本發(fā)明涉及煤化工領(lǐng)域，更具體地說，涉及飽和硫化氫水溶液的安全制備裝置和方法。

背景技術(shù)：

硫酸銨標(biāo)準(zhǔn)(GB535-1995)中硫酸銨的重金屬(以Pb計)含量測定時需用到飽和H₂S水溶液，但無具體的制備過程。教科書中H₂S氣體制備經(jīng)典方法是使用啟普發(fā)生器或制氣體的簡易裝置：把FeS放入啟普發(fā)生器的球形體內(nèi)，漏斗里注入稀HCl。需用H₂S時，打開導(dǎo)氣管活塞，F(xiàn)eS與稀HCl接觸產(chǎn)生H₂S，停止用氣時，只需關(guān)閉活塞反應(yīng)即可停止。啟普發(fā)生器主要解決H₂S氣體制備的問題，但是H₂S氣體如何收集(溶解或吸收)，如何判定飽和，H₂S氣體外溢影響安全等問題并不能解決。

中國專利CN200910102546公開了用粗硫化鈣生產(chǎn)輕質(zhì)碳酸鈣聯(lián)產(chǎn)硫化氫的方法，將粗硫化鈣經(jīng)粉磨后常溫下用飽和硫化氫溶液溶出，得到硫氫化鈣溶液。清液通入CO₂氣體，生成輕質(zhì)碳酸鈣沉淀，并不斷產(chǎn)生硫化氫氣體，產(chǎn)生的硫化氫氣體一部分用來通入濾液制取飽和硫化氫溶液，返回上工序溶出粗硫化鈣循環(huán)使用，其余送氣柜儲存。該發(fā)明產(chǎn)生的飽和硫化氫含有較多的Ca²⁺、CO₃^2-等雜質(zhì)，且對是否飽和難以判定。

硫化氫(H₂S)的水溶液叫氫硫酸，是一種弱酸。在20℃時1體積水能溶解2.6體積的H₂S，濃度約為0.1mol/L。H₂S是一種急性劇毒，吸入少量高濃度H₂S可于短時間內(nèi)致命。H₂S是具有刺激性和窒息性的無色氣體。低濃度接觸僅有呼吸道及眼的局部刺激作用，高濃度時全身作用較明顯，表現(xiàn)為中樞神經(jīng)系統(tǒng)癥狀和窒息癥狀。作業(yè)工人中毒并不罕見。

如圖1所示現(xiàn)有的一種飽和H₂S水溶液制備裝置，該裝置的飽和H₂S水溶液制備流程為：

裝置按圖連接好之后，開啟水閥，抽氣泵4開始抽氣，向反應(yīng)瓶1中加入一定量的Na₂S試劑，從加入口2滴加H₂SO₄溶液與Na₂S反應(yīng)產(chǎn)生 H₂S氣體，H₂S氣體被抽至裝有蒸餾水的吸收瓶3中，溶解于其中，直到溶液變渾濁即可停止滴加H₂SO₄，飽和H₂S水溶液制備完畢。

在使用中發(fā)現(xiàn)，上述裝置存在以下幾點不足：

2.1從H₂SO₄溶液加入口和球形抽氣泵出口處有大量H₂S氣體溢出，雖然是在通風(fēng)櫥中進(jìn)行反應(yīng)，但同樣存在安全隱患；

2.2吸收瓶中的蒸餾水在反應(yīng)開始后很快就變渾濁了，隨著時間的延長越來越渾濁，但無法判斷吸收瓶中的蒸餾水何時能夠溶解足夠多的H₂S氣體并達(dá)到飽和程度，因此需要消耗較多的H₂SO₄溶液和Na₂S試劑。

查詢相關(guān)資料，未見其他飽和H₂S水溶液制備的裝置和方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的是提供飽和硫化氫水溶液的安全制備裝置和方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種飽和硫化氫水溶液的安全制備裝置，包括分液漏斗、加酸活塞、抽濾瓶、洗氣瓶、醋酸鉛指示裝置、尾氣處理裝置、球形抽氣泵、水閥。分液漏斗上設(shè)有加酸活塞，分液漏斗的底部伸入抽濾瓶中，且使加酸活塞保持在抽濾瓶的外部，抽濾瓶依次連接洗氣瓶、醋酸鉛指示裝置、尾氣處理裝置，球型抽氣閥包括三個出入口，其中一個出入口連接尾氣處理裝置，另外兩個出入口分別為進(jìn)水口和出水口，進(jìn)水口上設(shè)有水閥。

根據(jù)本發(fā)明的一實施例，分液漏斗為球形分液漏斗。

根據(jù)本發(fā)明的一實施例，球形分液漏斗內(nèi)盛裝H₂SO₄溶液，抽濾瓶中盛裝Na₂S試劑。

根據(jù)本發(fā)明的一實施例，H₂SO₄溶液濃度為40％～70％(V/V)。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還采用如下技術(shù)方案：

一種飽和硫化氫水溶液的安全制備方法，包括：依次連接分液漏斗、抽濾瓶、洗氣瓶、醋酸鉛指示裝置、尾氣處理裝置、球形抽氣泵；其中，分液漏斗上設(shè)有加酸活塞，分液漏斗的底部伸入抽濾瓶中，且使加酸活塞保持在抽濾瓶的外部；球型抽氣閥包括三個出入口，其中一個出入口連接 尾氣處理裝置，另外兩個出入口分別為進(jìn)水口和出水口，進(jìn)水口上設(shè)有水閥；打開水閥，球形抽氣泵開始抽氣，緩慢打開加酸活塞，球形分液漏斗中的H₂SO₄溶液加入到盛裝Na₂S試劑的抽濾瓶中。產(chǎn)生的H₂S氣體被抽至洗氣瓶中，被其中的蒸餾水溶解吸收；不能被吸收的H₂S氣體經(jīng)醋酸鉛棉指示裝置，當(dāng)醋酸鉛棉花完全變黑產(chǎn)生PbS黑色沉淀，表示反應(yīng)可以停止。尾氣進(jìn)入尾氣處理裝置，其中的少量未溶解和與醋酸鉛[Pb(CH₃COO)₂]反應(yīng)的H₂S氣體被溶有NaOH的溶液化學(xué)吸收。飽和H₂S水溶液制備完成。此裝置放于通風(fēng)櫥內(nèi)使用，用H₂S氣體報警儀對裝置是否有H₂S氣體外溢進(jìn)行檢查。

根據(jù)本發(fā)明的一實施例，分液漏斗為球形分液漏斗。

根據(jù)本發(fā)明的一實施例，球形分液漏斗內(nèi)盛裝H₂SO₄溶液，抽濾瓶中盛裝Na₂S試劑。

根據(jù)本發(fā)明的一實施例，H₂SO₄溶液濃度為40％～70％(V/V)。

在上述技術(shù)方案中，本發(fā)明的飽和硫化氫水溶液的安全制備裝置和方法旨在解決硫酸銨(GB535-1995)的重金屬(以Pb計)含量測定時需用到飽和H₂S水溶液試劑的制作，并有飽和H₂S水溶液制備完成與否的終點指示，提高H₂S水溶液的制作的安全性，消除H₂S對分析人員的危害。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有的硫化氫水溶液的制備裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明飽和硫化氫水溶液的安全制備裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。

本發(fā)明公開一種飽和硫化氫水溶液的安全制備裝置及其制備方法，根據(jù)H₂S的性質(zhì)，利用常見的玻璃儀器組裝成一種反應(yīng)-吸收-指示-尾氣處理的裝置，如圖2所示：依次由球形分液漏斗5、加酸活塞6、抽濾瓶7、洗氣瓶8、醋酸鉛指示裝置9、尾氣處理裝置10、球形抽氣泵11、水閥12等連接而成，并配有硫化氫報警儀。

如圖2所示，分液漏斗5上設(shè)有加酸活塞6，分液漏斗5的底部伸入抽濾瓶7中，且使加酸活塞6保持在抽濾瓶7的外部，抽濾瓶7依次連接洗氣瓶8、醋酸鉛指示裝置9、尾氣處理裝置10。球型抽氣閥11包括三個出入口，其中一個出入口連接尾氣處理裝置10，另外兩個出入口分別為進(jìn)水口和出水口，進(jìn)水口上設(shè)有水閥12。

此外，本發(fā)明的飽和硫化氫水溶液的安全制備方法為：

打開水閥12，球形抽氣泵11開始抽氣，緩慢打開加酸活塞6，球形分液漏斗5中的H₂SO₄溶液加入到盛裝Na₂S試劑的抽濾瓶7中。

本發(fā)明選用H₂SO₄主要是揮發(fā)性小，H₂SO₄濃度為40％～70％(V/V)，優(yōu)選的是50％(V/V)。H₂SO₄濃度如太高，易發(fā)生氧化-還原反應(yīng)，濃度太低會溶解H₂S。

抽濾瓶7中的Na₂S試劑也可用化學(xué)純FeS等試劑代替，產(chǎn)生的H₂S氣體被抽至洗氣瓶8中，被其中的蒸餾水溶解吸收，不能被吸收的H₂S氣體經(jīng)醋酸鉛棉指示裝置9，當(dāng)醋酸鉛棉花完全變黑產(chǎn)生PbS黑色沉淀，表示反應(yīng)可以停止。

尾氣進(jìn)入尾氣處理裝置10，其中的少量未溶解和與醋酸鉛[Pb(CH₃COO)₂]反應(yīng)的H₂S氣體被溶有NaOH的溶液化學(xué)吸收。尾氣處理裝置內(nèi)的NaOH溶液可用多次，直至用PH試紙測試PH值低于10再更換。

此時，飽和H₂S水溶液制備完成。本發(fā)明的裝置應(yīng)放于通風(fēng)櫥內(nèi)使用，用H₂S氣體報警儀對裝置是否有H₂S氣體外溢進(jìn)行檢查。

本發(fā)明方法的反應(yīng)原理為：

H₂S氣體生成反應(yīng)：H₂SO₄+Na₂S→Na₂SO₄+H₂S↑

副反應(yīng)：如H₂SO₄過量時，3H₂SO₄+H₂S→4SO₂↑+4H₂O

H₂S過量時：3H₂S+H₂SO₄→4H₂O+3S↓

H₂S和濃H₂SO₄濃度差不多時：H₂S+H₂SO₄＝S↓+SO₂↑+2H₂O

H₂S氣體檢驗反應(yīng)：Pb(CH₃COO)₂+H₂S→PbS↓+2CH₃COOH

H₂S氣體化學(xué)吸收反應(yīng)：H₂S+2NaOH→Na₂S+2H₂O

NaOH不足時：H₂S+Na₂S→2NaHS

由于分液漏斗既有持續(xù)加液的功能，同時又有起到水封的作用，解決 了原裝置中加H₂SO₄溶液處H₂S氣體外溢的安全隱患；盛裝堿液的尾氣處理裝置能夠完全吸收不溶解于蒸餾水中的H₂S氣體，解決了抽氣泵出口處H₂S氣體外溢的安全隱患；醋酸鉛[Pb(CH₃COO)₂]同H₂S反應(yīng)生成黑色的PbS，可以作為飽和H₂S水溶液制備完成與否的終點指示裝置，這解決了無法判斷反應(yīng)結(jié)束時機(jī)的問題。

下面通過幾個實施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明的裝置及方法。

一種飽和硫化氫水溶液的安全制備裝置:將球形分液漏斗5、加酸活塞6、抽濾瓶7、洗氣瓶8、醋酸鉛指示裝置9、尾氣處理裝置10、球形抽氣泵11、水閥12等依次連接，并配一個硫化氫報警儀。

實施例1

100mL球形分液漏斗內(nèi)裝40％(V/V)H₂SO₄溶液；抽濾瓶內(nèi)裝有化學(xué)純Na₂S試劑；洗氣瓶內(nèi)裝有蒸餾水，用以H₂S氣體吸收；醋酸鉛指示裝置內(nèi)填有醋酸鉛棉，醋酸鉛棉由棉花在10％醋酸鉛溶液中浸泡后在通風(fēng)櫥內(nèi)晾干制成；尾氣處理裝置內(nèi)裝有10％NaOH溶液。

飽和硫化氫水溶液制備方法：按圖2連接好各裝置，打開水閥12，球形抽氣泵11開始抽氣，緩慢打開加酸活塞6，球形分液漏斗5中的濃H₂SO₄加入到盛裝Na₂S的抽濾瓶7中，產(chǎn)生的H₂S氣體被抽至洗氣瓶8中，不能被吸收的H₂S氣體經(jīng)醋酸鉛指示裝置9后進(jìn)入尾氣處理裝置10，當(dāng)醋酸鉛棉完全變黑，表示反應(yīng)可以停止，飽和H₂S水溶液制備完成。此裝置放于通風(fēng)櫥內(nèi)使用，裝置旁可放置一臺H₂S氣體報警儀判斷是否有H₂S氣體外溢。醋酸鉛棉每次使用后須更換，尾氣處理裝置內(nèi)的10％NaOH溶液用后倒于廢液桶。

實施例2

250mL球形分液漏斗內(nèi)裝70％(V/V)H₂SO₄溶液；抽濾瓶內(nèi)裝有化學(xué)純FeS試劑；洗氣瓶內(nèi)裝有蒸餾水，用以H₂S氣體吸收；醋酸鉛指示裝置內(nèi)填有醋酸鉛棉，醋酸鉛棉由棉花在20％醋酸鉛溶液中浸泡后在通風(fēng)櫥內(nèi)晾干制成；尾氣處理裝置內(nèi)裝有20％的NaOH溶液。

飽和硫化氫水溶液制備方法：按圖2連接好各裝置，打開水閥12，球形抽氣泵11開始抽氣，緩慢打開加酸活塞6，球形分液漏斗5中的濃H₂SO₄ 加入到盛裝FeS的抽濾瓶7中，產(chǎn)生的H₂S氣體被抽至洗氣瓶8中，不能被吸收的H₂S氣體經(jīng)醋酸鉛指示裝置9后進(jìn)入尾氣處理裝置10，當(dāng)醋酸鉛棉完全變黑，表示反應(yīng)可以停止，飽和H₂S水溶液制備完成。此裝置放于通風(fēng)櫥內(nèi)使用，裝置旁可放置一臺H₂S氣體報警儀判斷是否有H₂S氣體外溢。醋酸鉛棉每次使用后須更換，尾氣處理裝置內(nèi)的20％的NaOH溶液用后測試PH值為14，可在下次繼續(xù)使用。

經(jīng)過試驗，本發(fā)明的裝置和方法從未發(fā)生H₂S外溢、或氣體報警儀報警的情況發(fā)生。由于有了終點指示，H₂S飽和水溶液的制備時間也基本穩(wěn)定在5min左右。該裝置結(jié)構(gòu)合理，操作安全方便，終點指示明確，制備出來的H₂S飽和水溶液能夠滿足重金屬(以Pb計)含量測定的要求，并且消除了制備過程中H₂S氣體外溢的安全隱患。

本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，以上的實施例僅是用來說明本發(fā)明，而并非用作為對本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實質(zhì)精神范圍內(nèi)，對以上所述實施例的變化、變型都將落在本發(fā)明的權(quán)利要求書范圍內(nèi)。