过碳酸钠

一种无机盐

过碳酸钠(英文名: 钠 Percarbonate,英文简写为:SPC)俗称为固体形式 过氧化氢 ,是一种 无机化合物 , 化学式 为2Na₂CO₃•3H₂O₂ ,被视为一种新型氧系漂白剂。过碳酸钠是过氧化氢与碳酸钠的 加成化合物 , 其 摩尔质量 为314.02 g/ 摩尔 ,具有三种构型分别为Na₂CO₄•nH₂O、NaCO₃•nH₂O₂•mH₂O和Na₂C₂O₆ 。过碳酸钠常温下为白色、松散、流动性较好的颗粒状或粉末状固体 ,密度为2.1 g/cm³ ,表观密度为0.5~0.7 g/cm³ ,具有一定的吸湿性 。过碳酸钠可潮解,易溶于水并释放出活性氧, ,在3%的 水溶液 中的酸碱度为10.3-10.6 。

过 碳酸钠 属于热敏性物质 ,过碳酸钠在较低温度下溶于水中并发生离解 ,过碳酸钠还可以较高温度下分解 。过 碳酸钠 在中性或酸性条件下遇到氯、 高锰酸钾 等 强氧化剂 可以表现出一定还原性 ,与酸发生中和反应 。

过碳酸钠可由湿法和干法两种方法进行制备,都是以碳酸钠和 过氧化氢 为原料在 稳定剂 的存在下反应生成产物来制备的 。其中湿法还可分为喷雾法、连续结晶法等小类 。过碳酸钠的用途广泛,有着 氧化剂 、漂白剂、消毒剂、供氧剂和保鲜剂等作用,广泛用于化工、 造纸 、纺织、染整、食品、医药、卫生、餐具及医疗消毒、果蔬保鲜等领域中 。

发现历史

1899年,由 俄罗斯 化学家塞巴斯蒂安·莫伊塞耶维奇·塔纳塔尔(Sebastian Moiseevich Tanatar)在实验过程中制备出了过碳酸钠 。

1969年,过碳酸钠工业化开始发展,首先开发的国家是 日本 。1970年, 美国 和西欧也开始发展过碳酸钠工业,并进一步拓展了其应用领域 。

理化性质

物理性质

过氧 碳酸钠 具有 正交晶系 层状结构 ,分子内碳酸钠和 过氧化氢 之间以 氢键 的形式连接 。常温下为白色、松散、流动性较好的颗粒状或粉末状固体 ,密度为2.1 g/cm³ ,表观密度为0.5~0.7g/cm³ ,具有一定的吸湿性 。过 碳酸钠 易溶于水,且在水中的 溶解度 随温度的升高而增大 ,20 ℃是在水中的溶解度为14 g/100 mL ,在3%的 水溶液 中的酸碱度为10.3-10.6 。

化学性质

分解反应

过碳酸钠中的活性氧含量较高,在100 ℃的温度条件下易分解产生水、 氧气 、 一水碳酸钠 ,其 化学方程式 如下:

过 碳酸钠 属于热敏性物质 ,过碳酸钠在较低温度下可以迅速溶于水中 ,按照一定方式 离解 产生碳酸钠和 过氧化氢 (方程式如下) ,产生过氧化氢,并以亲核过氧 阴离子 ( HO₂ ⁻)形式存在。

  在过碳酸钠 水溶液 中存在着少量过 碳酸根 阴离子HCO₄⁻,具体产生过程如下。

当水溶液中含有铁、锰、铜等杂质离子存在时,过 碳酸钠 的分解速度会加快。

还原反应

过碳酸钠在中性或酸性条件下遇到氯、高猛酸钾等 强氧化剂 可以表现出一定还原性,可用来测定过碳酸钠的含量。

氧化反应

烷烃 氧化

过碳酸钠可用于 金刚烷 类的 烃的氧化。以 三氟甲磺酸 为 溶剂 时,过碳酸钠可以将 氧原子 插入进 金刚烷 的 碳原子 间形成氧 杂环化合物 。但对于含 取代基 的金刚烷,该氧化效果较差。

芳香烃 氧化

芳烃的氧化分为 苯环 上碳原子的氧化和侧链的氧化,在三 甲基磺酸作为溶剂及 底物 大大过量的条件下,芳烃被氧化为酚;含 苄基 的芳烃以 乙腈 为溶剂、在 金属催化剂 以及相转移试剂Adogen 464存在的条件下,芐基中的 CH2 被氧化为醇和 ;被取代的 甲苯 在 冰醋 为溶剂及 溴化物 和乙酸亚钴存在的条件下能够选择性的被氧化为取代的 苯甲醛 。

酸碱中和反应

过 碳酸钠 可与酸发生中和反应生成 二氧化碳 和 氧气 。

制备方法

湿法

传统湿法

工艺原理: 碳酸钠 和 过氧化氢 可反应生成 加成化合物 。

工艺流程:  在间歇式或连续式 结晶器 中 ,在一定浓度的 过氧化氢 溶解中加入一定量可溶性 柠檬酸镁 和 硅酸钠 、缩合 磷酸盐 、非离子 表面活性剂 和有机 合剂等的 稳定剂 ,冷却至一定温度后加入精制 无水碳酸钠 ,并保持反应物质在较低温度下进行反应,直到析出过碳酸钠结晶。对结晶产品进行离心分离、 气流 干燥等除杂过程即可获得过 碳酸钠 产物 ,生产过程中产生的 母液 可以循环使用。

湿法生产过碳酸钠具有工艺过程简单、生产设备易得、投资小和生产技术成熟等优点,是生产过碳酸钠常用的方式。

喷雾法

二氧化碳 和空气混合气,经过预热器进行预热后经过混合气导管传输至反应干燥室,在反应室中与提前准备的加入 稳定剂 后的 氢氧化钠 和 过氧化氢 逆流接触 ,在干燥室中实现快速反应后经喷雾、干燥即可获得过 碳酸钠 成品,并经过 旋风分离器 底从干燥室排出后送至流化床冷却获得最终产品。该制备方法所需设备复杂,且操作需要严格控制 。喷雾法的工艺流程如下所示:

连续结晶法

和传统湿法类似,但在结晶区域内选用进行合成过 碳酸钠 的分级 结晶器 ,工艺过程复杂。

有机溶剂法

该方法也称作醇析法 ,首先在0~5℃条件下,于碳酸钠溶液槽中配置饱和碳酸钠溶液,同时加入双氧水 稳定剂 (可采用 硅酸钠 + 乙二胺四乙酸二钠 质量比2:1,或硅酸钠+ 硫酸镁 +EDTA质量比1:1:1,浓度为0.35%~0.45%)以沉淀有害杂质,再经过滤后加入反应釜。随后向反应釜中缓慢加入 过氧化氢 反应,再加入有机 溶剂 2-丙醇 (或乙醇、 丙酮 )生成过碳酸钠。

生产的过碳酸钠结晶经过离心分离、干燥等除杂过程后即可获得成品,有机溶剂母液也可以重新回收利用。

干法

在喷雾 反应器 中,将过氧化氢溶液喷到雾状粉末制的 碳酸钠 的表面上进行反应,生成的过碳酸钠在 流化床干燥器 中干燥即可获得产品。该法容易使产品过碳酸钠形成糊状物,且易造成活性氧损失。

改性方法

工业用 碳酸钠 通常含有铁、锰和铜等金属杂质,在制备过碳酸钠的过程中,这些杂质会促进反应原料 过氧化氢 的分解,造成原材料的损失,影响产品 收率 ,同时也会降低产品的储存性能。工业上通常会采用原材料的精制、加入 稳定剂 等方式来提高分解温度,改善过碳酸钠的稳定性。

在工业用 碳酸钠 溶解后,加入 硫酸镁 、 硅酸钠 混合反应来去除碳酸钠溶液中的金属杂质,并过滤去除。

将碳酸钠溶于水后浓缩或冷却结晶以达到 提纯 的目的。

在原料 碳酸钠 水溶液 中加入稳定剂N,N,N',N'-四磷 甲基 二氨 烷烃 (TPDP)或亚 二亚乙基三胺 五 乙酸 ( DTPA ),来抑制 过氧化氢 分解,同时提升过碳酸钠产品的贮存稳定性。

检测方法

应用领域

氧化剂

过 碳酸钠 可用作工业及家庭用的氧化剂,如代替 过硼酸钠 用作氧化剂。

在化学合成的过程中,过碳酸钠可以在 醛基 转化为酚 羟基 反应、有机 三氟化硼 氧化、腈 水解 、 硫醚 与胺氧化、 烯烃 环氧化、酮氧化、a一二酮断裂氧化等反应中作为氧化剂。

漂白剂

过碳酸钠属于氧系 漂白剂 ,可用作常温下的洗涤助剂,具有漂白及去污的作用 ,适用于各种纤维的漂白过程。其漂白性能温和,漂白后的纤维不容易受到损伤,且不易反黄。过 碳酸钠 在水中的 溶解度 较高,且活性氧含量较大,广泛适用于家庭及工业上的常温下的洗涤助剂,起到漂白和去污的作用。

过 碳酸钠 与 过硼酸钠 相比具有较高的水溶性,且更易溶于冷水中,具有更加优异的漂白性能;过碳酸钠和 氯 漂白剂相比,过碳酸钠无毒、无味、不会使衣服褪色,在 纺织业 和 造纸 是一种优质高效的漂白剂。

消毒剂

过碳酸钠具有消毒灭菌的作用,在食品行业上广泛用于食品和餐具的洗涤和消毒,对 大肠杆菌 、 葡萄球菌 以及 肝炎病毒 等常见病菌有着杀灭作用。

过 碳酸钠 在医疗上可用作口腔消毒剂,医疗器具杀菌剂以及气味消除剂 。

过碳酸钠可在水处理过程中用作游泳池水和生活用水的消毒剂。

供氧剂

过 碳酸钠 在催化剂的作用下可以分解释放产生 氧气 ,调节固体催化剂在水中的溶解速度就可以保证过碳酸钠保持均匀的氧气释放速度,用作新型供氧源,满足急救时呼吸用氧均匀持续发生的需要 。采用不同浓度的 聚乙烯醇 或 乙二醇 、阿拉伯胶等将催化剂制被成有一定 溶解度 的固体物,与过碳酸钠混合,在需要氧气时加入一定量的水,即可促进过碳酸钠释放氧气达到供氧需求。 固体过碳酸钠具有很高的便携性,且氧气的来源纯净,其氧气释放 速率 可以满足急救时的供氧需求,且供氧方式简单,价格低廉,适用于家庭(尤其是农村家庭)、野外、农村边远地区、军队、地下施工及矿山开采、抗洪、灭火救灾等急救场合,以及心脏病、哮喘病等疾病的治疗。据保守估计,仅京津地区用于医用供氧源的过 碳酸钠 就需约400吨/年,部分出口的过碳酸钠也是用于这一方面。

过 碳酸钠 还可作为渔牧业的增氧剂,用于缓解和接触鱼、虾、蟹等水产养殖动物因缺氧导致的浮头和泛塘。

保鲜剂

过碳酸钠还可以用作食品的保鲜,1%过碳酸钠 水溶液 可使水果、蔬菜贮存4-5个月不变质。过碳酸钠和其他助剂的结合可以解决高温天气下牛奶储存运输过程中的发酵变质问题。

合成洗涤剂的助剂

过碳酸钠和含过碳酸钠的原料可作为洗涤剂的合成助剂,它对洗涤剂中具有芳香味的有机添加剂及增白剂等特殊添加剂无破坏作用,适用于低磷或无磷含硅氯酸盐洗涤剂的组分,并且在鱼塘管理中可以有效增加溶解氧。且添加过 碳酸钠 的皂粉、洗衣粉去渍增白性能良好,且杀菌效果显著。

高级氧化反应的催化剂

过氧化氢 是 Fenton试剂 的主要成分之一,而过 碳酸钠 被称为固体过氧化氢,因此可以代替过氧化氢作为高级氧化反应的 催化剂 ,用于环境污染修复领域。

其它应用

过碳酸钠可以用作还原染料和 硫化染料 的显色剂、金属表面处理剂、电镀洗涤剂、污水处理剂和 有机高分子化合物 聚合控制剂等。在 纺织工业 中,过碳酸钠还可以用作染整剂,干漂剂及高级色料的匀染剂。过 碳酸钠 还可以作为去污垢去除剂,牙齿洁白剂、钢铁 精炼剂 、厨房油垢去除剂、木材防腐剂等应用。

安全事宜

毒性

LC50(半数致死浓度)大鼠吸入>4.58mg/L/h;

LD50( 半数致死量 )狗=300 mg/kg;

LD50(半数致死量)大鼠口服=2000mg/kg;

LD50(半数致死量) 小鼠 (雄)口服=2050mg/kg。

低浓度的过 碳酸钠 溶液无毒,1%的 水溶液 无任何腐蚀及刺激性;过碳酸钠粉末对皮肤、粘膜和研究有一定的刺激性。 过 碳酸钠 对水生生物具有毒性,在使用和处置过程中需避免其进入水体环境。

健康危害

粉末状过碳酸钠暴露在空气中是会迅速分散达到有害浓度,人吸入过碳酸钠粉末会刺激其 呼吸道 ,并出现咳嗽,喉咙痛等症状,长期暴露在过碳酸钠的粉尘中会影响肺部健康。该物质对眼睛和皮肤也有一定的刺激性,眼睛可能会出现瘙痒、流泪和发红的症状,皮肤可能会出现发红等症状,反复或长时间接触会出现 皮炎 。摄入过碳酸钠会感到喉咙痛,并产生 烧灼感 ,同时感到腹部疼痛。

防护措施

为了避免吸入、皮肤渗透和摄入过 碳酸钠 对人体造成的慢性影响:1.在需要使用过碳酸钠的工作中需要保持一个良好的通风环境;2.工作时做好个人防护需避免皮肤与产品接触,佩戴符合安全标准的安全眼镜或护目镜、防化学品手套(推荐材料:PVC, 氯丁橡胶 等)、NIOSH/MSHA批准的防尘口罩/呼吸器、防透水靴子,并根据具体情况选择穿戴各类作业防护服;同时应经常观测以确定接触危害值,保持接触危害值处于防护标准值之下。3.工作室不能进食、喝水及抽烟,工作结束后需对手部和其它身体接触部位进行清洗。

急救措施

若眼睛不小心接触过 碳酸钠 ,应立即分开眼睑用流动清水或 生理盐水 冲洗15分钟;若有不适感,请立即送往医院就医。

若皮肤不小心接触过 碳酸钠 ,应立即用肥皂和水冲洗接触处,若有不适感,请立即送往医院就医。

若不小心吸入过碳酸钠,应立即将人移至新鲜空气处,必要时通过需要非循环呼吸面罩帮助患者辅助通气或提供人工呼吸。

若不小心摄入过碳酸钠,需立即通过饮用肥皂或稀释 盐水 诱导呕吐并立即前往医院就医。

消防措施

若发生与过碳酸钠相关的火灾,需采用 砂土 或 二氧化碳灭火器 进行灭火。

在处理有关过 碳酸钠 的火灾事故时,需要注意佩戴 正压 自给式呼吸器(SCBA)和穿着特定防护服避免过碳酸钠释放出的有毒 氯化物 烟雾病 对身体的损害。

储存运输

可采用 聚乙烯 塑料桶,外用木箱贮存过 碳酸钠 产品,贮存在避光、干燥、通风的阴凉库房内,避免接触火种和高温使其分解。贮存和运输过程中应避免与酸性物质、还原性物质和有机物质接触,避免发生爆炸。

运输时需要防止雨淋和日晒,装卸时注意轻拿轻放,避免包装破损。

参考资料

  1. Sodium percarbonate | C2H6Na4O12 - PubChem PubChem 2023-02-06
  2. 过碳酸钠 中国大百科全书 2025-06-01
  3. SODIUM PERCARBONATE ICSC : 1744 (March 2009) SODIUM PERCARBONATE ICSC : 1744 (March 2009) 2026-07-01