Phản ứng giữa NaOH và formaldehyde (HCHO) là bước đầu tiên trong quá trình sản xuất SFS. Phương trình hóa học của phản ứng như sau:
NaOH + HCHO → Na(HCOO) + H2O
Phản ứng này tạo ra natri formate (Na(HCOO)) và nước (H2O) dưới dạng sản phẩm phụ. Natri formate sau đó được phản ứng với natri bisulfit (NaHSO3) để tạo ra SFS. Phương trình hóa học cho bước thứ hai của phản ứng như sau:
2Na(HCOO) + NaHSO3 → Na2S2O4 + 2CO2 + 2 H2O
Phản ứng này tạo ra các sản phẩm phụ là SFS, carbon dioxide (CO2) và nước (H2O).
Cơ chế phản ứng cho bước đầu tiên của phản ứng liên quan đến sự tấn công của ion hydroxit (OH-) từ NaOH vào cacbonyl cacbon của formaldehyd (HCHO), dẫn đến sự hình thành chất trung gian tứ diện. Chất trung gian sau đó trải qua quá trình loại bỏ một phân tử nước để tạo thành natri formate và ion hydroxit proton (H3O+). Ion hydroxit được proton hóa sau đó khử proton để tạo ra nước và tái tạo ion hydroxit, ion này có thể tham gia vào chu trình phản ứng tiếp theo.
Bước thứ hai của phản ứng liên quan đến việc thêm natri bisulfit (NaHSO3) vào natri formate (Na(HCOO)) để tạo thành SFS (Na2S2O4) và carbon dioxide (CO2). Cơ chế phản ứng liên quan đến sự tấn công của ion bisulfite (HSO3-) vào cacbonyl cacbon của natri formate để tạo thành chất trung gian tứ diện. Chất trung gian sau đó trải qua quá trình loại bỏ một phân tử nước để tạo thành SFS và carbon dioxide. Phản ứng tỏa nhiệt và năng lượng giải phóng được sử dụng để thúc đẩy phản ứng về phía trước.
Quy trình sản xuất SFS sử dụng NaOH bao gồm các bước sau:
Bước 1: Chuẩn bị dung dịch formaldehyde
Formaldehyde (HCHO) thường được điều chế bằng cách oxy hóa metanol (CH3OH) bằng chất xúc tác bạc. Dung dịch formaldehyde thu được sau đó được tinh chế và cô đặc đến nồng độ mong muốn (thường là 37-40% theo trọng lượng).
Bước 2: Phản ứng của formaldehyde với NaOH
Dung dịch formaldehyde sau đó được trộn với dung dịch NaOH trong bình phản ứng được trang bị sinh hàn hồi lưu. Hỗn hợp này được làm nóng đến nhiệt độ khoảng 70-80°C và hồi lưu trong khoảng thời gian 4-6 giờ. Trong thời gian này, phản ứng giữa NaOH và formaldehyde diễn ra, dẫn đến sự hình thành sản phẩm phụ là natri formate và nước.
Bước 3: Chuẩn bị dung dịch natri bisulfit
Natri bisulfit (NaHSO3) được điều chế bằng cách cho natri cacbonat (Na2CO3) phản ứng với lưu huỳnh dioxit (SO2) trong dung dịch nước. Dung dịch natri bisulfit thu được sau đó được tinh chế và cô đặc đến nồng độ mong muốn (thường là 50-60% trọng lượng).
Bước 4: Phản ứng của natri bisulfit với natri formate
Dung dịch natri bisulfit sau đó được thêm vào dung dịch natri formate thu được từ bước đầu tiên. Phản ứng thường được thực hiện trong một bình phản ứng riêng biệt và tỏa nhiệt, nghĩa là nhiệt được tạo ra trong quá trình phản ứng. Để hỗn hợp phản ứng trong khoảng thời gian khoảng 2-3 giờ, trong thời gian đó sản phẩm SFS được hình thành. Hỗn hợp phản ứng sau đó được làm lạnh và lọc để thu được sản phẩm SFS.
Bước 5: Thanh lọc SFS
Sản phẩm SFS thu được từ bước trước thường không tinh khiết và chứa nhiều tạp chất khác nhau như natri sulfat (Na2SO4) và natri formate chưa phản ứng. Để tinh chế sản phẩm SFS thường được hòa tan trong nước và xử lý bằng than hoạt tính hoặc hạt nhựa trao đổi ion để loại bỏ tạp chất. Sản phẩm SFS tinh khiết sau đó được sấy khô để thu được sản phẩm cuối cùng.
Ứng dụng của SFS trong công nghiệp:
- Công nghiệp dệt may: SFS được sử dụng làm chất khử để khử thuốc nhuộm trong quá trình dệt may. Nó cũng được sử dụng để tẩy trắng hàng dệt may và làm chất khử clo trong sản xuất len và lụa.
- Công nghiệp giấy: SFS được sử dụng làm chất tẩy trắng để tẩy trắng bột giấy trong ngành công nghiệp giấy. Nó cũng được sử dụng làm chất khử để khử clo dư trong bột giấy.
- Công nghiệp xử lý nước: SFS được sử dụng làm chất điều hoà nước, khử để khử clo dư trong nước uống và xử lý nước thải.
- Ngành nhiếp ảnh: SFS được sử dụng như một tác nhân đang phát triển trong ngành nhiếp ảnh để phát triển các bản in ảnh
