磷酸脲基產品反應結晶及聚合作用研究.pdf

1、磷酸脲是一種具有氨基結構的磷酸復鹽,可以作為含有N,P元素的全水溶性復合肥料,與噴灌和滴灌技術結合,達到節(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、結晶過程。通過在磷酸脲反應或結晶體系中加入氯化鉀,制備磷酸脲基全水溶性三元NPK復合肥料,或將磷酸脲與尿素加熱聚合,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)展的新型產品。
　　主要研究結果如下:
　　(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:反應攪拌速率200r/min,磷酸濃度55％~60％,反應溫度55℃,反應時間30min,磷酸與尿素摩爾比1:1,冷卻結晶時間12~15h。
　　(2)進行磷酸脲產物物性測定,磷酸脲溶液的pH值隨磷酸脲質量分數(shù)增加而減小,當磷酸脲質量分數(shù)(w)≥4％,pH≤1.27;對磷酸脲晶體進行熱分析,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;對磷酸脲晶體進行紅外光潛和X-射線衍射分析,并與標準圖譜進行比較,補充了基礎數(shù)據(jù)。
　　(3)對磷酸脲產物進行溶解度測定,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,磷酸脲的質量生長速率隨著體系溫差△T的增加而增加,當飽和磷酸脲溶液溫度35℃,冷卻溫度31.5℃時,磷酸脲質量生長速率為40.29×10-3g/min。
　　(6)考察了不同冷卻結晶方式對磷酸脲產品粒徑的影響,采用8℃/h恒速降溫的方式進行冷

5、卻結晶得到的產品最優(yōu),其中粒徑大于0.83mm的晶體質量分數(shù)為45.38％,粒徑在0.35~0.83mm的晶體質量分數(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)聚合反應設備與微波反應設備的對比實驗,采用箱式電阻爐(傳統(tǒng)加熱設備)進行聚合反應,最佳工藝條件:聚合反應溫度200℃、聚合反應時間1h,磷酸

6、脲與尿素摩爾比1:1;采用微波反應器進行聚合反應,最佳工藝條件:功率約為140 W、聚合反應時間20 min,磷酸脲與尿素摩爾比1:1.4。表明微波反應器與傳統(tǒng)加熱設備相比,反應條件差異較大,前者能大大降低反應時間、節(jié)省能耗。
　　(9)對制得的聚磷酸銨產品進行溶解度和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品進行熱穩(wěn)定性測定,聚磷酸銨熱穩(wěn)定性好,