硝酸铈铵绿色化学工艺与传统工艺的对比钟学明(南昌航空工业学院环境与化学工程系,江西,南昌330034)摘要:从原子经济性出发,对以碳酸铈为原料合成硝酸铈铵的绿色化学工艺与传统工艺进行了对比。与传统工艺相比,绿色化学工艺的原子利用率提高30.01个百分点,原子效率因子提高24.44个百分点。关键词:硝酸铈铵绿色化学工艺传统工艺原子经济性绿色化学是美国学者最早提出的一门新的化学学科,与控制污染不同,以“原子经济性”为原则,从源头上阻止污染,是当代化学学科研究的重要前沿之工艺合成硝酸铈铵的原理,用化学反应方程式表示为:Ce2(CO3)3+6HNO3=2Ce(NO3)3+3CO2↑+3H2O(1)一1-3,我国是稀土资源大国,但是我国的稀土工业生2CeNO+3HO+4HO=2Ce(OH)3O·OH↓+2(3)3222(2)产方式仍然是高消耗、低产出、高污染的传统生产方式,因此研究开发稀土生产的绿色化学工艺具有重大的实际意义。目前,有些专家学者已经开始关注稀土生产绿色化学工艺的研究和开发”4-6,稀土工业要改变粗放落后的传统生产方式,关键在于建立稀土生产的绿色工艺,提高原子的利用率,实现“零排放”。硝酸铈铵是一种氧化性很强的橘扛色络台物,属于绿色化学品,主要用作有机合成的催化剂、硝化剂,氧化剂、聚合反应的引发剂,以及集成电路的刻蚀剂6HNO3HNO+NHHO=NHNO+HO(3)3324322Ce2(OH)3O·OH=2Ce(OH)4↓+O2↑(4)Ce(OH)4+6HNO3=H2Ce(NO3)6+4H2O(5)H2Ce(NO3)6+2NH4NO3=(NH4)2Ce(NO3)6+2HNO3(6)传统工艺合成硝酸铈铵的总方程式为:Ce2(CO3)3+14HNO3+3H2O2+6NH3H2O+4NH4NO3=2(NH4)2Ce(NO3)6+6NH4NO3+O2↑+3CO2↑+13H2O(7)由此可知,在传统工艺合成硝酸铈铵的过程中,在合成氢氧化铈时,产生硝酸铵废液污染;在热的浓硝酸溶解前驱体氢氧化铈时,产生硝酸雾和二氧化氮污染;同时,产生副产物氧气、水和二氧化碳。因此,在工业生产中该工艺方法存在资源消耗大,生产成本高,环境污染严重,作业条件差等不足。2绿色化学工艺合成硝酸铈铵的原理绿色化学工艺合成硝酸铈铵6:用乙酸HAc溶解碳酸铈,以过氧化氢为氧化剂,加入氢氧化钠中和反应产生的酸,煮沸、过滤获得氢氧化铈,滤液调节pH后浓缩结晶获得乙酸钠。然后,用硝酸溶解前躯体氢氧化铈,得到六硝酸根合铈酸H2Ce(NO3)6]溶液,加入硝酸铵,浓缩结晶,过滤得到橘红色的晶体,于105℃下烘干等6。硝酸铈铵在有机合成中的应用,可以降低引发剂重铬酸钾的用量,减少铬的环境污染.作为催化剂,氧化剂和引发剂,硝酸饰铵具有反应活性高、反应条件温和,反应速度快、时间短,产率高、选择性好、用量少、毒性低、污染小等优点。1传统工艺合成硝酸铈铵的原理合成硝酸铈铵多以碳酸铈为原料。传统工艺合成硝酸铈铵7-8:首先,以硝酸为溶剂将碳酸铈溶解,获得硝酸铈溶液;其次,在硝酸铈溶液中,加入过氧化氢和氨水,煮沸,过滤获得氢氧化饰,滤液中含有硝酸铵,因为硝酸铵是易爆物品,回收硝酸铵存在安全隐患9-10,所以硝酸铵溶液往往是直接排放.然后:用热的浓硝酸溶解前躯体氢氧化铈,得到六硝酸根合铈酸H2Ce(NO3)6]溶液,加入硝酸铵固体,浓编结晶,过滤得到橘红色的晶体,于105℃下烘干获得硝酸铈铵。传统80江西化工2005年第3期获得硝酸铈铵。结晶母液含有硝酸和过量的硝酸铵,返回用于溶解氢氧化铈,形成循环.有关化学反应如下:Ce2(CO3)3+6HAc=2CeAc3+3CO2↑+3H2O(8)2CeAc3+3H2O2+4H2O=2Ce(OH)3O·OH↓+6HAc(9)HAc+NaOH=NaAc+H2O(10)2Ce(OH)3O·OH=2Ce(OH)4↓+O2↑(11)Ce(OH)4+6HNO3=H2Ce(NO3)6+4H2O(12)H2Ce(NO3)6+2NH4NO3=(NH4)2Ce(NO3)6+2HNO3(13)绿色化学工艺的总方程式为:Ce2(CO3)3+6HAc+3H2O2+6NaOH+8HNO3+4NH4NO3=2(NH4)2Ce(NO3)6+6NaAc+O2↑+3CO2↑+13H2O(14)由此可知,绿色化学工艺合成硝酸铈铵的过程中,选用对环境不产生危害的碳酸铈、乙酸、过氧化氢和氢氧化钠为原料,反应体系为乙酸体系,最后获得氢氧化铈与乙酸钠两种绿色产品,只有少量的对自然环境影响较轻的二氧化碳和氧气未能利用,不产生废水和废渣,实现了“零排放”,乙酸钠广泛用于制药工业、染料工业、饲料工业、化学试剂、贮热材料等领域,具有广阔的市场前景。3合成硝酸铈铵的原子经济性原于经济性是绿色化学的最主要特点,理想的原子经济反应是原料中的原子百分之百地转化进入产...