次氯酸鈉組合物的制作方法
【專利說明】次氯酸鈉組合物
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求于2012年10月31日提交的美國臨時專利申請序列號61/720, 464的 優(yōu)先權(quán)。將上述申請的全部公開內(nèi)容并入本文。
[0003] 領(lǐng)域
[0004] 本發(fā)明涉及次氯酸鈉組合物以及儲存和運輸次氯酸鈉的方法。
[0005] 背景
[0006] 該部分提供了與本公開內(nèi)容相關(guān)的背景信息，其并不必是現(xiàn)有技術(shù)。
[0007] 目前存在次氯酸鈉的多種用途，通常已知其作為工業(yè)、公共事業(yè)和住宅應用中的 漂白劑。在許多大規(guī)模應用中，通常通過結(jié)合氯、堿和水來原位制備次氯酸鈉。通常以便攜 式罐中或軌道車輛中的液化氯氣的形式提供氯。然而，存在著與液化氯的處理、運送和儲存 有關(guān)的一定的危險和成本。處理液化氯的一種替代方式在于通過電解制備氯或次氯酸鈉。 在現(xiàn)有技術(shù)中將直接電解描述為在未分隔的（undivided)電化學槽中將包含氯化鈉的鹽 水轉(zhuǎn)化為包含次氯酸鈉的溶液。這種方法具有這樣的優(yōu)點：制備次氯酸鈉而不運輸氣態(tài)氯 和包含苛性鈉的溶液。原位直接電解以制備漂白劑的主要缺點是鹽至漂白劑的高轉(zhuǎn)化率與 高能量效率不可同時實現(xiàn)。涉及直接電解的另一個問題在于在電解中所使用的電極的有限 壽命。直接電解具有的又一個問題在于通過次氯酸鹽溶液的熱分解或通過次氯酸鹽在電極 處的電氧化而不期望地形成氯酸鹽。
[0008] 用于制備次氯酸鈉的另一種作為替代的方法為間接方法。這種方法開始于電解鹽 以制造氯和苛性鈉，并且隨后將它們重新化學結(jié)合來制備漂白劑。間接電解典型地在膜一 槽電解池中執(zhí)行，并且可以實現(xiàn)鹽的高轉(zhuǎn)化率和高能量效率。通過這種方式共制備的氯和 苛性鈉可以在合適的反應器中結(jié)合以制備漂白劑溶液。然而，漂白劑的間接制備需要大量 的設(shè)備投資以及用于安全處理氣態(tài)氯的設(shè)備。漂白劑的間接制備因此不適用于許多在使用 地點處的原位應用，但是是以工業(yè)規(guī)模制備漂白劑的優(yōu)選方式。典型地基于接近電力供給 和鹽可獲得性而優(yōu)化這樣的制備，所以在需要漂白劑的許多位置處通過間接電解來制備漂 白劑通常為不經(jīng)濟的。
[0009]漂白劑溶液的運輸受次氯酸鈉在水中的溶解性并且受這些溶液的有限穩(wěn)定性限 制。15-25%濃度的漂白劑溶液的運輸成本高于運輸用于常規(guī)制備漂白劑的反應物（50%苛 性鈉和液化氯氣）的成本，因為提供每單位次氯酸鈉需要運輸更大的質(zhì)量和體積。
[0010] 發(fā)明概述
[0011] 該部分提供了本公開內(nèi)容的整體概述，并且其并非本公開內(nèi)容的全部范圍或本公 開內(nèi)容的全部特征的全面公開。
[0012] 本發(fā)明人已經(jīng)獲知五水合次氯酸鈉（包含次氯酸鈉和水的鹽）在低于約30°C的溫 度下為穩(wěn)定的。在更高的溫度下，這種水合物溶化，變成次氯酸鈉和水的濃溶液。然而，五水 合次氯酸鈉最頻繁地形成針狀（長針形）晶體。僅由五水合次氯酸鈉晶體構(gòu)成的次氯酸鈉 組合物具有由這種晶體形狀所導致的不期望的低體積密度，因為無規(guī)則取向的針形晶體不 緊密地堆疊在一起。與五水合次氯酸鈉晶體相關(guān)的另一個預料不到的問題在于當使其與空 氣接觸時，它們經(jīng)受快速的分解。甚至是當保持低儲存溫度時，與空氣接觸的晶體也可分解 過夜以形成包含一些漂白劑和鹽的稀釋溶液。本發(fā)明人覺得所述快速分解可由在晶體的表 面與與二氧化碳的接觸而引起，導致其中漂白劑快速分解的低pH環(huán)境。與這種假設(shè)一致， 當以在所述晶體上殘留極少的堿性溶液的方式來實施過濾時，觀察到在實驗室中由堿性溶 液制備的晶體對空氣的存在更加敏感。
[0013] 當制備了包含高于約25wt%的次氯酸鈉的漂白劑溶液時，固態(tài)五水合次氯酸鈉晶 體可在將這些溶液冷卻至低于約l〇°C時開始形成，但是更高濃度的溶液可以在稍微更高的 溫度下形成五水合物晶體。然而，甚至在10°c的溫度下，濃的次氯酸鈉溶液也比所期望的 更加快速地分解?？梢栽诘陀谖逅洗温人徕c晶體將會形成的平衡點的溫度下制備次氯酸 鈉溶液和保持次氯酸鈉溶液而不形成五水合次氯酸鈉，除非存在晶種。然而，在大規(guī)模運輸 中，不可能保證可允許形成五水合次氯酸鈉的晶種的完全不存在。當將漂白劑溶液冷卻至 五水合次氯酸鈉結(jié)晶的溫度并存在晶種時，晶體的形成發(fā)生以產(chǎn)生防止材料流動的針形晶 體網(wǎng)絡(luò)。這種固體是難以從運輸容器中移除的。五水合次氯酸鈉晶體的形成對于有效和高 效地在低于約10°c的溫度下運輸和分配高于25wt%的次氯酸鈉濃度的次氯酸鈉溶液是個 障礙，同時在高于l〇°C的溫度下，在30天的時間內(nèi)濃漂白劑溶液損失至少約12%它們所包 含的漂白劑而分解。一個優(yōu)點可為：本發(fā)明的包含漂白劑的組合物可以作為可泵送的糊料 或漿料而被裝載并從運送容器卸載。另一個優(yōu)點在于所述漿料可以包含高于25wt%的次氯 酸鈉，使得總運輸重量和體積約等于用于常規(guī)制備漂白劑的材料（氯和氫氧化鈉）。又一 個優(yōu)點在于這種漿料在至少30天的時間周期內(nèi)是穩(wěn)定的，而損失不高于5%的其所包含的 氯值。所述組合物的又一個優(yōu)點在于可以在作為工業(yè)和商業(yè)漂白劑產(chǎn)品實際使用的所有濃 度下將其稀釋以制備漂白劑。所述組合物的又一個優(yōu)點在于在-5攝氏度的溫度下儲存之 后，通過分解形成的氯酸鹽低于在0攝氏度下儲存的包含15%次氯酸鈉的常規(guī)漂白劑中所 包含的氯酸鹽的量。所述組合物的又一個優(yōu)點在于其可以在鹽和電可容易獲得的位置處大 規(guī)模地制備并在長距離上將其分配至客戶。又一個優(yōu)點在于在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中， 可將可泵送的糊料裝載至用于運輸?shù)目尚枰^少制冷或者不需要制冷的隔熱容器中，因為 五水合次氯酸鈉晶體在它們?nèi)芑瘯r吸收熱量，使得溫度的升高小于不含有晶體的漂白劑溶 液。
[0014] 總的來說，本發(fā)明的實施方案提供了高濃度次氯酸鈉組合物，用于更有效地運送、 儲存和處理。所述組合物的優(yōu)選實施方案包含含有五水合次氯酸鈉晶體和飽和有次氯酸鈉 的母液的漿料?？偨M成優(yōu)選地包含介于約25重量％和約35重量％之間的次氯酸鈉，約1% 至約10wt%的氯化鈉，和用于穩(wěn)定所述組合物的足量的堿，例如氫氧化鈉和/或碳酸鈉。在 這種優(yōu)選的實施方案中，用于穩(wěn)定的堿為介于約〇. 01重量％和約3重量％之間的氫氧化鈉 和/或碳酸鈉。所述組合物優(yōu)選處于約_15°C和約10°C之間。優(yōu)選在形成中或者通過后續(xù) 的作用控制晶體尺寸以維持允許泵送該組合物的粘度。晶體長度（最長尺度）優(yōu)選小于約 1_，并且更優(yōu)選小于約0. 5_，從而維持合適的粘度。
[0015] 本發(fā)明的至少一些優(yōu)選實施方案的次氯酸鈉組合物的一個預料不到的優(yōu)點在于 它們在空氣存在時仍然穩(wěn)定，因為液相包含足夠的堿度以在固相周圍保持堿性環(huán)境。本發(fā) 明的至少一些實施方案的又一個預料不到的優(yōu)點在于糊料或漿料比僅由五水合物晶體構(gòu) 成的組合物具有更高的運送密度，因為晶體之間的空隙空間由包含漂白劑的溶液填充。本 發(fā)明的至少一些實施方案的又一個優(yōu)點在于本發(fā)明的一些優(yōu)選實施方案的組合物可以在 低溫下保持延長的時間段，并且甚至在低于其被制備的溫度下仍然為可泵送的。
[0016] 本發(fā)明的至少一些優(yōu)選實施方案的另一個預料不到的優(yōu)點在于處理時改進的安 全性?？偟膩碚f，次氯酸鈉溶液的腐蝕性和反應性隨著溶液濃度而提高。然而，盡管比常規(guī) 的次氯酸鈉溶液具有更高的濃度，但是本發(fā)明的至少一些實施方案的組合物具有較低的反 應性（可能是由于它們的低溫），并且較不可能飛濺或在溢出中污染大面積，因為它們?yōu)楦?加粘稠的。此外，雖然已經(jīng)報道當暴露于沖擊時，單獨的干燥五水合物晶體可強烈地分解， 但是對于本發(fā)明的優(yōu)選實施方案的糊料來說，并未觀察到這樣的敏感性。
[0017] 適用性的其它方面將根據(jù)在這里所提供的說明而變得明顯。該概述中的說明和具 體實例意圖僅用于說明性的目的，并不意圖限制本公開內(nèi)容的范圍。
[0018] 發(fā)明詳述
[0019] 總的來說，本發(fā)明的實施方案提供了高濃度次氯酸鈉組合物，用于更加有效地運 送、儲存和處理。所述組合物的優(yōu)選實施方案包含含有五水合次氯酸鈉晶體和飽和有次氯 酸鈉的母液的漿料?？傮w組成優(yōu)選包含介于約25重量％和約40重量％之間的次氯酸鈉、約 1 %至約10重量％之間的氯化鈉、和用于穩(wěn)定所述組合物的足量的堿，例如氫氧化鈉和/或 碳酸鈉。在這種優(yōu)選的實施方案中，用于穩(wěn)定的堿為介于約〇. 01重量％和約3重量％之間 的氫氧化鈉和/或碳酸鈉。所述組合物優(yōu)選儲存在約-15°C和約10°C之間。優(yōu)選在形成中 或者通過后續(xù)的作用控制晶體尺寸以維持允許泵送組合物的粘度。小于約100, 〇〇〇cp的粘 度通常為優(yōu)選的。還優(yōu)選的是，當靜置時，所述漿料不會保