氨基磺酸的制備及應用

[db:作者] / 2023-02-07 00:00

8.3.1.1 氨基磺酸

[物化性質]氨基磺酸化學式為H2NSO2OH，相對分子質量為97.09，是白色斜方晶系片狀結晶，無臭，不揮發，不吸濕，可燃，低毒，對皮膚和眼睛有一-定的刺激作用。相對密度2.216(20℃/4℃)。熔點205℃，在209℃時開始分解，在260℃下，會分解成二氧化硫、三氧化硫、氮和水等。折射率a型1.553，β型1.563，γ型1.568。溶于水和液氨，微溶于甲醇，不溶于乙醇和乙醚，也不溶于二硫化碳和液態二氧化硫。氨基磺酸的水溶液具有與硫酸、鹽酸一樣的強酸性。所有的普通鹽(不包括鈣、鋇、鉛鹽)都不溶于水。

[制備方法]

(1) 由尿素和發煙硫酸在40℃下進行磺化生成氨基磺酸粗品，然后加水進行結晶，再經過干燥制得。反應式如下：

(NH2)2CO+H2SO4·SO3→2NH2SO3H+CO2↑

此反應為放熱反應，在80℃左右反應進行很快，使用相當過量的發煙硫酸時，可得到接近理論量的氨基磺酸。

(2) 美國專利4386060中介紹了一種以尿素、硫酸酐和硫酸為原料，在低于50℃的溫度下，以三氧化硫(溶解于有機氟化物)為磺化劑，生產氨基磺酸。具體制備方法如下。

①往反應器中加入一定量的硫酸與三氯三氟代乙烷混合，當溫度升至35℃時，加入計量的工業級尿素，反應時間為1.0～1.5h，生成硫酸尿懸浮液。再加入計量的SO3，SO3用量為三氯三氟代乙烷用量的1.4倍。升溫至47～48℃，除去溶液中的不溶物。再加熱至85℃，反應至CO2和SO3逸出，即得產品。制得的氨基磺酸純度為96.2%。

②與法①不同的是，法②中先由濃硫酸和尿素制成硫酸尿溶液，反應溫度為35℃。升溫至47～48℃，往三氯三氟代乙烷中通入SO3，SO3的用量不超過計算量的2%。絕大部分的三氯三氟代乙烷通過潷析從溶液中除去，升溫至85℃，反應物分解，直至CO2和SO3逸出。反應制得的氨基磺酸呈球狀，易通過潷析分離，平均純度為93.3%。

[技術指標]工業氨基磺酸技術指標

[應用]氨基磺酸的水溶液呈酸性，與金屬氧化物、氫氧化物、碳酸鹽反應，形成可溶性鹽，因此可除去氧化鐵銹、水垢等。氨基磺酸易溶于水，并隨著水溫的升高，溶解度增大。在清洗過程中，消耗氨基磺酸質量分數與垢層厚度有關，按理論計算，除去1g碳酸鈣垢需要1.94g氨基磺酸。

在實際清洗過程中，若清洗液pH值上升至3.5時，清洗液中的氨基磺酸基本耗盡，需添加氨基磺酸，清洗液才能恢復清洗除垢性能。氨基磺酸清洗液隨著清洗液溫度的升高，與水垢的反應也越完全。無水的氨基磺酸是白色穩定晶體，它的水溶液穩定性較差。一般控制情況時的溫度不高于60℃。

氨基磺酸對橡膠塑料、尼龍等均無腐蝕作用，但對金屬有一定的腐蝕性，因此在清洗時，針對不同的材質需在清洗液中添加合適的緩蝕劑。為提高清洗效果，在氨基磺酸清洗液中添加具有潤濕、滲透、乳化和增溶作用的表面活性劑。供選擇的有：TX-10、十二烷基苯磺酸鈉等陰離子型或非離子型表面活性劑，質量分數一般取0.1%。

氨基磺酸與表面活性劑等組分組成一種金屬銹垢及水垢清洗劑(質量標準見表8-5)，國內多家水處理劑，應用較多。

表8-5 金屬銹垢及水垢清洗劑質量標準

該產品由于采用氨基磺酸為主劑，對金屬的腐蝕比一般無機強酸小，尤其是不易產生氫脆現象。該產品中復配了聚磷酸鹽和硫脲等緩蝕成分，有一定的緩蝕作用。使用該產品的方法為按系統保有量計算，一次投加量為500～1000mg/L，加入匯水道，粉狀藥劑在一定水流下混合，溶解，經泵抽入系統循環清洗，控制pH值為2～4(用該藥劑調整)，清洗時間一般為6～12h，以總鐵和濁度數據判定清洗終點。

用氨基磺酸作為清洗介質的特點和應注意的事項如下。

(1) 氨基磺酸是一元固體酸，便于運輸。

(2) 氨基磺酸對金屬的腐蝕性較小，適合于多種金屬材料的清洗，是唯一可用于清洗鍍鋅金屬的酸。氨基磺酸與硫酸鹽酸對金屬的相對腐蝕速度見表8-6。

(3) 氨基磺酸對多數金屬鹽的溶解度較大，清洗后的產物大多可溶解于水，不至于產生新的沉淀。

(4) 氨基磺酸的價格比較高。

(5) 氨基磺酸可以和鈣鹽、鎂鹽發生激烈反應，而且所生成的堿土金屬的氨基磺酸鹽在水中能很好地溶解，所以能很好地清除水垢。

表8-6 氨基磺酸與硫酸鹽酸對金屬的相對腐蝕速率(3%，22℃±2℃)

工業清洗中常使用7%～10%(質量)的氨基磺酸水溶液，在60℃以下清洗水垢，一般在幾十分鐘內，可使90%左右的鈣鎂垢轉化為可溶性的氨基磺酸鈣、氨基磺酸鎂。

(6) 氨基磺酸對鐵銹的溶解速度較小，可在其清洗液中添加一定量的氯化鈉，使之產生部分鹽酸，使難溶的鐵的氧化物，轉變為可溶解的氯化物。

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