氯化锌

无机盐工业的产品之一

氯化锌(Zinc Chloride )是一种 无机化合物 ,又名二氯化锌, 化学式 为ZnCl₂。 通常为白色吸湿性 晶体 ,无味, 摩尔质量 为136.29g/ 摩尔 ,易溶于水和 丙酮 ,在 乙醇 中 溶解度 为100g/100cc(12.5°C), 熔点 为290°C, 沸点 为732°C,密度为2.907g/cm³(25°C)。 氯化锌 水溶液 为酸性,可以与 强氧化剂 和 强碱 急剧发生反应,其对金属有轻度腐蚀性,加热分解会释放出 氯化氢 和 氧化锌 的有毒 烟雾 , 氯化锌应用多种多样,其可以作为 催化剂 用于 化学 合成反应, 也可以作为饲料添加剂、电池原料、活性剂等。

物质结构

氯化锌是一种 离子化合物 ,观察到其会出现有同质多晶现象。目前氯化锌已经发现有四种不同的 晶体结构 。其中氯化锌的形成的一种六方 密堆积结构 最为稳定,在这种结构中中,每个 锌离子 都被4个氯离子包围,四个氯离子成正四面体状,并且将它熔融后再冷却可以得到玻璃状的物质。

理化性质

物理性质

氯化锌是一种 无机化合物 , 化学式 为ZnCl₂。 通常为白色吸湿性 晶体 ,具有四种晶体结构,很容易发生 潮解 ,没有气味,可以以白色颗粒形态分散在空气中,其 烟雾 有刺鼻气味, 摩尔质量 约为136.3g/ 摩尔 ,易溶于水、乙醇(酒精)、甘油、丙酮、乙醚等含氧有机溶剂和吡啶、苯胺等含氮溶剂,不溶于 液氨 ,在12.5°C时,在 乙醇 中 溶解度 为100g/100cc, 熔点 为290°C, 沸点 为732°C,密度2.91g/cm³。在10°C条件下,蒸汽压为75kPa。

化学性质

氯化锌加热时分解, 水溶液 为中等 强酸 ,pH为4,在加热条件下可以生成 氯化氢 和 氧化锌 的有毒烟雾。

可以与 强氧化剂 和 强碱 急剧发生反应,生成有毒和腐蚀性 烟雾病 。

制备方法

实验室制备方法

在实验室可以用 盐酸 和锌反应生成氯化锌。

工业制备方法

工业生产产生的锌灰(主要含氧化锌)和锌渣中的锌,均可以使用盐酸浸取,使得锌以离子形式存在,过滤掉滤渣后,向溶液中加入 高锰酸钾 发生氧化反应并过滤除去滤渣,以除掉其他重金属杂质,再向溶液中加入 锌 进一步除去其他金属杂质,过滤后即得氯化锌溶液。该方法使得工业生产中铅锌烟灰可以得到更加充分的利用,使得生产成本大大降低。

应用

氯化锌应用多种多样,其可以用作防染料、催化剂、收敛剂、腐蚀剂,还能用于木材防腐剂及阻燃剂、活性炭制造的活化剂等。

化工领域

氯化锌可以作为 催化剂 用于 化学 合成反应。其可以用于 催化 邻氨基苯甲酸 、原甲酸 和胺三种物质合成3-取代-4(3H)- 喹唑啉酮 衍生物 ,传统方法所使用的催化剂一般价格较为昂贵,并且还要使用有机 溶剂 作为反应溶剂,而使用氯化锌作为催化剂,其不仅价格低廉,并且反应温和,并且不需要使用有机溶剂就可以反应。 氯化锌还可以用于催化合成含硅芳炔 没药树 ,该反应以 丁二炔 基苯和双( 二甲氨基 ) 二甲基硅烷 为原料,氯化锌作为催化剂可以避免生成产物不产生末端烯键,并且使得反应更加稳定简便。

生物领域

锌作为人体重要的 微量元素 之一,其不仅可以参与调节多种酶功能,还可以调控上千种 转录因子 的结构和功能。研究表明,锌的浓度的高低可以影响 细胞 凋亡的水平,进而可以减少 氧化数 所造成的细胞凋亡,达到保护细胞的作用。 白内障 便是因为 紫外线 诱导 晶状体 上皮细胞凋亡而形成的一种疾病,通过大鼠实验可以表明,高糖水平能够引发 氧化应激 反应,进而引起细胞凋亡,通过调控氯化锌的水平,可以有效遏制这种细胞凋亡,对于由于紫外线引发的HLECB-3细胞凋亡,氯化锌可以通过抑制HLECB-3细胞中的caspase-12的表达,从而抑制其 线粒体 内的 内质网 应激凋亡通路,进而减少HLECB-3的凋亡。

农业领域

秸秆预处理

氯化锌 熔盐 水合物 溶液(ZnCl₂·4H₂O)协同 硫酸 作为一种 无机化合物 熔盐水合物对对小麦 秸秆 进行预处理,从而制备 果糖 。传统处理秸秆制备果糖的方法具有条件苛刻、预处理时间过长和步骤复杂等缺点,而使用氯化锌水合物不仅成本更低,且不易挥发,可以通过将氯化锌溶于去离子水中制得氯化锌熔盐水合物溶液,进而和脱蜡小麦秸秆粉末混合均匀后水浴加热,并搅拌加入 硫酸 溶液,最后使用 酶水解 即可,而通过这种预处理最终 木糖 得率可以高达90.85%。

饲料添加剂

以氯化锌和 氧化锌 作为原料,生产一种新型的饲料添加剂—碱式氯化锌。锌作为一种动物生长所必需的 微量元素 ,在动物生长过程中往往以添加剂的形式加入,但传统的添加剂往往不易被动物消化,并且还容易污染环境,所以可以利用氯化锌和氧化锌来制作一种新的饲料添加剂,其他饲料添加剂容易残留一些 氧化剂 ,而碱式氯化锌避免了氧化剂的残留,使得其性质更加稳定,并且这种添加剂具有不溶于水、易溶于酸性溶液和 吸水性 低的特点,使得其更容易被动物吸收,减少了饲料中其他营养物质的损失。

改良树木根系

氯化锌溶液可以用来改善 榉树 在幼苗培养时的根系形态,并具有一定促生作用。通过使用不同浓度氯化锌溶液对 树 幼苗进行处理,结果发现氯化锌溶液可以增加 榉树 幼苗一级侧根数、根系的总长等,还可以增加其 木质部 结构,并提高其抗逆性。但氯化锌浓度过高时可以增加植物体内的 丙二醇 含量,从而对植物具有轻微的重金属胁迫作用,当氯化锌浓度为120g/L对 榉树 幼苗根部的形态和生长达到最佳效果。

工业领域

助镀剂

氯化锌可以作为一种助镀剂而应用于工业领域。在工业上常常利用溶剂法使用助镀剂达到批量 热浸镀锌 的目的,而氯化锌可单独作为一种助镀剂使用,也可以和 氯化铵 联合使用,但当单独使用氯化锌作为助镀剂使用时,由于氯化锌易溶于水和吸湿的特点,其往往会在助镀工件的表面生成一些白色块状物,使得助镀工件的表面 镀膜 不够均匀,而和氯化 联合使用则不会出现这种情况,最终助镀工件的表面膜覆盖也较为均匀,所以一般不单独使用氯化锌作为助镀剂使用。

电池原料

液体氯化锌是一种用于电池生产的重要原料,可以通过利用 冶炼 厂生产中所产生的含酸废液来生产液体氯化锌,这样可以大大减少环境污染的同时,使得资源可以回收利用,可以使用这些含酸废液浸出在冶炼过程中所产生的 次 氧化锌 ,二者可以反应生成粗制氯化锌,随后首先对这些粗制氯化锌使用 过氧化氢 和 三氯化铁 除去部分杂质,再使用锌 单质 置换掉其他金属离子,最后通过加入 双氧水 和 氯化钡 进一步除去其他杂质后,蒸发浓缩即得液体氯化锌。

吸附剂

氯化锌溶液因为其良好的 吸附 作用,可以用来处理 孟宗竹 ,以便其制成 竹地板 制品等。将毛竹置于氯化锌溶液中进行 超声波 热处理 ,结果发现,在高温条件下半 纤维素 可以 水解 产生 食用醋酸 ,从而和氯化锌溶液形成酸性环境,使得纤维分解为纳米纤丝化纤维,使得 有机化合物 更少 吸附 。同时,氯化锌溶液还可以使毛竹发生溶胀、水解等反应,使得毛竹颜色加深,从而完成毛竹的 碳化 处理,使得其更加稳定。

发光二极管

研究表明,当改良 蓝光 量子点 发光二极管 时,使用金属 卤化物 配体 尺寸较小时相较于使用长链有机配体,其所受到的空间 位阻效应 将容易克服,使得可以达到更多量子点表面配位的位点,并且当使用 氯化物 时,其在醇 溶剂 中的溶解性更好,所以可以使用氯化锌修饰B-QDs薄膜,这使得QDs的部分长链 油酸 配体会被 无机化合物 配体氯化锌取代,减少了当QDs表态转换时其油酸配体脱落的缺陷,进而使得B-QDs薄膜的溶液 荧光 量子效率 得到提高。另外,无机配体氯化锌的配位还可以改善器件的 电子 和 空穴 注入平衡,使得 蓝光 量子点 发光二极管 寿命得到延长。

环境领域

活性剂

氯化锌可以作为一种活化剂来用于制备 活性炭 吸附 环境污染。 活性炭 的获得通常是使用 生物质 原料来制备,氯化锌可以作为一种活化剂来处理 澳洲坚果 壳,即将夏威夷果壳清洗干燥、粉碎过筛后与氯化锌混合,在活化温度条件下氯化锌可以进入果壳内部,通过活化作用使得果壳内部发生 催化 脱 羟基 的反应,从而达到果壳脱水的目的,另外,氯化锌还可以帮助果壳形成多孔碳结构,残留在果壳表面的氯化锌,也会腐蚀果壳表面,从而形成孔隙,使得最终制成的 活性炭 拥有更强的吸附能力和更大的 比表面积 。 此外,氯化锌也可以作为活化剂用于柚子皮和 大枣 核制备 活性炭 ,并且使用氯化锌处理后,可以使柚子皮制备的活性炭拥有更广泛的pH和温度适应范围, 而对于大枣核制备活性炭时使用氯化锌,这可以使用煅法制备,使得制备活性炭的工艺更加简单,也使得制备的 活性炭 更加稳定。

改性剂

氯化锌和硫联合使用作为一种改性剂,可以用于制备 生物炭 稳定土壤中的汞污染。氯化锌和 硫 用于改性 玉米 秸秆 ,从而制备生物炭,单独使用氯化锌作为改性剂,氯化锌可以在生物炭上生成 活性位点 ,常用于除掉烟气中的汞污染,而与硫单质联合使用后,可以结合 硫单质 改性生物炭的优点,使得生物炭的 吸附 能力更强,更利于修复土壤中的汞污染。

制备滤膜

氯化锌可以作为 溶剂 制备 聚 丙烯腈 过滤膜,采用氯化锌 水溶液 ,置于三口 烧瓶 中并搅拌加入 丙烯 、 过硫酸铵 和 亚硫酸氢钠 水溶液,经反应及后续实验操作后即得 pan 过滤膜,研究表明,经氯化锌溶液制备的PAN过滤膜,其表面更加平整光滑,并且其结构分布均匀并且致密,具有一定的韧性,且其对相对分子质量较大的 染料 具有更好的拦截效果,具有更好的抗污染性能,并且在制备过程中也避免了使用有机溶剂污染环境的问题。

安全事宜

毒性作用

该物质对 水生生物 有极高毒性。 当人体暴露于浓度为40mg/cum的氯化锌 气溶胶 ,可以闻到到 金属味 。当浓度在80mg/cum时,人体在2分钟后会出现轻微恶心和咳嗽的症状,当浓度为120mg/cum时,人体的鼻子、 喉咙 和胸部会受到刺激,当浓度为4800mg/cum,人体接触30分钟后可以导致肺部疾病。动物实验表明,氯化锌的80% 水溶液 在兔、 豚鼠类 和 小鼠 试验中具有严重刺激性,可以诱发表皮增生和 溃疡 ,小鼠和大鼠口服LD₅₀分别为1260和1100mg/kg。

健康危害

氯化锌不具有致癌性,短期接触该物质,会对眼睛和皮肤具有腐蚀性,会使眼睛和皮肤发红、疼痛,甚至严重烧伤。其 气溶胶 可以严重刺激 呼吸道 ,会引起咳嗽、喉咙痛,并伴有灼烧感、 呼吸困难 、呼吸 短促 ,其症状可能推迟表现出来。食入有腐蚀性,引起咽喉疼痛,咽喉和 胸腔 伴有有灼烧感、恶心、呕吐等,严重可引起休克或虚脱。吸入可能导致 肺水肿 ,吸入高浓度可吸入颗粒物(例如烟气),可能导致急性呼吸窘迫综合征(ARDS)、 肺纤维化 和死亡。

环境危害

锌离子 虽然是一种重要的 化工原料 ,但在工业中往往会产生大量的 废水 流入河道中,再加上农业中关于氯化锌的应用也会经雨水排入河道,造成了很大的水体污染,这些锌离子在水体中可以通过 生物放大作用 聚集在生物体内,而鱼类作为水体中的 食物链 顶端生物,从而大量富集锌离子,氯化锌会对 淞江鲈 的肾 细胞 造成细胞毒性并抑制其生长,其在24小时的半致死浓度为308.41μmol/L,同时,过量氯化锌还会抑制其SOD酶活性,并引起鲈鱼细胞的 细胞核 出现微核和 脱氧核糖核酸 断裂现象,进而使其造成遗传损伤。

通过使用氯化锌对 泥鳅 细胞处理也可以表明,当 锌离子 在人体浓度过高时,其可以产生大量 自由基 ,而这些活性自由基会攻击DNA链,从而使其发生断裂,造成细胞损伤。锌的浓度还会影响DNA 聚合酶 和 核糖核酸 聚合酶的活性,从而引起 细胞 膜的脂质双分子层的生理 稳态 ,从而导致细胞功能障碍。并且,当锌浓度过高时对细胞对于铁、铜、钙等元素的吸收和代谢还有一定的影响。

预防和急救措施

氯化锌接触时应佩戴防护手套,注意防止粉尘或烟气扩散,采取局部排气通风或使用过滤型防尘面罩、备有面罩部件的空气供给呼吸器等呼吸防护措施。当样品为粉末时,一定要戴安全护目镜或眼睛防护并应当结合呼吸防护,且工作时不得进食,饮水或吸烟,进食前应注意洗手。若不慎吸入,应注意病人呼吸新鲜空气,保持半直立体位,必要时进行人工呼吸,并送往医院。皮肤或眼睛接触,应立即用大量水冲洗或淋浴至少15分钟。若发生误食,一定不要进行催吐,应立即饮用一或两杯水并送往就医。

消防安全

氯化锌本身不可燃,在火焰中释放出刺激性或有毒 烟雾 (或气体),周围环境着火时,可使用任何可得到的灭火剂进行灭火。

安全标志

氯化锌具有腐蚀性和刺激性,会造成严重的皮肤灼伤和眼睛损伤,同时具有环境危害性,对 水生生物 有剧毒。

存储

氯化锌应储存在40°C以下,最好在15至30°C之间,防止产品冻结。同时,产品应与 强碱 、食品和饲料分开存放,保持环境密闭干燥。 且应储存在没有 排水管 或下水道的场所。

参考资料

  1. Zinc Chloride | ZnCl2 PubChem 2023-03-24
  2. ZINC CHLORIDE (Annotation) pubchem 2023-03-24
  3. Zinc Chloride | ZnCl2 PubChem 2023-03-24
  4. 氯化锌 安全卡 2023-03-24