專利名稱：純二氧化氯的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種二氧化氯的制備技術(shù)。
隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，已成為整個(gè)社會(huì)極度為關(guān)注的問題，其中水污染問題更為突出。據(jù)國家環(huán)保局1999年4月公布的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，全國有500多個(gè)城市的水源都存在有不同程度的污染問題，雖經(jīng)供水廠處理后才輸入自來水管網(wǎng)，但水中“微污染”問題尚未引起足夠的重視。所謂“微污染”一般是指有機(jī)物污染物質(zhì)，特別是石油類污染物在水中含量極度低的情況下(以微克ppb計(jì))若被長期飲用可引發(fā)癌癥。水中的石油類污染物因含量低，常規(guī)分析方法難以檢測(cè)，故常常被忽略。實(shí)際上微量有機(jī)污染物的存在對(duì)人體健康具有很大威脅，尤其是石油化工企業(yè)較為集中的地方癌癥發(fā)病率普遍很高，因此去除飲用水中微量有機(jī)污染物，是當(dāng)前保障污染地區(qū)居民享有衛(wèi)生合格的飲用水的重要任務(wù)之一。
理想的消毒劑應(yīng)具有以下四個(gè)特點(diǎn)氧化能力強(qiáng)、有持久殺菌作用、使用價(jià)格低廉，并且次生產(chǎn)物不具毒性。
液氯自本世紀(jì)初用于給水消毒以來已成為居主導(dǎo)地位的消毒劑，然而近年來人們發(fā)現(xiàn)氯易與水中有機(jī)物形成鹵代物，如三鹵甲烷等致突變物或者其它有毒成份，因此美國一些水處理專家已提議在美國水廠中禁止用氯消毒。
次氯酸鈉的消毒作用與液氯是類似的，但是次氯酸鈉的使用費(fèi)用高于液氯。目前各國給水處理中采用的消毒劑尚有臭氧、二氧化氯、過氧化氫、氯胺和高錳酸鉀等。它們的消毒效果往往取決于被處理水中的化學(xué)成份。如鹵代物的生成、鹵代烷前體去除、致突或有毒物質(zhì)的生成、提高可生化性、除臭、除鐵和錳等，實(shí)驗(yàn)證明，臭氧比其他消毒劑具有更多的優(yōu)越性，但因其使用費(fèi)用過高，難以普遍推廣，同時(shí)臭氧在水處理過程中也可與溴酸根生成“三致”物質(zhì)。當(dāng)前國際水自理工藝中深度處理可采用臭氧氧化，但其設(shè)備及運(yùn)行費(fèi)用昂貴，平均處理一噸水為0.8-1.3元，無法在我國廣大地區(qū)推廣應(yīng)用；面對(duì)我國能源緊缺、資金有限、臭氧處理無法得到普遍推廣的現(xiàn)狀，應(yīng)該選用一種廉價(jià)、高效、較安全、易推廣的飲用水消毒劑。
二氧化氯作為一種優(yōu)良的消毒殺菌劑，氧化劑和漂白劑，可有效地去除水中有機(jī)污染物質(zhì)，近年來倍受人們關(guān)注，美國國家環(huán)保局早在1982年已將二氧化氯推薦用于給水處理，在飲用水消毒及去除有機(jī)污染物中的利用具有廣闊的前景，我國目前在推廣利用二氧化氯發(fā)生器時(shí)極待研制出高效、經(jīng)濟(jì)，適合我國國情的新設(shè)備。
大量實(shí)驗(yàn)工作及檢測(cè)結(jié)果表明，二氧化氯對(duì)三鹵甲烷的形成有明顯制約作用二氧化氯投加量越大，相應(yīng)的THMs的生成量就越少，這充分顯示了二氧化氯可有效抑制THMs的產(chǎn)生。二氧化氯的氧化能力僅次于臭氧，它作為消毒劑在我國應(yīng)用雖只是近幾年的事，但在水處理領(lǐng)域中已表現(xiàn)出強(qiáng)勁的發(fā)展趨勢(shì)。二氧化氯在消毒、殺菌、去味除臭及去除水中的鐵錳等方面都有特效。但是使用二氧化氯對(duì)飲用水消毒時(shí)也存在缺點(diǎn)即副產(chǎn)物亞氯酸根離子、氯酸根離子對(duì)人體有一定的危害作用，這種毒害是過量投加二氧化氯時(shí)才有可能發(fā)生。目前國外常用降低亞氯酸根、氯酸根的方法主要是加各種還原劑，例如二氧化硫和亞硫酸根離子的混合液，Na2S2O3溶液及氯化亞鐵溶液等。飲用水消毒時(shí)二氧化氯的投放量一般不應(yīng)大于1.2-1.4mg/L。
西方工業(yè)化國家自五十年代起利用二氧化氯作為紡織印染的漂白劑，七十年代后逐漸用于自來水的消毒。目前法國、德國、瑞士、比利時(shí)等國的水廠均以二氧化氯作為主要消毒劑，加拿大、美國也逐年擴(kuò)大二氧化氯的使用范圍以逐步取代液氯。美國水處理協(xié)會(huì)已向國會(huì)提交議案，要求在飲用水處理中限制使用液氯，注重防止產(chǎn)生致癌物質(zhì)，提倡使用二氧化氯和臭氧。同時(shí)二氧化氯可以除去水中有機(jī)污染物的作用也得到國際水處理研究機(jī)構(gòu)的廣泛證實(shí)。
工業(yè)化國家生產(chǎn)二氧化氯的工藝是由亞氯酸鈉和鹽酸反應(yīng)而成，亞氯酸鈉酸化法的利用已有半個(gè)多世紀(jì)的歷史，其反應(yīng)原理為
該方法所用原料亞氯酸鈉價(jià)格昂貴，故此工藝很難在我國推廣應(yīng)用。
國外主要發(fā)達(dá)國家在工業(yè)中應(yīng)用最廣的是氯酸鈉還原法，其中以R8法較為典型。該方法采用對(duì)人體有害的甲醇作為催化劑。
目前工業(yè)中具有巨大市場(chǎng)的R8法主要反應(yīng)原理如下主反應(yīng)
副反應(yīng)
但該法在飲用水處理領(lǐng)域不適用，因?yàn)椴捎糜卸厩覔]發(fā)性極度強(qiáng)的甲醇作催化劑，使制備的二氧化氯混有毒性有機(jī)物而不能投加到飲用水中。
目前我國環(huán)保市場(chǎng)中二氧化氯產(chǎn)品也很多，其生產(chǎn)工藝大致有三種(1)亞氯酸鈉與鹽酸作用
目前我國僅上海自來水廠巨資引進(jìn)美國大型成套設(shè)備項(xiàng)目用此法生產(chǎn)，在上海部分地段供水中投加。
(2)電解食鹽水法該工藝產(chǎn)生的氣體中主要成份為氯氣，實(shí)際上二氧化氯含量很低，據(jù)調(diào)查，當(dāng)前國內(nèi)生產(chǎn)的二氧化氯發(fā)生器多為復(fù)合氣體發(fā)生器，且成本較高，二氧化氯含量極度低，若用于飲用水消毒效果與液氯一樣。
(3)氯酸鈉、硫酸與催化劑作用法目前我國還沒有定型的純二氧化氯發(fā)生器投入市場(chǎng)。經(jīng)檢索，基本以電解食鹽法為主。在化學(xué)制備法中，目前所采用的催化劑均以甲醇和食鹽為主，有多項(xiàng)已申請(qǐng)的專利以甲醇作為催化劑，華東地區(qū)也有用食鹽作為催化劑生產(chǎn)的二氧化氯，純度理論值僅為50％，實(shí)際產(chǎn)出率純度估計(jì)小于30％。鑒于我國對(duì)水質(zhì)要求的不斷提高，二氧化氯的生產(chǎn)、開發(fā)和應(yīng)用工作已日益引起水處理界的重視，新方法的探討具有特別重要的意義。
本發(fā)明的目的是為了提供一種采用無毒、廉價(jià)的原料作催化劑制備高純度的二氧化氯，可使制備的二氧化氯對(duì)人體無毒、無害的純二氧化氯的制備方法。
本發(fā)明的目的可通過如下措施來實(shí)現(xiàn)一種純二氧化氯的制備方法是以氯酸鈉和硫酸為原料，在其中添加草酸/淀粉為還原劑，并在50-65℃溫度下反應(yīng)生成純二氧化氯，其中氯酸鈉與硫酸、還原劑的摩爾比為2∶(1-1.3)∶(1/12-1.5/12)。
其化學(xué)反應(yīng)式如下
本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明以氯酸鈉、硫酸為原料，添加無毒、廉價(jià)的草酸或淀粉作還原劑，所制備的高純度二氧化氯在產(chǎn)生時(shí)的純度為100％，，最終的反應(yīng)產(chǎn)物中二氧化氯的成分含量仍可達(dá)到85％以上，其余為氯氣，反應(yīng)回收率為56-60％。
2、本發(fā)明制備的二氧化氯對(duì)人體無毒無害，其原料成本低，因而其生產(chǎn)成本低，簡化了反應(yīng)條件，在降低生產(chǎn)成本和增加市場(chǎng)競(jìng)爭力方面有很大優(yōu)勢(shì)。
本發(fā)明還將結(jié)合實(shí)施例作進(jìn)一步詳述實(shí)施例一一種純二氧化氯的制備方法是以氯酸鈉和硫酸為原料，在其中添加草酸為還原劑，并在60℃溫度下反應(yīng)生成純二氧化氯，其中氯酸鈉與硫酸、還原劑的摩爾比為2∶1.3∶1/12。
實(shí)施例二一種純二氧化氯的制備方法是以氯酸鈉和硫酸為原料，在其中添加淀粉為還原劑，并在55℃溫度下反應(yīng)生成純二氧化氯，其中氯酸鈉與硫酸、還原劑的摩爾比為2∶1.1∶1.3/12。
權(quán)利要求
1.一種純二氧化氯的制備方法，其特征在于該方法是以氯酸鈉和硫酸為原料，在其中添加草酸/淀粉為還原劑，并在50-65℃溫度下反應(yīng)生成純二氧化氯，其中氯酸鈉與硫酸、還原劑的摩爾比為2∶(1-1.3)∶(1/12-1.5/12)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種純二氧化氯的制備方法,該方法是以氯酸鈉和硫酸為原料,在其中添加草酸/淀粉為還原劑,并在50－65℃溫度下反應(yīng)生成純二氧化氯;本發(fā)明采用無毒、廉價(jià)的原料作催化劑制備高純度的二氧化氯,可使制備的二氧化氯對(duì)人體無毒、無害。
文檔編號(hào)C01B11/00GK1370734SQ01103570
公開日2002年9月25日 申請(qǐng)日期2001年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月23日
發(fā)明者朱琨, 陳慧 申請(qǐng)人:朱琨