磷酸脲基產(chǎn)品反應(yīng)結(jié)晶及聚合作用研究.pdf

1、磷酸脲是一種具有氨基結(jié)構(gòu)的磷酸復(fù)鹽,可以作為含有N,P元素的全水溶性復(fù)合肥料,與噴灌和滴灌技術(shù)結(jié)合,達(dá)到節(jié)約水資源及控制釋放肥料的雙重生態(tài)環(huán)保效果。以磷酸脲為主要研究對象,研究其合成反應(yīng)、結(jié)晶過程。通過在磷酸脲反應(yīng)或結(jié)晶體系中加入氯化鉀,制備磷酸脲基全水溶性三元NPK復(fù)合肥料,或?qū)⒘姿犭迮c尿素加熱聚合,生成磷酸脲基聚磷酸銨。低聚合度聚磷酸銨是一種高濃度N,P二元復(fù)合肥料,高聚合度聚磷酸銨是一種性能優(yōu)良的環(huán)保型阻燃劑,均為目前市場前景良好

2、、急待發(fā)展的新型產(chǎn)品。
　　主要研究結(jié)果如下:
　　(1)開展了磷酸與尿素合成磷酸脲實驗研究,確定最佳工藝條件:反應(yīng)攪拌速率200r/min,磷酸濃度55％~60％,反應(yīng)溫度55℃,反應(yīng)時間30min,磷酸與尿素摩爾比1:1,冷卻結(jié)晶時間12~15h。
　　(2)進(jìn)行磷酸脲產(chǎn)物物性測定,磷酸脲溶液的pH值隨磷酸脲質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加而減小,當(dāng)磷酸脲質(zhì)量分?jǐn)?shù)(w)≥4％,pH≤1.27;對磷酸脲晶體進(jìn)行熱分析,測得熔點117.4

3、5℃,計算出比熱容為2.3383J/(g·K),并作了磷酸脲DSC熱分析曲線;對磷酸脲晶體進(jìn)行紅外光潛和X-射線衍射分析,并與標(biāo)準(zhǔn)圖譜進(jìn)行比較,補充了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
　　(3)對磷酸脲產(chǎn)物進(jìn)行溶解度測定,發(fā)現(xiàn)磷酸脲在水中的溶解度較高,擬合出溶解度Y與溫度T的數(shù)學(xué)模型:Y=0.001 T3-0.010 T2+1.531 T+46.95,r=0.996。
　　(4)探討了不同因素對磷酸脲介穩(wěn)區(qū)寬度的影響,當(dāng)降溫速率為8℃/h時,飽和

4、溫度15、30、45℃的介穩(wěn)區(qū)寬度分別為7.8、4.6、3.3℃:當(dāng)飽和溫度為30℃時,降溫速率6、8、10℃/h的介穩(wěn)區(qū)寬度分別為4.9、4.6、4.0℃。
　　(5)在介穩(wěn)區(qū)寬度內(nèi),磷酸脲的質(zhì)量生長速率隨著體系溫差△T的增加而增加,當(dāng)飽和磷酸脲溶液溫度35℃,冷卻溫度31.5℃時,磷酸脲質(zhì)量生長速率為40.29×10-3g/min。
　　(6)考察了不同冷卻結(jié)晶方式對磷酸脲產(chǎn)品粒徑的影響,采用8℃/h恒速降溫的方式進(jìn)行冷

5、卻結(jié)晶得到的產(chǎn)品最優(yōu),其中粒徑大于0.83mm的晶體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為45.38％,粒徑在0.35~0.83mm的晶體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為48.16％。
　　(7)在最佳工藝條件中加入不同摩爾數(shù)氯化鉀,K2O的含量隨氯化鉀加入量的增加而增加,但達(dá)到9.32％后增加變緩。
　　(8)開展了磷酸脲與尿素的傳統(tǒng)聚合反應(yīng)設(shè)備與微波反應(yīng)設(shè)備的對比實驗,采用箱式電阻爐(傳統(tǒng)加熱設(shè)備)進(jìn)行聚合反應(yīng),最佳工藝條件:聚合反應(yīng)溫度200℃、聚合反應(yīng)時間1h,磷酸

6、脲與尿素摩爾比1:1;采用微波反應(yīng)器進(jìn)行聚合反應(yīng),最佳工藝條件:功率約為140 W、聚合反應(yīng)時間20 min,磷酸脲與尿素摩爾比1:1.4。表明微波反應(yīng)器與傳統(tǒng)加熱設(shè)備相比,反應(yīng)條件差異較大,前者能大大降低反應(yīng)時間、節(jié)省能耗。
　　(9)對制得的聚磷酸銨產(chǎn)品進(jìn)行溶解度和pH值測定,聚磷酸銨溶解度隨聚合度的增加而減小,且小于0.05g/mL,pH值隨聚合度的增加接近中性;使用熱分析儀對得到的產(chǎn)品進(jìn)行熱穩(wěn)定性測定,聚磷酸銨熱穩(wěn)定性好,