由碳酸铵/碳酸氢铵和氢氧化铵形成的溶液的制作方法

由碳酸铵/碳酸氢铵和氢氧化铵形成的溶液
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2020年6月18日提交的美国申请第16/904,624号的优先权，该申请要求于2019年6月19日提交的美国临时申请第62/863,638号的权益，所有这些申请都通过全文引用结合到本文中。
技术领域
3.概括而言，本公开涉及用于工业目的的溶液，并且具体地涉及由碳酸铵和/或碳酸氢铵和氢氧化铵形成的溶液。


背景技术：

4.由固体氨基甲酸铵形成的氨基甲酸铵水溶液可用于各种工业、商业和农业应用，诸如杀生物剂和肥料。固体氨基甲酸铵的使用对质量和处理提出了若干挑战。在固体氨基甲酸铵的运输期间，取决于运输时间和温度，固体氨基甲酸铵与其气氛平衡，导致氨基甲酸铵部分分解。固体氨基甲酸铵的纯度可以变化，从而影响由其形成的水溶液的质量。固体氨基甲酸铵在加工成水溶液时会在处理期间放出氨气，因此需要进行环境控制以减少暴露于工人。
5.因此，需要提供类似于通过将氨基甲酸铵溶解在水中制备但不需要使用固体氨基甲酸铵的那些溶液。此外，结合附图和前述技术领域和背景，从随后的概述(

技术实现要素：
)和详述(具体实施方式)以及所附权利要求中其他期望的特征和特性将变得显而易见。
发明内容
6.本文公开了由碳酸铵和/或碳酸氢铵和氢氧化铵形成的溶液的各种非限制性实施方案，以及用于该溶液的体系和方法的各种非限制性实施方案。
7.在一个非限制性实施方案中，在混合下将一定量的碳酸铵添加到水中。此外，在混合下将一定量的氢氧化铵添加到水中。任选地，在混合下将一定量的氢氧化钠添加到水中。碳酸铵、氢氧化铵和任选的氢氧化钠可以任意顺序添加到水中。氢氧化铵与水的重量比可为约1:2至约1:20。氢氧化铵与碳酸铵的重量比可为约1:1至约1:10。氢氧化铵与任选的氢氧化钠的重量比可为约1:1至约1:10。
8.在一个非限制性实施方案中，在混合下将一定量的碳酸氢铵(如本文所用，术语“碳酸氢铵”是指可商购的50:50的碳酸铵和碳酸氢铵的混合物)添加到水中。此外，在混合下将一定量的氢氧化铵添加到水中。任选地，在混合下将一定量的氢氧化钠添加到水中。碳酸氢铵、氢氧化铵和任选的氢氧化钠可以任意顺序添加到水中。氢氧化铵与水的重量比可为约1:2至约1:20。氢氧化铵与碳酸氢铵的重量比可为约1:0.5至约1:5。氢氧化铵与任选的氢氧化钠的重量比可为约1:1至约1:10。
9.提供该简要的概述以便采用简化形式引入一系列概念，这些概念将在下面的详述中作进一步描述。本概述不旨在确定所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在
担当确定所要求保护的主题的范围的助手。
具体实施方式
10.下面的详述本质上仅仅是示例性的并且不旨在限制如本文所述的体系和方法。此外，无意受前述背景或以下详述中提出的任何理论的约束。
11.已经观察到，当将氨基甲酸铵添加到水中以形成溶液时，将随着时间的推移(例如12至24小时)平衡至约50:50的氨基甲酸盐与碳酸盐/碳酸氢盐比率。鉴于如上详述的在使用固体氨基甲酸铵方面的困难，已经研究了是否可以由碳酸铵或碳酸氢铵和氢氧化铵形成类似的溶液，并任选地添加氢氧化钠(苛性碱)。
12.因此，在一个非限制性实施方案中，在容器中，可以在混合下将一定量的碳酸铵添加到水中。此外，可以在混合下将一定量的氢氧化铵添加到水中。任选地，可以在混合下将一定量的氢氧化钠添加到水中。此外，在另一个非限制性实施方案中，在容器中，可以在混合下将一定量的碳酸氢铵添加到水中。此外，可以在混合下将一定量的氢氧化铵添加到水中。同样，任选地，可以在混合下将一定量的氢氧化钠添加到水中。所得溶液包括水、氨以及氨基甲酸钠盐或铵盐、碳酸钠盐或铵盐和碳酸氢钠盐或铵盐的混合物。
13.对于使用碳酸铵的溶液，氢氧化铵与水的重量比可为约1:2至约1:20、诸如约1:2至约1:15。氢氧化铵与碳酸铵的重量比可为约1:1至约1:10、诸如约1:1至约1:5。氢氧化铵与任选的氢氧化钠的重量比可为约1:1至约1:10、诸如约1:1至约1:5。
14.对于使用碳酸氢铵的溶液，氢氧化铵与水的重量比可为约1:2至约1:20、诸如约1:2至约1:15。氢氧化铵与碳酸氢铵的重量比可为约1:0.5至约1:5、诸如约1:0.5至约1:3。氢氧化铵与任选的氢氧化钠的重量比可为约1:1至约1:10、诸如约1:1至约1:5。
15.本文公开的溶液可具有至少约9.0、或至少约9.5、或至少约10.0的ph。该专有溶液(speciated solution)可具有约9.0至约11.5、或约9.5至约11.0的ph。溶液的ph值可用于确定该专有溶液中所含化合物的形态(speciation)。在实施方案中，用于形成溶液的氢氧化钠的量的增加导致溶液的ph增加。
16.虽然溶液的组分可以任意顺序添加到水中，但是在含有氢氧化钠的制剂中，示例性的添加到水中的顺序是氢氧化钠，接着是碳酸盐/碳酸氢盐，接着最后是氢氧化铵。此外，在不含氢氧化钠的制剂中，示例性的添加到水中的顺序是氢氧化铵，接着是碳酸盐/碳酸氢盐。在每种组分的添加之间可以有约1分钟至约100分钟的时段以便溶解。
17.混合可以在各种温度和压力下进行。例如，水可以保持在约5℃至约50℃、诸如约10℃至约30℃的温度。在一个特定的实施方案中，混合在约20℃至约25℃的室温下进行。此外，例如，混合可以在标准大气压或更高、诸如约1大气压至约5大气压或约1大气压至约3大气压的容器中进行。在一个特定的实施方案中，混合在标准大气压下进行。
18.本文公开的溶液在25℃下可具有至少约75ms/cm、或至少约85ms/cm、或至少约95ms/cm的电导率。本文所公开的溶液在25℃下可具有约75ms/cm至约160ms/cm、或约85ms/cm至约110ms/cm的电导率。本文公开的溶液的电导率也可用于确定溶液中所含化合物的形态。
19.本文公开的溶液可具有至少约40,000ppm、或至少约50,000ppm、或至少约60,000ppm的氮含量。所述专有溶液可具有约40,000ppm至约190,000ppm、或约50,000ppm至约
150,000ppm的氮含量。
20.本文公开的溶液可用于各种应用，包括但不限于形成杀生物剂(例如与次氯酸盐氧化剂组合)和尿素合成。
21.说明性实施例
22.现在通过以下非限制性实施例来说明本公开。应当注意的是，在不偏离由所附权利要求限定的本发明范围的情况下，可以对以下实施例和过程进行各种改变和修改。因此，应该注意的是，以下实施例应被解释为仅是说明性的而不是在任何意义上的限制。
23.根据本公开的示例性溶液的制剂可以如下制备(在所有情况下使用能够为组分提供混合的适当尺寸的容器)：
24.比较实施例1
25.(氨基甲酸铵溶液)
26.在混合下向含有804.4份水的密封容器中加载195.6份氨基甲酸铵(99.7％)。使所得溶液在室温下平衡16小时，然后进行分析。
27.实施例1
28.(碳酸氢铵 氢氧化铵)
29.在混合下向含有631.0份水的密封容器中加载170.1份氢氧化铵(25％，以nh3计)。将所得溶液调节至室温，然后加载198.9份碳酸氢铵(99.3％)并混合直至获得澄清溶液。使所得溶液在室温下平衡16小时，然后进行分析。
30.实施例2
31.(碳酸铵 氢氧化铵)
32.如实施例1，使用719.2份水、84.5份氢氧化铵(25％，以nh3计)和196.2份碳酸铵(99.3％)。
33.实施例3
34.(碳酸氢铵 氢氧化钠 氢氧化铵)
35.在混合下向含有318.8份水的密封容器中加载312.2份氢氧化钠水溶液(32％)。将所得溶液调节至室温，然后加载198.9份碳酸氢铵(99.3％)并混合直至获得澄清溶液。然后加载170.1份氢氧化铵(25％，以nh3计)。使所得溶液在室温下平衡16小时，然后进行分析。
36.实施例4
37.(碳酸铵 氢氧化钠 氢氧化铵)
38.如实施例3，使用407.0份水、312.2份氢氧化钠(32％)、196.2份碳酸铵(99.3％)和84.5份氢氧化铵(25％，以nh3计)。
39.所有样品的平衡ph为约10.6
±
0.2。通过监测溶液ph值的稳定来确定样品的平衡；通常在室温下储存18小时就足够了。然后确定样品的组成，做法是，首先进行定量
13
c nmr分析来确定氨基甲酸盐物类与碳酸(氢)盐物类的摩尔比：参考fabrizio mani等人,“co
2 absorption by aqueous nh
3 solutions:speciation of ammonium carbamate,bicarbonate and carbonate by a 13
c nmr study”,green chem.,2006,8,995-1000页。然后利用用于酸碱平衡计算的curtipot免费软件基于模型分析来估计碳酸氢盐与碳酸盐的摩尔比：参考gutz,i.g.r.,“curtipot-ph and acid-base titration curves:analysis and simulation software”,3.5.4版,http://www2.iq.usp.br/docente/gutz/
curtipot_.html。在curtipot模型中，氨基甲酸的pka设置为5.8，分析中的所有其他物类都使用默认的pka值。包含氢氧化钠的实施例3和4的组成估计假定了存在的钠首先满足碳酸(氢)盐物类的需求。然后将实施例中各种物类的估计的摩尔比转化为重量百分比并汇总在表1中。
40.表1
[0041][0042]
在实施例1和2中观察到，对与氨配制的碳酸氢铵和碳酸铵溶液二者都进行了分析并发现产生了等同于在水中平衡的氨基甲酸铵的组成(比较实施例1)。实施例3和4证明了配制时额外添加氢氧化钠对体系中物类平衡偏移的影响。值得注意的是，对于所提供的所有实施例，出于比较的目的，nh3的重量百分比均保持在8.53wt％。
[0043]
尽管在本公开的前述详述中已经给出了至少一个示例性实施方案，但是应当理解的是，存在大量的变型。还应当理解的是，所述一个或多个示例性实施方案仅为实例，并不旨在以任何方式限制本发明的范围、适用性或配置。相反，前述详述将为本领域技术人员提供用于实施本发明的示例性实施方案的方便路线图。应当理解的是，在不偏离如所附权利要求中阐述的本公开的范围的情况下，可以对示例性实施方案中描述的要素的功能和布置进行各种改变。