催化电解亚氯酸钠制备高纯二氧化氯_范丹丹

文章编号：１００１－９７３１（２０１７）０９－０９１５０－０７催化电解亚氯酸钠制备高纯二氧化氯＊范丹丹１，田颖１，韩立达２，刘宗宇３，滕颖丽４，李伯骥３（１．大连交通大学环境与化学工程学院，环境科学与技术辽宁省高校重点实验室，辽宁大连１１６０２８；２．大连市环境监测中心，辽宁大连１１６０２３；３．大连理工大学环境学院，工业生态和环境工程教育部重点实验室，辽宁大连１１６０２４；４．大连交通大学材料科学与工程学院，辽宁大连１１６０２８）摘要：采用热分解法在钛金属片表面制得氧化铈（ＣｅＯ２）、氧化钨（ＷＯ３）和氧化钌（ＲｕＯ２）催化层，以扫描电子显微镜（ＳＥＭ）和Ｘ射线衍射（ＸＲＤ）表征电极的形貌和晶体结构。以该电极为阳极，电解亚氯酸钠制备二氧化氯，考察了不同金属氧化物、反应物浓度、温度和电压等因素对二氧化氯产生的影响。结果表明，氧化钌催化电解亚氯酸钠的活性要远优于氧化钨和氧化铈。当ＮａＣｌＯ２浓度相差较大时，电解得到的二氧化氯浓度也相差较大，但电解转化率相差不大。温度越高，反应转化率和二氧化氯浓度也越高，２０，４０，６０℃下电解０．１ｍｏｌ／ＬＮａＣｌＯ２转化率分别为９３．５％，９８．１％和９９．８％，产生的二氧化氯浓度分别达到６２１２，６３４３和６６１８ｍｇ／Ｌ，在不同电压下电解ＮａＣｌＯ２，电压越高，二氧化氯浓度和转化率也越大，但电压越高，由于副反应的加剧，会导致单位耗电量的大幅增加。与８Ｖ下相比，１２和１５Ｖ电压下电解得到的二氧化氯总量分别增加了１６．９％和３９．３％，但单位耗电量却分别增加了５４．５％和１９０．７％。关键词：二氧化氯；电解；亚氯酸钠；氧化钌中图分类号：Ｘ７０３．１文献标识码：ＡＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－９７３１．２０１７．０９．０２７０引言二氧化氯（ＣｌＯ２）常温下为黄绿色或橘红色气体，有窒息性臭味。易溶于水，溶解中形成黄绿色溶液，水溶液在阴凉、避光和封闭条件下性质稳定。它在水中的水解程度很低，主要以溶解气体的形式保留在水中。二氧化氯是一种氧化剂，而非氯化剂，不与有机物发生氯取代反应，其有效氯含量是氯气的２．６倍，有许多氯气无法与之媲美的特点［１－３］。ＣｌＯ２具有很强的反应活性和氧化能力，如果以Ｃｌ２的氧化能力为１００，则几种物质的氧化能力强弱次序为ＣｌＯ２（２６３），Ｈ２Ｏ２（２０９），ＮａＣｌＯ２（１５７），ＫＭｎＯ４（１１１），Ｃｌ２（１００），ＮａＯＣｌ（９３）；在水体中氧化还原电位大小次序为（Ｖ）：Ｏ３（２．０７），ＣｌＯ２（１．５１１），ＫＭｎＯ４（１．５１），Ｃｌ２（１．３６），ＯＣｌ－（０．８９），ＣｌＯ２－（０．７７）［４－５］。二氧化氯不仅具有强氧化能力，还具有高选择性，与有机物反应很少产生有害的氯化有机物，并且不与氨氮类物质反应，消毒副产物前驱体基本上不和二氧化氯的氯原子相结合，不形成致癌性的三卤甲烷类物质，此外二氧化氯还可以除藻和去除嗅味［６－１１］。目前二氧化氯已成为国际上公认的对环境无二次污染的高效水处理剂、消毒杀菌剂、纸浆漂白剂、皮革脱毛剂、煤油脱硫剂、食品保鲜剂、防霉剂及空气净化剂，被广泛应用于饮用水与工业水消毒及生活污水和工业生产废水处理［１２－１８］。产生二氧化氯的方法主要为化学法，通常以ＣＨ３ＯＨ、Ｈ２Ｏ２、ＳＯ２等为还原剂，在酸性介质中还原ＮａＣｌＯ３制得二氧化氯［１９］。这种化学合成法工艺流程长，需消耗大量辅助化学药剂，而且二氧化氯纯度低，含有大量副产物，反应也不易控制。相比化学法，电解法效率高，反应安全，生成的产品纯度高，是一种竞争力较强的二氧化氯制备方法，有着广泛的开发应用前景。电解法根据反应原料的不同可分为氯酸盐法、食盐法和亚氯酸盐法。采用氯酸钠为主要原料电化学阴极还原制备二氧化氯，可以制得纯度较高的二氧化氯，但反应过程需加入酸性介质，反应条件控制较为苛刻［２０－２１］。以价廉易得的ＮａＣｌ为原料，虽然理论上在酸性介质（ｐＨ值≥４）中通过直接阳极氧化ＮａＣｌ可以产生二氧化氯，但在实际电解过程中，由于阳极存在析氧过电位，抑制了反应过程，使得到的二氧化氯浓度偏低［２２］。而阳极电解亚氯酸盐制备二氧化氯，无需添加辅助化学药剂，理论产率高，产品纯度高，是电解法中应用前景较好的一种方法［２３］。虽然过去几十年电解产生二氧化氯的研究较多，但大多数见于用于商业应用的专利中［２４－２９］，其中的研究细节难以得知，而电解法的文献报道不多，以亚氯酸钠为原料电解产生二氧化氯的论文则更少见。王洋在０５１９０２０１７年第９期（４８）卷＊基金项目：国家自然科学基金资助项目（２１２７３０２５）收到初稿日期：２０１７－０３－３１收到修改稿日期：２０１７－０５－１９通讯作者：田颖，Ｅ－ｍａｉｌ：ｇｒｅｅｎｈｕｓｋ＠１２６．ｃｏｍ作者简介：范丹丹（１９９２－），女，河北唐