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硫酸氫鉀為無色晶體,易溶于水,水溶液為強酸性。加熱硫酸氫鉀至高溫時,它失水生成焦硫酸鉀,繼續(xù)加熱,焦硫酸鉀又可分解為硫酸鉀和三氧化硫。硫酸氫鉀可用做熔劑、食品保存劑、化學試劑等。其也是一種價廉有效的有機合成反應催化劑,特別是對于催化縮合、脫水反應相當有效。硫酸氫鉀作催化劑的合成反應具有反應條件溫和、收率較高、后處理工藝簡單和環(huán)境友好等優(yōu)點,因而受到人們的廣泛關注。
硫酸氫鉀作為一種價廉易得的酸性催化劑,用于以下化學反應中。
1)縮合反應:硫酸氫鉀是廣泛用作縮合反應的催化劑,可以替代Lewis酸和酸性質子酸進行催化反應,而且具有使用條件溫和,產率較高,處理工藝簡單等特點。Nagarajan等報道了以硫酸氫鉀為催化劑,一分子醛與兩分子的吲哚反應合成雙吲哚化合物,其中采用脂肪醛的產率43%~87%,而用芳香醛的達到產率87%~96%,化學反應如下:
2)去保護反應:硫酸氫鉀還可應用于催化去保護反應,如在室溫條件下,Arumugam等用硫酸氫鉀催化叔丁基二甲基硅醚的脫保護反應,以極好的產率得到相應的醇,化學反應如下:
3)脫水反應:硫酸氫鉀在脫水反應中的應用也很多,特別是酯化反應。硫酸氫鉀用作酯化反應催化劑在國內研究較多,也取得了一些較好的研究結果。在脫水反應中,KHSO4具有催化活性高,易分離回收,重復使用性良好、廢液排放少等優(yōu)勢。以自制的硫酸氫鉀為催化劑,合成了氯乙酸異丙酯,最高產率達到87.4%。研究3,7-二甲基6,7-辛烯-1-醇的關環(huán)反應,采用KHSO4和Pd-BINAP聯(lián)合催化劑,化學反應如下:
研究硫酸氫鉀催化環(huán)己醇脫水制備環(huán)己烯的反應,考察了催化劑用量、反應溫度、反應時間對脫水反應的影響,在催化劑用量為環(huán)己醇質量的15%,油浴溫度180~190℃,反應2.5h,環(huán)己烯產率達75.6%。
一種工業(yè)廢硫酸生產硫酸氫鉀肥的方法,采用鹵素行業(yè)產生的較低濃度工業(yè)廢硫酸或者其他基礎化學行業(yè)產生的不含有機物和有害雜質的工業(yè)廢硫酸為原料,和氯化鉀低溫反應制得硫酸氫鉀料漿,再加入定量的氧化鎂原料中和過量的硫酸生成少量硫酸鎂,混合料漿經冷卻、結晶,離心分離得到一種含K、含Mg、含S的硫酸氫鉀肥。進一步的,上述工業(yè)廢酸生產硫酸氫鉀肥的方法包含如下步驟:
(1)制備硫酸氫鉀料漿。將濃度≥70%的的工業(yè)廢硫酸和氯化鉀在攪拌反應槽內反應,控制溫度120℃,KCl和H2SO4的摩爾比1:1.1。反應生成的氯化氫采用多級水吸收方式生產鹽酸副產品。
(2)稀釋。將步驟(1)制備的硫酸氫鉀料漿加入部分熱水稀釋(連續(xù)生成時加入離心分離返回的濾液),控制硫酸氫鉀重量濃度55%,制得稀釋硫酸氫鉀料漿。
(3)中和。將步驟(2)制備的稀釋硫酸氫鉀料漿,按過量硫酸對應的比例加入少量氧化鎂攪拌反應,控制溫度70℃,中和去除硫酸氫鉀料漿中的過量硫酸,得到含有硫酸鎂鹽的硫酸氫鉀料漿。
(4)冷卻結晶。將步驟(3)所得的硫酸氫鉀料漿冷卻至33℃,析出硫酸氫鉀結晶和一水硫酸鎂或七水硫酸鎂結晶。
(5)分離。將步驟(4)所得的含有硫酸氫鉀結晶和一水硫酸鎂或七水硫酸鎂結晶的晶漿,通過離心機過濾分離,得到最終含有少量一水硫酸鎂或七水硫酸鎂的晶體態(tài)硫酸氫鉀肥。過濾所得濾液中溶解有硫酸氫鉀和硫酸鎂,返回補充做步驟(2)做稀釋液用。上述步驟的主要反應為:
[1] 中國中學教學百科全書·化學卷
[2] 催化劑硫酸氫鉀的合成進展
[3] CN201910115552.X一種工業(yè)廢硫酸生產硫酸氫鉀肥的方法