无机颜料合成的探究及社会调研

无机颜料是一类以无机化合物细微粒子为分散形式的有色物质，是生产多种日用品时常用的着色剂。相比于有机颜料，无机颜料的耐候性、耐热性、耐溶剂性等特性更加优良，常用于涂料、塑料、陶瓷等方面[1]。但合成原料多含有重金属元素，如镉、铬等，对人体有一定的毒害作用。因此，近年来无机颜料的各种绿色化方案层出不穷。

为深入了解无机颜料的合成、应用和绿色化等问题，我们化学系2017级、2018级几名本科生组成了实践小组，查阅合成方法、设计实验方案，在实验室合成了几种典型的无机颜料。同时开展社会实践活动，进行问卷调查，了解大家对无机颜料的社会认知度；联系无机颜料生产厂家参观、学习，了解无机颜料产业的有关信息。

1 几种常用无机颜料及在实验室的合成尝试

实践小组广泛查阅参考资料，了解几种常用的无机颜料工业合成方法、应用及发展，同时设计了相关实验方案，在实验室尝试小量合成了几种无机颜料。

1.1 氧化铬绿(Cr2O3)

氧化铬绿是一种基本无机化工原料，广泛应用于冶炼金属铬、抛光膏生产、油漆颜料、人造革等行业。在陶瓷行业中，氧化铬绿不仅作为一种原料广泛应用，也被作为一种发色剂直接应用[2]。

1.1.1 氧化铬绿的工业合成与绿色化合成措施

工业上大规模生产氧化铬绿的方法有重铬酸盐和硫磺热分解法、铬酸酐热分解法、重铬酸钠与硫酸铵热分解法等[3]。上述制备方法分别有腐蚀设备、污染严重、原料浪费、难以回收等劣势[3]。

因此，许多研究人员提出了氧化铬绿的清洁绿色生产方法。目前查阅到的新型生产方式主要有：

(1) 氢还原法[4]：该工艺以氢气为还原物质，在低温下将铬酸钾还原为三价铬水合物，随后进行煅烧脱水，得到目标产物。该方法排除了杂质和烟尘、废料污染的问题(副产物用 NaOH回收)，但由于氢气仍然是一种不安全且难以储存的气体，故这种方法目前难以被工业化应用。

(2) 水热法[5]：以廉价易得的淀粉作为还原剂，在水热条件下将高价态铬(重铬酸钾、铬酸钾等)还原为氧化铬，还原率高达99%。该方法产率高，但由于新制的Cr(OH)3为胶体状物质，故容易吸附体系中的离子，需要小心洗涤干净，防止煅烧出现副产物。

除此之外，在工业制备实例中，有β-甲基萘醌废液制备氧化铬绿的报导[6]，该途径使用了葡萄糖还原法从工业废水中去除有害物质，在对生产β-甲基萘醌产生的废水进行再利用的同时，制备出具有一定经济价值的氧化铬绿产品，也产出了硫酸钙副产物，减少了氢氧化钠的使用量，降低了洗液中的含量，便于后期洗液的处理，工艺简便、经济效益较好，具有非常好的工业推广价值。

1.1.2 实验室的合成尝试

我们查阅相关资料，采用如下方法在实验室进行了尝试：称取12.0 g固体Cr(NO3)3于烧杯中。加入足量的去离子水，不断搅拌至固体完全溶解。称取8.0 g固体Na2CO3加入溶液，搅拌至灰绿色沉淀不再析出。滤出沉淀，用去离子水洗涤。沉淀置入坩埚中加热烘干，冷却后得到成品(图1)。成品呈现为橄榄绿色颗粒，分析原因可能是烘干过程中温度较高，Cr(III)部分氧化成Cr(VI)，使成品颜色偏黄，另由于氧化铬本身硬度较高，且实验室没有十分有效的研磨设备，成品粒径较大，所以我们合成的产物不太适于直接用作颜料。

合成反应的化学方程式为：

1.2 锌铬黄(ZnCrO4)

铬酸盐防锈颜料包括锌铬黄、钡铬黄和钙铬黄等，目前普遍用于有色金属底漆中，在潮湿环境中易起泡，所以一般与溶解度低的铬酸盐或铁黄配合使用。此类颜料对工业酸性大气较为敏感，故多与氧化锌一起使用。铬酸盐防锈颜料中锌铬黄的应用最广，但有致癌危险，已在使用上受限制并逐渐被其他低毒、无毒的颜料替代[7]。

通过查阅文献，我们采用如下方法在实验室进行了尝试：称取4.0 g固体K2Cr2O7置于250 mL烧杯中，加入50 mL去离子水，加热搅拌至完全溶解。趁热滴加6.0 mol?L?1NaOH溶液至溶液颜色由橙红色变为黄色且不再发生变化为止。趁热滴加 0.25 mol?L?1ZnSO4溶液至不再产生黄色沉淀为止。过滤，用去离子水洗涤3–5次，至洗涤液滴加BaCl2溶液时不再产生白色沉淀时为止。将产物用过量无水乙醇溶解后倒入蒸发皿，在电热板上不断搅拌至固体全部析出并干燥得到成品(图2)。目测成品颜色鲜艳且均匀，粒径小且较均一。

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