Công Ty Hóa Chất Hanimex HANIMEX Chemical
Xút là hợp chất vô cơ phổ biến của của Natri. NaOH – Natri hydroxit – Caustic soda là các tên gọi khác của xút. Xút tồn tại ở hai dạng chất rắn màu trắng ở dạng viên, vảy hoặc ở dạng dung dịch xút bão hòa 32%, 45% hoặc 50%. Được biết đến với tính kiềm mạnh cho nên xút được sử dụng rộng rãi trong việc tẩy rửa, xản xuất giấy và các chất hữu cơ vô cơ khác. Ước tính năm 2016 cả thế giới sản xuất trên 70 triệu tỷ tấn xút.
I. Phương pháp điều chế naoh trong phòng thí nghiệm
- Buồng điện phân kiểu màng chắn:
Trong buồng điện phân kiểu màng chắn, nước muối từ khoang anôt chảy qua màng chia tách để đến khoang catôt; vật liệu làm màng chia tách là amian phủ trên catôt có nhiều lỗ .
Không nhất thiết màng chắn phải là amian, nếu điều chế ở quy mô phòng thí nghiệm có thể thay thế nó bằng miếng giấy A4 hơ trên hơi sáp paraphin (hoặc không hơ sáp cũng có thể được nhưng hiệu quả kém hơn). Nếu thực hiện đúng cách miếng giấy sẽ chỉ cho nước và một số ion đi qua, các phần tử bọt khí sẽ bị giữ lại, nhờ đó clo không khuếch tán sang và không tác dụng được với natri hidroxit. Tuy nhiên phải đảm bảo cân bằng nồng độ chất tan hai bên màng, nếu không thì không phải clo sẽ khuếch tán mà chính natri hidroxit sẽ khuếch tán qua màng và tác dụng với clo. Có thể ngăn cản sự khuếch tán của natri hidroxit bằng cách cung cấp thật nhiều natri clorua vào bể điện phân ở nửa có điện cực giải phòng khí clo, natri clorua vừa cân bằng nồng độ ion và vừa tạo ra một lượng lớn anion Cl− có tác dụng cản trở sự hòa tan mang tính vật lý của clo vào nước.
Còn cách khác để tạo một màng ngăn, chúng ta có thể dùng loại giấy tạp chí dày (loại này là giấy phủ cao lanh hay còn gọi là đioxit silic. Loại này có tính chất ưu việt nhất nhưng cần phải ngâm nước một thời gian cho nước thấm vào thì các ion mới đi qua được.
II. Công nghệ sản xuất xút clo trong công nghiệp
a/ Sự phát triển và tình hình ứng dụng các công nghệ xút – clo
Các sản phẩm xút, clo đã được bắt đầu sản xuất trên quy mô công nghiệp từ hơn 100 năm nay. Có ba công nghệ chủ yếu để điện phân muối ăn và sản xuất xút clo là: công nghệ điện phân bằng điện cực thuỷ ngân, công nghệ điện phân bằng màng ngăn và công nghệ điện phân bằng màng trao đổi ion.
a.1- Công nghệ điện phân bằng điện cực thủy ngân
Đây là công nghệ điện phân được áp dụng lần đầu tiên ở quy mô công nghiệp và ban đầu được phát triển ở châu âu. Hiện nay, khoảng 50% công suất xút của châu âu, khoảng 13% sản lượng xút theo phương pháp điện phân ở Mỹ là theo công nghệ này. Ở công nghệ này, thủy ngân được sử dụng một mặt làm catôt cho bể điện phân, một mặt để tạo hỗn hống với natri. Về cơ bản, thủy ngân không bị tiêu hao trong quá trình sản xuất, vì tất cả các bể điện phân đều hoạt động theo chu trình khép kín đối với thủy ngân. Phương pháp này cho phép sản xuất dung dịch NaOH 50 – 52% (trọng lượng) mà không cần công đoạn cô. Độ tinh khiết của sản phẩm xút thu được rất cao, hàm lượng tạp chất rất thấp:
| Tạp chất | Hàm lượng (thông thường) | Hàm lượng (tối đa) |
| NaCl | 10 ppm | 30 ppm |
| NaClO3 | 0,5 ppm | 1 ppm |
| Na2CO3 | 0,02% (trọng lượng) | 0,06% (trọng lượng) |
| Na2SO4 | 10 ppm | 20 ppm |
Tổng nhu cầu năng lượng cho 1 tấn xút sản xuất thep phương pháp điện cực thuỷ ngân là khoảng 3600 kWh (tính quy đổi toàn bộ thành điện một chiều).
Xút sản xuất theo phương pháp điện phân với điện cực thuỷ ngân thường được coi như xút tinh khiết bậc Rayon. Sản xuất sợi tơ nhân tạo phụ thuộc rất nhiều vào nguồn cung cấp dung dịch xút tinh khiết cao của bậc này. Một ứng dụng quan trọng khác của xút bậc Rayon này là để tái chế các thiết bị trao đổi ion để lọc nước.
Việc sử dụng thủy ngân cho sản xuất xút clo phụ thuộc nhiều vào các biện pháp bảo hộ lao động và bảo vệ môi trường. Trong 15 năm qua, công nghiệp xút clo châu âu đã giảm hơn 90 % lượng thủy ngân phát thải vào môi trường. Ủy ban Oslo và Ủy ban Paris về vấn đề bảo vệ môi trường đã quy định mức phát thải thủy ngân là 2 g trên một tấn công suất clo được lắp đặt.
a.2- Công nghệ điện phân với màng ngăn (diaphragm)
Công nghệ này được phát triển chủ yếu ở Mỹ. Hiện nay, khoảng 71% sản lượng xút theo phương pháp điện phân ở Mỹ và 20% sản lượng xút được sản xuất tại châu âu được sản xuất theo công nghệ điện phân với màng ngăn. Ở công nghệ này người ta sử dụng màng amiăng hoặc các màng thay thế cho amiăng để ngăn không cho các sản phẩm của quá trình điện phân muối ăn là NaOH và clo phối trộn với nhau. Dung dịch 50% NaOH được sản xuất chủ yếu bên ngoài bể điện phân. Bể điện phân với màng ngăn chỉ sản xuất dung dịch NaOH rất loãng, khoảng 12 – 14% (trọng lượng) với nồng độ NaCl cũng xấp xỉ như vậy. Sau đó, dung dịch loãng được cô ở công đoạn cô đặc ba hoặc bốn cấp để sản xuất ra dung dịch cuối cùng có nồng độ 49 – 52% NaOH. Muối dư được kết tủa và tách ra qua công đoạn cô để tuần hoàn trở lại bể điện phân.
Dung dịch xút sản xuất bằng phương pháp màng ngăn có chất lượng kém nhất trong ba phương pháp điện phân muối ăn. Hàm lượng tạp chất trong dung dịch xút thường khá cao như sau:
| Tạp chất | Hàm lượng (thông thường) | Hàm lượng (tối đa) |
| NaCl | 1% (trọng lượng) | 1 – 3% (tùy theo nhà sản xuất) |
| NaClO3 | 0,15% (trọng lượng) | 0,3% (trọng lượng) |
| Na2CO3 | 0,1% (trọng lượng) | 0,2% (trọng lượng) |
| Na2SO4 | 0,01% (trọng lượng) | 0,02% (trọng lượng) |
Tổng nhu cầu năng lượng cho 1 tấn xút sản xuất theo phương pháp màng ngăn là khoảng 5000 kWh (tính quy đổi toàn bộ thành điện một chiều).
Xút sản xuất theo phương pháp màng ngăn thường được coi như xút sạch bậc kỹ thuật hoặc bậc thương mại. Người ta cũng có thể tiến hành cô bổ sung dung dịch xút sạch bậc kỹ thuật với nồng độ 50 % NaOH này để giảm hàm lượng muối, do khi cô nồng độ xút cao hơn nên muối sẽ kết tủa. Dung dịch đặc thu được sẽ lại được pha loãng để thu được dung dịch 50 % NaOH bậc tinh khiết cao hơn.
Xút sản xuất theo phương pháp màng ngăn thường được sử dụng trong xử lý nước thải, sản xuất vải sợi, xà phòng, chất giặt rửa, và trong công nghiệp luyện nhôm.
Nếu chỉ tính riêng công đoạn điện phân, thì nhu cầu năng lượng ở phương pháp này thấp hơn phương pháp điện cực thủy ngân, nhưng do phải cô đặc nên tổng tiêu hao năng lượng cao hơn nhiều. Công đoạn cô đặc rất tốn kém cả về chi phí đầu tư và nhu cầu năng lượng, và không cho phép sản xuất sản phẩm NaOH có độ tinh khiết đủ cao cho một số ứng dụng nhất định.
a.3- Công nghệ điện phân với màng trao đổi ion (membrane)
Công nghệ này được phát triển trong thập niên 1970, hiện nay khoảng 13% sản lượng xút theo phương pháp điện phân ở Mỹ và 25% công suất xút ở châu âu được sản xuất theo công nghệ điện phân với màng trao đổi ion. Ở công nghệ này người ta sử dụng màng trao đổi ion để tách các ion clo và natri. Bể điện phân được chia thành hai khoang, khoang anôt được nạp dung dịch nước muối bão hòa, còn khoang catôt được nạp nước khử khóang. Màng trao đổi ion cho phép các ion natri di chuyển về hướng màng, đồng thời giữ khí clo và dung dịch nước muối trong một khoang ở phía bên kia của bể điện phân. Ion natri phản ứng với nước tạo thành NaOH. Dung dịch xút được sản xuất bằng phương pháp màng trao đổi ion thường có nồng độ NaOH 33 – 35% (trọng lượng). Người ta cũng áp dụng công đoạn cô như ở phương pháp điện phân màng ngăn, để tăng nồng độ xút lên 50% thích hợp cho vận chuyển. Mục đích của công đoạn cô không phải là giảm hàm lượng NaCl, vì do bản chất chọn lọc thẩm thấu của màng trao đổi ion nên hàm lượng NaCl không đáng kể, hơn nữa lượng nước cần bay hơi cũng nhỏ hơn so với phương pháp màng ngăn. Những lượng nhỏ của muối có thể đi qua màng, làm cho dung dịch xút có nồng độ tối đa 75 ppm NaCl. Nhưng sản phẩm xút của một số nhà sản xuất áp dụng công nghệ điện phân màng trao đổi ion có thể có nồng độ NaCl cao hơn 100 ppm.
Nói chung, hàm lượng tạp chất trong sản phẩm xút theo công nghệ màng trao đổi ion thường rất thấp như sau:
| Tạp chất | Hàm lượng (thông thường) | Hàm lượng (tối đa) |
| NaCl | dưới 30 ppm | 75 ppm |
| NaClO3 | dưới 3 ppm | 5 ppm |
| Na2CO3 | 0,03% (trọng lượng) | 0,05% (trọng lượng) |
| Na2SO4 | 15 ppm | 20 ppm |
Tổng nhu cầu năng lượng cho 1 tấn xút sản xuất thep phương pháp màng trao đổi ion là khoảng 3360 kWh (tính quy đổi toàn bộ thành điện một chiều).
Xút sản xuất theo công nghệ màng trao đổi ion thường cũng được chấp nhận như xút tinh khiết bậc Rayon, được sử dụng trong tất cả các lĩnh vực khác, kể cả lĩnh vực sản xuất tơ sợi nhân tạo.
Sơ đồ một bình điện phân hiện đại với công nghệ màng trao đổi ion như sau (nhà máy Celanese tại Frankfurt, CHLB Đức, cải tạo xây dựng năm 2002, công suất 200.000 tấn /năm, dự kiến sẽ đi vào sản xuất năm 2004, sử dụng màng perflosulfonic axit của công ty Aciplex):
Bình điện phân với màng trao đổi ion sử dụng cho các nhà máy xút – clo hiện đại thường là các loại bình điện phân cỡ lớn, thiết diện mỗi bình có thể lên đến 5 m2 (kích thước bên ngoài 2 x 4 m). Các bình này sử dụng điện cực làm từ vật liệu hoàn toàn trơ về mặt hóa học nên rất bền.
Công nghệ điện phân màng trao đổi ion có những ưu điểm chính như sau:
– Tổng tiêu hao năng lượng thấp nhất trong ba công nghệ điện phân.
– Sản xuất xút có độ tính khiết và nồng độ cao.
– Không có tác động đáng kể đối với môi trường.
Tuy nhiên, việc chuyển sang công nghệ điện phân với màng trao đổi ion đòi hỏi vốn đầu tư ban đầu tương đối cao, đặc biệt giá màng trao đổi ion khá cao. Công nghệ này còn đòi hỏi phải xử lý nước muối rất tốt để đạt độ tinh khiết cao trước khi đưa vào điện phân.
Sơ đồ công nghệ một dây chuyền điện phân thông thường trên thế giới, áp dụng phương pháp màng trao đổi ion như sau:
III. Tại sao điều chế naoh phải có màng ngăn
Màng ngăn xốp giúp quá trình tạo ra sản phẩm chỉ gồm, Naoh, Cl2 và H2. Nếu không có màng ngăn thì sẽ tạo ra nước javen
IV. Các phương trình hóa học điều chế naoh
H2O + Ag2S + 4NaCN ⟶ NaOH + NaSH + 2Na[Ag(CN)2]
H2O + Na2CO3 ⟶ NaHCO3 + NaOH
H2O + Na2Se ⟶ NaOH + NaHSe
H2O + Na2S ⟶ NaOH + NaHS
H2O + NaNH2 ⟶ NaOH + NH3
Na2O + NH3 ⟶ NaOH + NaNH2
H2O + NaFeO2 ⟶ NaOH + FeO(OH)
5H2O + Na2ReH9 ⟶ 9H2 + NaOH + NaReO4
H2O + NaH ⟶ H2 + NaOH
N2O + 2NaNH2 ⟶ NaOH + NH3 + NaN3
LiOH + NaF ⟶ NaOH + LiF
H2O + CO2 + Na3NO4 ⟶ NaHCO3 + NaNO3 + NaOH
C6H5NH2 + HCl + NaNO2 ⟶ H2O + NaOH + C6H5N2Cl
NaHCO3 + Ba(OH)2 ⟶ H2O + NaOH + BaCO3
H2O + 2NaO2 ⟶ NaOH + O2 + NaHO2
Ca(OH)2 + NaHCO3 ⟶ CaCO3 + H2O + NaOH
O2 + 2NaH ⟶ 2NaOH
NaClO + NH4OH ⟶ H2O + NaOH + NH2Cl
2H2O + Na2O2 ⟶ H2O2 + 2NaOH
H2O + Na3NO4 ⟶ NaNO3 + 2NaOH
3H2O + Na3Sb ⟶ H2O2 + 3NaOH
2H2O + NaAlO2 ⟶ Al(OH)3 + NaOH
CO + H2O + NaHCO3 ⟶ H2 + NaOH + CoCO3
Ca(OH)2 + NaHF2 ⟶ CaF2 + H2O + NaOH
9H2O2 + Na2ReH9 ⟶ 13H2O + NaOH + NaReO4
2H2O + Na2SiO3 ⟶ 2NaOH + H2SiO3
2Na3H2IO6 ⟶ 4NaOH + O2 + 2NaIO3
3H2O + Na3N ⟶ 3NaOH + NH3
H2O + 4NaBO2 ⟶ 2NaOH + Na2B4O7
2H2O + 4NaBiO3 ⟶ 4NaOH + 3O2 + 2Bi2O3
4H2O + NaBH4 ⟶ 4H2 + NaOH + B(OH)3
3H2O + Na3As ⟶ H2O + 3NaOH
3H2O + Na3Sb ⟶ 3NaOH + SbH3
2H2O + Na4P2O6 ⟶ 2NaOH + Na2H2P2O6
2H2O + 4H + Na2N2O2 ⟶ 2NaOH + 2NH2OH
2HNO2 + 2NaN3 ⟶ 3N2 + 2NaOH + 2NO
H2O + Na2Se ⟶ 2NaOH + H2Se
H2O + 2Na2SeO3 ⟶ 2NaOH + Na2Se2O5
2H2O + O2 + 2Na2Te ⟶ 4NaOH + 2Te
NaNO2 + Fe(OH)2 ⟶ NaOH + NO + FeO(OH)
2H2O + 2NaClO2 ⟶ H2 + 2NaOH + 2ClO2
4H2O + Na6TeO6 ⟶ 4NaOH + Na2H4TeO6
2H2O + 2NaNO2 + 4Na(Hg) ⟶ 4NaOH + Na2N2O2
2H2O + 4NaO2 ⟶ 4NaOH + 3O2
H2O + NaBH4 + Na2GeO3 ⟶ 2NaOH + NaBO2 + GeH4
H2O + 2NaI + O3 ⟶ I2 + 2NaOH + O2
Na[Sn(OH)3] ⟶ H2O + NaOH + SnO
3H2O + Na2O2 + Na2TeO3 ⟶ 2NaOH + Na2H4TeO6
Mg(OH)2 + 2NaAlO2 ⟶ 2NaOH + MgAl2O4
Ca(OH)2 + Na2SiO3 ⟶ 2NaOH + CaSiO3
4Na[B(OH)4] ⟶ 7H2O + 2NaOH + Na2B4O7
Na3[Cr(OH)6] ⟶ 2H2O + 2NaOH + NaCrO2
Na2[Zn(OH)4] ⟶ H2O + 2NaOH + ZnO
H2O + Na2TeO3 ⟶ 2NaOH + O2 + Te
H2O + Na2O ⟶ 2NaOH
4Au + 2H2O + O2 + 8NaCN ⟶ 4NaOH + 4Na[Au(CN)2]
3Ca(OH)2 + 2Na3PO4 ⟶ Ca3(PO4)2 + 6NaOH
2Na3PO4 + 3Ba(OH)2 ⟶ 6NaOH + Ba3(PO4)2
2NaHO2 ⟶ 2NaOH + O2
2AgNO3 + 2H2O + 2NaNO2 + 4Na(Hg) ⟶ 4Hg + 2NaNO3 + 4NaOH + Ag2N2O2
3H2O2 + 2Na3[Cr(OH)6] ⟶ 8H2O + 2NaOH + 2Na2CrO4
(n+2H2O + Na4SiO4 ⟶ 4NaOH + SiO2.nH2O
Na2CO3 + Sr(OH)2 ⟶ 2NaOH + SrCO3
Na3[Cr(OH)6] ⟶ 3NaOH + Cr(OH)3
NaBrO3 + 2Na3[Cr(OH)6] ⟶ 5H2O + 2NaOH + 2Na2CrO4 + NaBr
Fe(OH)2 + Na2O2 ⟶ 2NaOH + 2FeO(OH)
3Na2O2 + 2Na3[Cr(OH)6] ⟶ 2H2O + 8NaOH + 2Na2CrO4
Na2SO4 + Ba(OH)2 ⟶ 2NaOH + BaSO4
Na2CO3 + Ba(OH)2 ⟶ 2NaOH + BaCO3
Ca(OH)2 + 2NaClO ⟶ 2NaOH + Ca(ClO)2
2Pb(OH)2 + Na2[Pb(OH)6] ⟶ 4H2O + 2NaOH + Pb3O4
6NH4OH + Na3[AlF6] ⟶ Al(OH)3 + 3NaOH + 6NH4F
6H2O + Na6TeO6 + 3Na[Sn(OH)3] ⟶ 3NaOH + Te + 3Na2[Sn(OH)6]
2H2O + 2Na2O2 ⟶ 4NaOH + 2O2
2H2O + 2Na ⟶ H2 + 2NaOH
2NaH + Fe3O4 ⟶ 3Fe + 4NaOH
Ca(OH)2 + Na2CO3 ⟶ CaCO3 + 2NaOH
Na2[Zn(OH)4] ⟶ 2NaOH + Zn(OH)2
2H2O + 2NaCl ⟶ Cl2 + H2 + 2NaOH
2H2O + 2NaCl ⟶ Cl2 + H2 + 2NaOH
Tag: NaOH natri hydroxit – Xút vảy – Xút lỏng – Xút hạt – Xút nguyên gì vai trò axetilen nào pthh etilen fe fe2(so4)3 glixerol gia ven kim na muốn oxi pt cn viết ch4 trực tiếp 9
