способ получения водного раствора цинкового комплекса динатриевой или дикалиевой соли гидроксиэтилидендифосфоновой кислоты

Формула изобретения

Способ получения водного раствора цинкового комплекса динатриевой или дикалиевой соли гидроксиэтилидендифосфоновой кислоты, осуществляемый при использовании в качестве исходных продуктов гидроксиэтилидендифосфоновой кислоты, оксида цинка и гидроксида натрия или калия, отличающийся тем, что исходные продукты смешивают одновременно, добавляя оксид цинка и гидроксид натрия или калия к водному раствору гидроксиэтилидендифосфоновой кислоты, причем исходные продукты используют в количестве, соответствующем молярному соотношению оксида цинка, гидроксида натрия или калия и гидроксиэтилидендифосфоновой кислоты, равному 1:2,2-2,6:1,1-1,3, после чего реакционную массу перемешивают до полного растворения, охлаждают и отфильтровывают осадок из водного раствора полученного целевого продукта.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химии фосфорорганических соединений и непосредственно к способам получения цинковых комплексов щелочных солей гидроксиэтилидендифосфоновой кислоты, применяемых в качестве ингибиторов солеотложений и коррозии в сельском хозяйстве, в медицине и биологии.

Цинковый комплекс динатриевой соли гидроксиэтилидендифосфоновой кислоты (ОЭДФ) описывается общей формулой C₂H₄Na₂O ₇P₂Zn. В промышленности под названием ОЭДФ-Zn выпускается продукт, представляющий собой 23-25%-ный водный раствор цинкового комплекса ОЭДФ (А.П.Ковальчук. Новости теплоснабжения, 2001, № 1, с.32), в соответствии с ТУ-2439-001-24210860-97 от 10.07.1997.

Известно, что в виде твердого продукта динатриевую соль цинкового комплекса ОЭДФ получают известным способом (SU, а.с. № 790698, C07F 9/38, 1981). Данный способ осуществляют в определенной последовательности, которая, как сказано в описании данного способа, играет существенную роль. На первой стадии данного способа к водному раствору ОЭДФ прибавляют порциями оксид цинка, затем реакционную массу перемешивают при комнатной температуре в течение 0,5-1,5 часа, после чего уже прибавляют водный раствор гидроксида натрия и смесь перемешивают при комнатной температуре в течение 2-х часов. Исходные продукты (ОЭДФ, ZnO, NaOH) в данном известном способе берут в молярном соотношении, соответственно равном 1,0:0,9-1,0:2,0-2,1. Динатриевую соль цинкового комплекса гидроксиэтилидендифосфоновой кислоты (тетрагидрат) получают в виде кристаллического твердого продукта постоянного состава с 91,9%-ным выходом.

Известен способ получения 15-23% водного раствора цинкового комплекса динатриевой или дикалиевой соли гидроксиэтилидендифосфоновой кислоты (RU 2305102, C07F 9/38, 2007) реакцией взаимодействия предварительно полученного водного раствора цинката натрия или цинката калия с 20-60% водным раствором гидроксиэтилидендифосфоновой кислоты, осуществляемой при температуре 60-80°С. Исходные продукты - цинкат калия или натрия получают в отдельной емкости из 5-20%-ного водного раствора гидроксида калия или натрия и оксида цинка, взятых в мольном соотношении 2:1, которые перемешивают при температуре 50-75°С.

Как видно, для осуществления известного способа необходим определенный расход электроэнергии, что отрицательно сказывается на себестоимости конечного продукта. Кроме того, проведение процесса в 2 стадии снижает выход конечного продукта.

Для создания неэнергоемкого и технологичного процесса разработан новый способ получения водного раствора цинкового комплекса динатриевой или дикалиевой соли гидроксиэтилидендифосфоновой кислоты. Предлагаемый способ осуществляют одновременным смешиванием оксида цинка, гидрокисида натрия или калия с водным раствором гидроксиэтилидендифосфоновой кислоты в молярном соотношении 1:2,2-2,6:1-1,3, перемешиванием реакционной массы до полного растворения, охлаждением, фильтрационным отделением осадка и получением целевого водного раствора цинкового комплекса динатриевой или дикалиевой соли гидроксиэтилидендифосфоновой кислоты.

Основное отличие нового способа от способа-прототипа заключается в иной последовательности смешивания и соответственно взаимодействия исходных компонентов. Необходимым условием осуществления нового способа является одновременное смешивание оксида цинка и гидрокисида натрия с водным раствором гидроксиэтилидендифосфоновой кислоты, что, благодаря экзотермичности реакции, активирует процесс образования целевого продукта без применения дополнительного внешнего нагревания. Такая последовательность проведения процесса при соблюдении определенного мольного соотношения реагентов делает данный способ энергетически, а значит, и экономически более выгодным, чем способ-прототип.

Отличие нового способа от способа-прототипа заключается и в использовании иного мольного соотношения исходных компонентов. В новом способе исходные продукты - оксид цинка, гидроксид натрия или калия и гидроксиэтилидендифосфоновая кислота берут в молярном соотношении, соответственно равном 1:2,2-2,6:1,1-1,3, что улучшает стабильность гидроксиэтилидедифосфоновой кислоты во времени.

После охлаждения реакционной массы имеет место осаждение механических примесей, которые удаляют из раствора известными методами, например фильтрацией.

Ниже приведены примеры, иллюстрирующие новое изобретение.

Пример 1

К 1,3 л водного раствора ОЭДФ, содержащего 226,6 г ОЭДФ (100%-ной) при перемешивании при комнатной температуре одновременно присыпают оксид цинка (81,4 г) и гидроксид натрия (88 г) из расчета молярного соотношения ОЭДФ: ZnO:NaOH, равного 1,1:1:2,2. Реакционную массу, которая благодаря экзотермической реакции саморазогревается, перемешивают до полного растворения суспензии в течение 30 минут, охлаждают и отделяют механические примеси из полученного целевого продукта фильтрацией на воронке Бюхнера. Получают 1,7 кг водного раствора цинкового комплекса динатриевой соли ОЭДФ с концентрацией по комплексу 18,4%.

Пример 2.

К 1,3 л водного раствора водного ОЭДФ, содержащего 267,8 г ОЭДФ (100%-ной), при перемешивании при комнатной температуре одновременно присыпают оксид цинка (81,4 г) и гидроксид калия (104 г) из расчета молярного соотношения реагентов ОЭДФ: ZnO КОН, равного 1,3:1:2,6. Далее процесс ведут аналогично примеру 1. Получают 1,75 кг водного раствора цинкового комплекса калиевой соли ОЭДФ с концентрацией по комплексу 17,9%.

Таким образом, экспериментальные исследования показали, что новый способ имеет ряд преимуществ перед способом-прототипом и другими аналогами.

Во-первых, в новом способе значительно сокращается продолжительность процесса (до 45-60 минут), в отличие от прототипа, в котором весь процесс осуществляют в значительно большее время (2 часа и более).

Во-вторых, процесс протекает с минимальными энергетическими затратами, поскольку проводимая реакция является экзотермической и соответственно не требует дополнительного подогрева для ее осуществления, в отличие от способа-прототипа и других аналогов. Данные преимущества значительно снижают себестоимость конечного продукта и делают процесс экономически более выгодным.

Получаемый водный раствор устойчив при хранении и обладает высокими ингибирующими свойствами по отношению к отложениям минеральных солей и коррозии.