一種實驗室廢鈉/鉀處理方法及處理裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及實驗室廢料處理裝置和環(huán)境保護領域，具體涉及到實驗室廢鈉/鉀處理方法和反應裝置。
【背景技術】
[0002]鈉具有強還原性，在空氣中能自燃，遇水或潮氣猛烈反應放出氫氣，并且快速放出熱量，保存或處理不當會引起燃燒或爆炸。日常的實驗中經常使用鈉作為還原劑或干燥劑等，實驗剩余的這些金屬廢料處理則是一項既費事又危險的工作，目前實驗室中金屬鈉廢料的處理主要有以下四種方法:
[0003](I)用乙醇、異戊醇等醇類來處理。這個方法用到了鈉與醇類物質反應比較緩慢的特點，雖然該方法非常安全，但是處理過程中需要大量的醇溶劑，往往需要很長時間。處理過程中使用的醇類物質，揮發(fā)在空氣中會引發(fā)火災。并且反應生成產物是醇鈉鹽和氫氣，前者又會增加有機廢液的處理成本。
[0004](2)將金屬鈉肩靜置在空氣中。這個方法的原理有兩種，一種是先與空氣中的氧氣反應生成氧化鈉，進一步與水和二氧化碳反應最終生成碳酸鈉；另一種是直接與空氣中的水和二氧化碳反應生成碳酸鈉和氫氣。該方法處理所需的時間更長，鈉在實驗室里長時間裸露放置，存在嚴重的安全隱患。
[0005](3)將廢金屬鈉填埋處理。這個方法是將廢鈉掩埋在土壤中，當土壤濕度較大時，土壤中的水和鈉反應，生成氫氧化鈉、氫氣和碳酸鈉。由于這個方法會使填埋的土壤鹽堿化，導致周圍植物生長受到影響。
[0006](4)將廢鈉加熱融化后再回收。將廢鈉肩投入到甲苯或液體石蠟等溶劑中，并進行加熱。由于鈉的熔點比較低，高溫下熔化形成液體，低溫下再冷卻形成鈉塊。這個方法可以將廢鈉皮中的金屬鈉回收回來，不造成環(huán)境危害。但是這個方法需要較高的溫度，操作復雜并有一定的危險性，如果鈉肩中氧化物大多，融化的金屬鈉不能聚集，而且操作能夠處理的鈉肩量很少，經濟性差。
[0007]有的實驗室直接用水和鈉進行反應，生成的氫氧化鈉對環(huán)境污染小，處理過程成本低；但是由于水與鈉的反應劇烈，存在燃燒或爆炸的危險。所以每次處理的鈉肩量很少，而且操作過程中會產生鈉氧化物的氣凝膠，對實驗人員的身體造成傷害。綜上所述，實驗室里處理廢鈉的方法都存在一些缺點急需改進。鉀的性質與鈉相近，還原性更強，處理方法也存在同樣的問題。
[0008]為此，本發(fā)明提出了一種實驗室廢鈉、廢鉀處理方法及處理裝置，通過控制鈉金屬與水的反應速度，使鈉塊逐步消解。本發(fā)明在反應器中裝入適量的水和非極性有機溶劑，構成油、水兩相，利用金屬，水和煤油的密度差異，以及鈉和水迅速反應的特點，使得該金屬在油水界面和煤油層間往復運動反應。反應過程中反應速率和放熱速度得到了很好的控制，不會產生危險；試劑方面只用到了水和煤油，并且煤油不參與反應可以重復使用，反應后僅產生少量的普通堿液，對環(huán)境沒有污染；設計的反應裝置操作更方便，可長期使用。

【發(fā)明內容】

[0009]為了解決上述技術問題，本發(fā)明公開一種實驗室廢鈉/鉀處理裝置，其包括反應瓶、與反應瓶上部瓶口相配合的瓶塞和設置在反應瓶底部的帶截止閥的導水管；所述反應瓶中還填充有水層和非極性有機溶劑層。
[0010]具體的，上文所述的裝置中，所述的非極性有機溶劑為密度比鈉/鉀金屬和水小，且不與鈉/鉀金屬反應，同時溶劑的沸程(180°C以上)和閃點(40°C以上)，反應時更安全，例如:煤油和/或液體石蠟。
[0011]上文所述的裝置不使用時應將反應瓶蓋上瓶塞；
[0012]帶截止閥的導水管位于反應瓶底部，用于排放反應瓶中的水層，處理廢鈉/鉀反應后的水層可以通過帶截止閥的導水管徹底排放；
[0013]處理廢鈉/鉀反應產生的氣體通過反應瓶口排放；
[0014]再次使用時，通過反應瓶口可以重新注入水層和非極性有機溶劑層，蓋上瓶塞即可。
[0015]具體的，上文所述的裝置的使用方法如下:向反應瓶中填充水層和非極性有機溶劑層構成油、水兩相，由于溶液的極性不同，密度較小的非極性有機溶劑層漂浮在水層上，將廢棄的鈉/鉀塊投入到反應瓶中，由于金屬鈉/鉀的密度大于非極性有機溶劑層，鈉/鉀會逐漸沉向油水界面，當鈉/鉀到油水界面處，鈉/鉀下層與水層接解部分迅速和水發(fā)生反應，產生的氫氣推動鈉/鉀立刻回到非極性有機溶劑層里，當剩余的鈉/鉀向上漂浮時，會被非極性有機溶劑冷卻并隔斷與水的接觸，然后再次慢慢沉向油水界面，重新與水進行反應，鈉/鉀在油水界面處和非極性有機溶劑間往復運動反應，并逐漸和水反應消解，直至反應完全，處理廢鈉/鉀反應后的水層通過帶截止閥的導水管排放。
[0016]如果為了加快反應速度，也可以將堿金屬廢料按壓入水層；使其與水劇烈反應，水受熱蒸發(fā)變成氣體帶走大部分能量，同時鈉/鉀會熔化成液體，體積膨脹并在反應產物(氫氣)的推動下迅速回到非極性有機溶劑層中，整個過程中由于鈉/鉀接觸不到空氣或氧氣，所以不會產生燃燒現(xiàn)象；這種方法只使用了水和非極性有機溶劑，并且非極性有機溶劑不參與反應，可以重復使用。生成的廢液為普通的堿溶液，對環(huán)境污染小。反應過程中反應速率和放熱速度得到了很好的控制，不會產生危險。實驗結果表明，5g以下的鈉(實驗室的廢鈉/鉀塊小于Ig)在該條件進行反應，不會產生燃燒。
[0017]有益效果
[0018]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:本裝置和其使用方法可以控制鈉與水的反應速度，處理過程熱量平穩(wěn)釋放，相對其它處理方法更加安全；鈉/鉀在反應過程中僅消耗水，處理成本低；操作過程中不產生金屬氧化物的氣凝膠，生成物是少量的堿液，對環(huán)境沒有影響；該方法操作簡單，反應時間適當，反應裝置可以長期保存并隨時使用，完全滿足實驗室隨時處理廢鈉/鉀的需求。
【附圖說明】
[0019]圖1實驗室廢鈉/廢鉀處理裝置示意圖；其中:1.反應瓶、2.瓶塞、3.帶截止閥的導水管、4.水層、5.非極性有機溶劑層。
【具體實施方式】
[0020]下述非限定性實施例可以使本領域的普通技術人員更全面地理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。
[0021]下面結合附圖，以鈉和煤油為例對本技術方案作進一步闡述。
[0022]取500mL的反應瓶。打開瓶塞，分別加入200mL水和10mL液體石蠟，液體石蠟由于密度小而漂浮于水面上。再取2g的鈉塊投入至反應瓶內，由于金屬廢鈉的密度大于煤油，廢鈉會逐漸沉向油水界面。鈉塊逐漸沉降到油水界面處。當鈉塊的下層接觸水時迅速反應，并產生氫氣，產生的氣體推動鈉塊重新回到液體石蠟里面。此時鈉塊不再與水接觸，而反應迅速中止。液體石蠟中的鈉塊停留一段時間，繼續(xù)向下沉降，鈉塊在水層和液體石蠟層間往復運動。如果有細小鈉塊沉降緩慢，可以鑷子按住壓入水層，或用少量水沖洗鈉塊至其反應完全。鈉塊消解過程中放熱平穩(wěn)、速度適當，不會產生鈉氧化物的氣凝膠，對實驗室環(huán)境沒有影響。操作結束后，打開帶截止閥的導水管，放出反應瓶下層的廢水。該層廢水為氫氧化鈉溶液，經過中和或稀釋可以排入下水道。液體石蠟不與金屬廢鈉反應，可以留在反應瓶中重復使用。再從瓶口補充適量水至反應瓶中，蓋上瓶塞，隨時等待下一次使用。
【主權項】
1.一種實驗室廢鈉/鉀處理裝置，其特征在于:包括反應瓶(I)、與反應瓶(I)上部瓶口相配合的瓶塞(2)和設置在反應瓶(I)底部的帶截止閥的導水管(3);所述反應瓶(I)中還填充水層(4)和非極性有機溶劑層(5)。2.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于:所述的非極性有機溶劑層(5)填充為密度小于鈉/鉀金屬和水，且不與鈉/鉀金屬反應，同時其沸程為180°C以上，閃點為40°C以上的溶劑。3.根據(jù)權利要求1所述裝置的使用方法，其特征在于:向反應瓶(I)中填充水層(4)和非極性有機溶劑層(5)構成油、水兩相，開啟瓶塞(2)后，將廢棄的鈉/鉀塊投入到反應瓶(I)中，該廢棄的鈉/鉀塊在油、水兩相界面和非極性有機溶劑層(5)之間往復運動，并逐漸和水反應消解，直至反應完全；處理廢鈉/鉀反應后的水層(4)溶液通過帶截止閥的導水管(3)排放。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種實驗室廢鈉/鉀處理裝置和其使用方法，包括反應瓶、與反應瓶上部瓶口相配合的瓶塞和設置在反應瓶底部的帶截止閥的導水管；所述反應瓶中還填充有水層和非極性有機溶劑層。在反應瓶中裝入水和非極性有機溶劑，構成油、水兩相，再將廢鈉/鉀塊投入到反應瓶中，該金屬在油水界面和有機層間往復運動，并慢慢地和水反應消解。通過這種方法控制了廢鈉/鉀與水的反應速率，處理過程非常安全、經濟、環(huán)保、便捷。
【IPC分類】B01J19/00
【公開號】CN105148815
【申請?zhí)枴緾N201510513859
【發(fā)明人】蔡靖雯, 成蘇煒, 黃紅菱, 曾敏, 馬小涵, 譚大志
【申請人】大連理工大學
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年8月19日