二氧化氯的制备和应用

二氧化氯的制备和应用二氧化氯是一种黄绿色具有刺激性气味的气体。沸点11℃，凝固点-59℃，易溶于水。液态或气态的二氧化氯都不安定，易挥发，易爆炸。早在1811年就由英国化学家HumphreyDavey制得，但由于二氧化氯的不稳定性使得大规模的应用受到了限制。直到近十几年来才引起人们的极大关注，国外正在积极开发和研制各种新产品，扩大应用范围。目前国际上公认二氧化氯很有开发和应用的价值，市场前景广阔。但是，二氧化氯在我国的应用尚不够广泛，为此本文将介绍有关二氧化氯的各种制备方法及在各领域中的应用。1二氧化氯及稳定性二氧化氯的制备1.1二氧化氯的制备1.1.1化学法⑴氯酸钠还原法以氯酸钠为原料制备二氧化氯时,常用的还原剂和发生的化学反应如下:方法还原剂化学反应Mathieson法SO2+H2SO42NaCLO3+SO2+H2SO4══2CLO2+2NaHSO4R1法SO2+H2O3NaCLO3+4SO2+3H2O══2CLO2+Na2SO4+3H2SO4+NaCLR2法NaCL+H2SO4NaCLO3+NaCL+H2SO4══CLO2+½CL2+Na2SO4+H2OSolveyCH3OH+H2SO42NaCLO3+2H2SO4+3CH4OH══2CLO2+2NaHSO4+HCHO+2H2OR5法无水HCLNaCLO3+2HCL══CLO2+½CL2+H2O+NaCL有机酸法H2C2O4+H2SO42NaCLO3+H2SO4+H2C2O4══2CLO2+2CO2+Na2SO4+2H2ONO2NaCLO3+NO2══NaNO3+CLO2Na2SO3+H2SO42NaCLO3+Na2SO3+H2SO4══2CLO2+Na2SO4+H2O⑵亚氯酸钠氧化法A.与氯气反应2NaCLO2+CL2══2CLO2+2NaCLB.与盐酸反应5NaCLO2+4HCL══4CLO2+5NaCL+2H2OC.与硫酸反应10NaCLO2+5H2SO4══8CLO2+5Na2SO4+2HCL+4H2OD.与酸化后的次氯酸钠反应NaCLO+HCL══NaCL+HOCLHCL+HOCL+2NaCLO2══2CLO2+2NaCL+H2O1.1.2电解法目前仍采用亚氯酸盐电解氧化和氯酸盐电解还原法制备二氧化氯.此法较化学法制备的二氧化氯纯度高,但要求的电极材质高,电耗也较大.因此,目前在大规模的生产中,还无法与传统的化学法竞争.在饮用水消毒工艺中,也常用电解饱和浓度的食盐溶液制取二氧化氯,但反应过程中还伴生有氯气、臭氧、氢气等其他气体。1.2稳定性二氧化氯的制备稳定性二氧化氯是80年代为推广应用二氧化氯而开发的新型产品。它无色、无味、无毒、无腐蚀性，不易燃，不挥发。目前该产品的生产工艺主要是氯酸盐或亚氯酸盐经酸化作用，发生高纯度的二氧化氯气体，经空气或惰性气体稀释后，通入稳定剂溶液中吸收而成。稳定剂主要指碳酸钠、过碳酸钠、硼酸钠、硅酸钠等。近年来，发达国家相继开发了固体稳定性二氧化氯。据报道，将硅酸钙与二氧化氯稳定液混和，硅酸钙吸附溶液中二氧化氯后可制得固体二氧化氯。除硅酸钙外，分子筛、硅胶等多孔性物质也可吸附二氧化氯制固体二氧化氯。2.二氧化氯和稳定性二氧化氯的应用2.1工业和饮用水处理工业冷却水和废水中存在的微生物对设备产生微生物诱导腐蚀，造成很大的经济损失。为抑制微生物的生长和繁殖，需在水处理系统使用杀生剂。二氧化氯就是一种新型的有效杀生剂。它对工业水中存在的主要菌种具有强的杀灭作用，较传统的氯气杀生剂有以下优点：⑴用量省，杀菌效果好，作用快。⑵杀菌效果不受PH值的影响，因此特别适合于合成氨等碱性水处理系统。⑶杀菌的同时不会产生有机氯致癌物，符合环保要求。⑷二氧化氯的氧化性强于氯气，能除去工业废水中的氰化物、酚类、硫化物和恶臭物质。⑸降低能耗和处理费用虽然生产1kg的二氧化氯需耗能11.6kwh，而产生1kg的氯气为2kwh，但对于工业冷却水，二氧化氯的日投加量约为氯气投加量的几十分之一，甚至几百分之一，因此从总的成本核算二氧化氯比氯气更经济。下表列出了国外合成氨厂用氯法和二氧化氯法处理冷却水的情况，通过两种方法的比较可见，用二氧化氯取代氯气作为工业冷却水的杀生剂可以取得更好的经济效益。氯法和二氧化氯法处理冷却水工厂循环水量（t·h-1）氯投加量kg/d二氧化氯投加量kg/d二氧化氯法较氯法节能kwh二氧化氯法较氯法节约费用元/天133001042.31441392684054411952758注:氯气按2元/千克计,二氧化氯按30元/千克计国外二氧化氯在工业水处理系统的应用始于上世纪七十年代.稳定性二氧化氯产品的问世,为其在工业水处理的应用创造了条件。在使用时,其投加方式和测试系统与氯相同,有望不久的将来,在我国用二氧化氯代替氯气处理工业水。1944年美国首先采用二氧化氯处理饮用水，到目前已有400多家水厂应用二氧化氯。在欧洲自1850年开始用二氧化氯处理饮用水以来，目前已发展成数千家水厂在使用。二氧化氯除对一般的细菌有杀灭作用外，对孢子、甲型和乙型肝炎病毒等也有很好的杀灭作用。二氧化氯还可除臭、除味、脱色、除铁、除锰，减少水中致癌物的形成，因此是理想的饮用水消毒剂。2.2造纸工业二氧化氯是一种优良的漂白剂，目前在北美、西欧和日本几乎全部用它代替氯气来漂白纸浆。它作为漂白剂，能彻底去色素和杂质，效果极佳。本身性能柔和，不损伤纤维，迄今为止，还未发现有其它漂白剂可与之媲美。据报道，造纸工业使用稳定性二氧化氯还能有效地驱散纸浆中的粘液及无机沉积物，从而消除纸浆中固体块状的形成，提高纸张质量。2.3食品工业世界卫生组织将稳定性二氧化氯列为IA级高效安全消毒剂，在国外已广泛用于食品工业。利用稳定性二氧化氯浸泡肉类、海鲜可杀死体内病菌，且不会使蛋白质改性，故能有效地延长贮藏期，达到保鲜效果。稳定性二氧化氯也可用于鱼虾类饲养水的消毒、牛奶场，食品加工设备、管道、贮槽、混合槽等的杀菌。在食品生产车间的墙体涂料中添加适量的稳定性二氧化氯，可有效防止生霉。2.4其他方面在医学上稳定性二氧化氯可用于医疗器械消毒、隐形眼镜片消毒，殡仪馆尸体防腐。还可治疗白发症，治疗6个月可使头发几乎全部变黑。日本开发也了一系列固体二氧化氯新产品，如将二氧化氯加入各种表面活性剂制成杀菌洗涤剂，去污能力远远超过了普通洗衣粉，而且可杀死各类传染病菌，深受家庭主妇青睐。在室内空调系统中，装入少量固体二氧化氯产品，可保持室内空气清新。此外，它还可以用于汽车除臭消毒、米糠油净化等等。综上所述，二氧化氯制备方法多种多样，国外对二氧化氯的开发、推广应用十分活跃。我国应加快研究开发各种二氧化氯产品，以取得广泛的经济环保效益。