固体消毒剂过氧化尿素的制备

刘立华

（唐山师范学院 化学系，河北 唐山 063000）

化学与化工研究

固体消毒剂过氧化尿素的制备

刘立华

（唐山师范学院 化学系，河北 唐山 063000）

以尿素和过氧化氢为原料采用湿法合成固体消毒剂过氧化尿素，考察了反应物摩尔配比、反应温度、反应时间等因素对过氧化尿素的收率和活性氧含量的影响，确定了最佳的制备工艺条件：过氧化氢与尿素的反应摩尔配比为1.3∶1，反应温度为30 ℃，反应时间为40 min，此时过氧化尿素的收率可达到87.32%，过氧化尿素的活性氧含量可达18.81%。

过氧化尿素；过氧化氢；尿素；制备

1 引言

过氧化尿素（Urea Peroxide）易溶于水，水溶液兼有尿素和过氧化氢的性质，稳定性好，在水溶液中缓慢放出氧气，作用时间长[1]。过氧化尿素成本低、无污染、无异味，低磷、洗涤、漂白、杀菌等多功能于一体，具有含磷、含氯漂白剂及过硼酸钠无法比拟的优势，是一种理想的洗涤组分，是现代洗涤剂的发展方向[2]。过氧化尿素可用于棉花、羊毛制品、人造丝、亚麻纤维、纸浆的木质纤维漂白，具有不损伤纤维、漂白后纤维不会变黄的优点[3]。过氧化尿素有较强的去污能力，并且不污染水质，对农作物无害，排放到江河对水质无不利影响，而过氧化氢在水中缓慢地不断释放出的活性氧能起到去渍、杀菌、漂白布料，适用于所有纤维和有色织物。过氧化尿素可用于鱼塘增氧、消毒缺氧急救；作为小家禽饲料的消毒供氧添加剂。过氧化尿素是优良的土质改良剂，在土壤中加入少许过氧化尿素，土壤的透气性能将会增加，减少土壤的板结，可使农作物增产。在水稻等作物种植时，可以作为土壤处理剂、种子处理剂及叶面散布剂。用0.75 %浓度的过氧化尿素水溶液喷洒植物的地表部分，可使其免受真菌、细菌、过滤性毒菌以及虫类感染引起的危害。

过氧化尿素是一种高效、安全且使用方便的固体消毒剂。它不仅杀菌力强，而且使用浓度低、消毒时间短，消毒后不留残余毒性[4]，还可抑制细菌与霉菌的生长，残留无刺激；并可用作口腔软组织感染的消毒剂[5]；在癌症治疗上用于抗肝腹水[6]；还可作为治疗痔疮的组分，起到杀菌作用，同时起到收敛剂的作用。由于过氧化尿素遇水放出氧，如果在一定的条件下控制氧气产生的速度，则可用于医院急救的供氧源，用过氧化尿素和特殊的发色染料可以测定血液中粒细胞的浓度，从而应用在医疗诊断中。过氧化尿素可用于人及动物毛发的漂白、拉直剂，烫发剂中的中和剂；打印油墨中的催干剂，提高打印效果及质量；烟草加工中加入过氧化尿素可以消除吸烟时产生的一氧化碳、金属羧基配合物等有害物质，而不影响烟丝的香味。过氧化尿素还可作为铁等金属的缓蚀剂，水泥基础工程构件的添加剂等；作为牙齿的漂白剂，加入牙膏中可以减少斑点和细菌，并能通过化学机械作用来减少牙周疾病。

过氧化尿素的工业化生产始于日本。目前主要生产国有美国、日本等，近年来国外开发和应用己经获得进展，生产工艺较为成熟。日本专利报道使用60%的过氧化氢和尿素反应，在催化剂的存在下可以获得收率为95%和纯度为99.5%的过氧化尿素；德国专利报道使用85%的过氧化氢在催化剂存在下可以得到98%的收率和99.5%纯度的过氧化尿素。近几年，国内对过氧化尿素的合成也进行了大量研究，为过氧化尿素的工业化生产奠定了基础。

本实验通过研究反应物摩尔配比、反应温度、反应时间等因素对过氧化尿素的收率和活性氧含量的影响，得出最佳反应条件。

2 实验部分

2.1 实验原料与设备

30% H2O2（分析纯，天津市永大化学试剂有限公司），尿素（分析纯，天津市泰兴试剂厂），水杨酸（分析纯，天津市永大化学试剂有限公司），浓硫酸（唐山路北区化工厂），浓硝酸（唐山路北区化工厂），乙醚（分析纯，天津市东丽区天大化学试剂厂），重铬酸钾（分析纯，天津市凯通化学试剂有限公司），高锰酸钾（分析纯，天津市东丽区天大化学试剂厂），草酸钠（优级纯，北京化学试剂公司）。

ZB-2B玻璃恒温水浴（南京多助科技发展有限公司），JJ-1精密定时电动搅拌器（江苏省金坛市荣华仪器制造厂），BCD-216F冰箱（青岛海尔有限股份公司），SHB-IVA循环水式多用真空泵（郑州市成科工贸有限公司），R2140电子分析天平（梅特勒-托利多仪器上海有限公司），GZX-9070MBE电热恒温鼓风干燥箱（上海博讯实业有限公司医疗设厂）。

2.2 过氧化尿素的合成原理

过氧化尿素的合成所需原料为尿素和双氧水。

反应方程式如下：

过氧化尿素可看作是由尿素中的-NH2取代碳酸中的-OH而成。在过氧化尿素分子中，尿素分子与过氧化氢分子之间以氢键结合，氢键作用较弱。

2.3 实验方法

2.3.1 制备方法

称取一定质量分数为30%的H2O2投入150 mL三口反应瓶中，搅拌下加入0.1 g水杨酸（稳定剂）和一定质量的尿素，于设定温度下反应，反应一定时间后，反应液于-5 ℃～5 ℃下结晶、过滤，干燥，得白色粉末状或片状结晶，即为过氧化尿素。过氧化尿素的合成工艺如图1。

图1 过氧化尿素合成工艺图

2.3.2 过氧化尿素的鉴定

取0.5 g产物，加蒸馏水配成5 mL10%的待测溶液。取上述溶液1 mL与1 mL浓硝酸混合，有白色结晶状沉淀生成。取上述溶液1 mL，加10 mL蒸馏水和1滴5%的稀硫酸，再加2 mL乙醚和数滴0.75%的重铬酸钾溶液，充分振荡，乙醚层呈蓝色，说明生成产物为过氧化尿素。

2.3.3 高锰酸钾标准溶液的配制与标定

称取3.2 g高锰酸钾于烧杯中，用蒸馏水溶解、稀释至1 L加热煮沸并保持1 h。冷却后转入具有玻璃塞的棕色试剂瓶中，于暗处放置2-3天。

准确称取经105-110 ℃烘干1 h的草酸钠0.13～0.15 g，置于500 mL锥形瓶中，加200 mL蒸馏水及10 mL硫酸（硫酸与水的体积比1:1）。待草酸钠溶解后，加热至80-90 ℃，用上述高锰酸钾标准溶液缓慢滴定至溶液呈微红色，经30秒不褪，即为终点。高锰酸钾与草酸钠的反应式：

根据以下反应式计算高锰酸钾的标准溶液浓度：

式中，C为高锰酸钾标准溶液的浓度（mol·L-1），m为草酸钠试样的质量（g），V为滴定用去的高锰酸钾标准溶液的体积（mL）。

2.3.4 活性氧含量测定

准确称取0.13～0.15 g试样于250 mL锥形瓶中，加入60 mL蒸馏水和15 mL硫酸（6 mol·L-1）。用浓度为0.02 mol·L-1的高锰酸钾标准溶液滴定至溶液呈微红色，经30 s不退，即为终点。酸性溶液中高锰酸钾氧化H2O2反应式为：

按下式计算过氧化尿素产物中活性氧含量：

式中，X为过氧化尿素中活性氧含量（%），V为滴定用去的高锰酸钾标准溶液的体积（mL），C为高锰酸钾标准溶液的浓度（mol·L-1），m为过氧化尿素试样的质量（g）。

3 结果与讨论

3.1 反应物摩尔比对产品收率和活性氧含量的影响

固定反应时间40 min，反应温度30 ℃，考察反应物摩尔配比对产品收率和活性氧含量的影响，结果见表1。

表 1 反应物摩尔配比对产品收率和活性氧含量的影响

由表1可知，随着反应物摩尔比的变化，收率与活性氧含量的变化趋势并不一致。为了解决这一矛盾，引进参数R，R=收率%×活性氧含量%。由结果可知，随着过氧化氢用量的增加，R增加；当过氧化氢与尿素摩尔比在1.3:1时，R最大。

3.2 反应温度对产品收率和活性氧含量的影响

合成过氧化尿素的反应为放热反应，故反应温度低一些较好，但是反应温度过低又会影响反应速率，温度越低反应速率越慢；反应温度过高又会导致过氧化氢和过氧化尿素的分解，从而影响反应的产率。固定n(过氧化氢)/n(尿素)=1.3:1，反应时间40 min，考察反应温度对产品收率和活性氧含量的影响，结果见表2。

表2 反应温度对产品收率和活性氧含量的影响

由表2可以看出，随反应温度的升高，R增加，当温度达到30 ℃后，再升高反应温度，R减小。原因主要是由于温度升高增加了尿素的溶解度，有助于增加反应速率，从而使产品收率增加；但是随着反应温度的不断提高，过氧化氢分解的几率增大，从而对制备过氧化尿素不利。由结果可知，当反应温度为30 ℃时过氧化尿素的R最高。

3.3 反应时间对产品收率和活性氧含量的影响

固定n(过氧化氢)/n(尿素)=1.3:1，反应温度30 ℃，考察反应时间对产品收率和活性氧含量的影响，结果见表3。

表3 反应时间对产品收率和活性氧含量的影响

随反应时间增加，R呈增加趋势。当反应时间为40 min时，产品的综合性能较好。时间继续延长尿素和过氧化氢反应完全，R趋于平缓。

4 结论

尿素与过氧化氢合成过氧化尿素在以水杨酸作为稳定剂，结晶温度在-5 ℃～5 ℃时的最佳工艺条件为:n(过氧化氢)/n(尿素)为1.3:1。反应温度为30 ℃，反应时间为40 min，在上述条件下，产物收率可达87.32%，过氧化尿素的活性氧含量可达18.81%。

[1] 那大成,杨蕾.过氧化尿素的合成制备[J].实验室科学, 2008(3):73-74.

[2] 王安奇,唐少红.稳定,高活性氧含量的过氧化尿素的制备,应用及发展前景[J].辽宁化工,2001,30(9):414-416.

[3] 杨平平,魏文珑.过氧化尿素的合成研究[J].科技情报开发与经济,2006,17(9):154.

[4] 郭元平,郭元金,员涛,等.超声波辐射快速合成过氧化尿素[J].无机盐工业,2010,42(1):48-49,62.

[5] 常伟林,王建伟,王文浩,等.过氧化脲的研制[J].化学推进剂与高分子材料,2009(4):46-48.

[6] 曹吉林,李梦青,谭朝阳,等.固体消毒剂过氧化尿素湿法合成[J].过程工程学报,2005,5(5):517-520.

（责任编辑、校对：琚行松）

Preparation of Urea Peroxide as Solid Disinfectant

LIU Li-hua

(Department of Chemistry, Tangshan Teachers College, Tangshan 063000, China)

Urea peroxide as solid disinfectant was prepared by wet process with urea and hydrogen peroxide in the paper. In order to obtain the best preparation condition on the effect of the yield of urea peroxide and the content of active oxygen, several factors such as molar ratio of hydrogen peroxide to urea reaction temperature, reaction time were investigated in the text. The experimental results showed that the optimal conditions are obtained with the molar ratio of hydrogen peroxide to urea 1.3:1, the reaction temperature 30 ℃, the reaction time 40 min, and with the yields of urea peroxide 87.32% and the content of active oxygen 18.81%.

urea peroxide; hydrogen peroxide; urea; preparation

TQ226

A

1009-9115(2013)02-0001-03

10.3969/j.issn.1009-9115.2013.02.001

唐山师范学院科学研究项目（10B04）

2011-11-17

刘立华（1969-），女，河北唐山人，硕士，教授，研究方向为绿色化学。