体产物进行称重，用于计算百分比产率。结果在表1中示出。然后，取白色固体产物，以对碳酸氢钠进行鉴定测试，方式为使用X射线衍射分析技术，与碳酸氢钠标准物质与碳酸氢钠商品进行比较。

表1对于每百分比产率，用作反应物的氨溶液的浓度结果

根据表1，发现增加用作反应物的氨溶液的浓度明显有助于增加百分比产率，并且为2.66摩尔/升的适当浓度的氨溶液可以将碳酸氢钠固体产物的百分比产率从该体系中没有氨溶液时的21.85％增加到38.13％。

此外，增加用作反应物的氨溶液的浓度不会影响产物纯度，因为当使用X射线衍射分析技术分析获得的碳酸氢钠固体产物时，在合成的样品中未发现陌生的峰。然而，合成的碳酸氢钠样品的峰强度与碳酸氢钠标准物质不符，因为获得的产物具有不同的结晶性质，如图1所示。

制备方法与实施例1的方法类似，不同之处在于将二氧化碳(CO

表2对于制备的碳酸氢钠产物的每百分比产率，将二氧化碳(CO

根据表2，发现增加反应持续时间明显增加了碳酸氢钠固体产物的百分比产率，并且在5小时之后百分比产率仅有少量变化，这表明由二氧化碳(CO

制备方法与实施例1的方法类似，不同之处在于使用氢氧化钠(NaOH)作为反应物，其中，在通入二氧化碳之前，混合溶液中的钠离子的最终浓度为6摩尔/升。还描述了对于每体积制备的碳酸氢钠固体产物，用作反应物的氨溶液的浓度结果，如表3所示。

表3对于当使用氢氧化钠作为反应物时制备的碳酸氢钠固体产物的每百分比产率，用作反应物的氨的浓度结果

根据表3，发现当该体系中有氨时，制备的碳酸氢钠的百分比产率明显增加。

制备方法与实施例1的方法类似，不同之处在于通入二氧化碳之前，混合溶液中的氨的最终浓度为1.59摩尔/升。此外，在将二氧化碳和氨通入混合物中之前，对使用氢氧化钠(NaOH)和氯化钠(NaCl)作为反应性钠化合物进行了比较，它们的钠离子最终浓度分别为6摩尔/升和1.59摩尔/升，提供的测试结果如表4所示。

表4在通入二氧化碳之前，对于制备的碳酸氢钠的每百分比产率，每种类型的反应性钠化合物在最终浓度下的结果，其中混合溶液中的钠离子和氨溶液的最终浓度为6摩尔/升和1.59摩尔/升

根据测试结果，发现反应性钠化合物的类型影响制备的碳酸氢钠的百分比产率。此外，当使用氯化钠(NaCl)作为反应性钠化合物时，根据索尔维法，总是会出现诸如氯化铵(NH

制备方法与实施例2的方法类似，不同之处在于，在压力可控容器中的操作压力为1.3巴，测试结果如图2所示，这表明当操作压力增加时，制备的碳酸氢钠的百分比产率增加。

制备方法与实施例1的方法类似，不同之处在于，在压力可控容器中的压力为1巴至5巴，测试结果如图2所示，这表明当操作压力从1巴明显增加到3巴时，制备的碳酸氢钠的百分比产率增加，并且在操作压力大于3巴之后百分比产率仅有少量变化。

在其中可以使用所公开的本发明的原理的许多可能的实施方案中，所公开的实施方案仅仅是本发明的优选示例，并且不应当限制本发明的范围。

提供了对术语和方法的以下定义的附加描述，以更好地描述本发明的公开内容，并且以建议本领域技术人员将该公开内容应用于实践中。

除非另外指出，否则如说明书或权利要求书中所述的组分总量、分子量、百分比、温度、时间等甚至可以被理解为由词语“大约”修饰，除非另有明示或暗示。那些提及的数值变量是在标准测试条件/方法下可能达到期望的性质和/或检查极限的估计值，在直接或明确地将实施方案与先前描述的实施方案区分开时，该估计值可以被本领域技术人员理解。

除非另有描述，否则本文所用的所有技术术语和科学术语均具有与本领域技术人员所理解的相同的含义。尽管本文所述的类似或等效的方法和材料可以用于本公开的实践或测试，但是将进一步描述优选的方法和材料样品。所述方法、材料和样品示出了某些实施方案，或者不旨在用于限制目的。

对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以组合术语的定义来进一步描述某种化合物，例如，元素周期表的第7族被本领域技术人员称为卤素。

该结构中的某些原子，例如碳、氢或氢原子，有时用字符表示。例如，-CH

官能团是分子内特定的一组原子，这些原子是造成这些分子的特征性化学反应的原因。官能团的示例包括但不限于烷烃、烯烃、炔烃、卤基(氟、氯、溴、碘)、羟基(OH)、羰基(酮)、醛(HCOR)、酯(COOR)和羧酸根(COO

醇是包含至少一个羟基基团的有机化合物。它可以是包含一个-OH基团的一元醇、包含两个-OH基团的二元醇或二醇诸如乙二醇、包含三个-OH的三元醇或三醇诸如甘油、包含三个或更多个-OH基团的多元醇。

本发明的最佳模式

本发明的最佳方法如本发明的具体实施方式中所述。