二氧化氯的制备及其在水处理中的应用_刘秀艳

二氧化氯的制备及其在水处理中的应用刘秀艳(河北省唐山市热力工程设计院,河北唐山063000)摘要:介绍了二氧化氯的性质、制备方法(包括电解法、氯酸盐还原法、亚氯酸盐氧化法、二氧化氯的稳定性处理)及其在给水、废水及其它水处理中的应用,表明二氧化氯作为一种新型消毒剂、氧化剂,有广阔的发展前景。关键词:二氧化氯;制备;水处理;消毒剂;氧化剂中图分类号:X505文献标识码:B文章编号:1008-2271(2005)03-0122-02二氧化氯是HumphenyDavey于1881年首先发现的。在室温及常压下,二氧化氯是一种黄绿色气体,11℃以下凝结成深红色的液体。其氧化能力是氯气的2.6倍;其味道与氯气也有较大差别;二氧化氯在水中的溶解度为2.8g/L(22℃);液态二氧化氯很不稳定,强光、振荡与有些有机物或无机物接触时可引起爆炸。由于ClO2具有很高的化学活性,是一种较强的氧化剂,且对环境污染很小,而传统的多氯漂白工艺严重毒化环境,自20世纪40年代起ClO2就逐步在纸浆和纺织品漂白、消毒杀菌、保鲜除臭、自来水净化、食糖和油脂精炼、工业废物处理等行业得到应用,有关ClO2生产工艺和制备方法的研究一直很活跃,仅成型的生产工艺先后就有十数种[1]之多。本文简要介绍二氧化氯的制备方法及其在水处理中的应用情况。1二氧化氯的制备二氧化氯的制备方法有化学法和电解法两大类,应用较多的是化学法。化学法生产二氧化氯经过多年发展已开发出十几种方法,基本上都是通过还原氯酸盐或氧化亚氯酸盐这两个途径制得。1.1电解法电解法是采用不锈钢作阴极,在石墨表面涂覆一层金属氧化物作阳极,在两室电解池或三室电解池(室与室之间用离子选择透过性膜隔开)直接电解氯化钠或氯酸钠的水溶液来发生ClO2。电解法投资较大,适合在氯碱厂使用。目前由于一些技术问题尚未收稿日期:2005-03-02作者简介:刘秀艳,1971年生,女,河北滦县人,学士,工程师。完全解决(如电解电流效率不高,ClO2生产效率低等),影响了该法的推广和应用。1.2氯酸盐还原法用还原剂将氯酸盐还原是目前制备ClO2的常用方法。因其采用的还原剂、设备、工艺条件等不同,该法又可分为多种方法。1.2.1甲醇作还原剂在甲醇作还原剂生产ClO2的工艺中,目前最重要的是R8[1]法,该法一般在酸度大于9mol/L、氯酸钠浓度大于2mol/L、温度50—100℃及负压8—53kPa条件下发生ClO2。该法目前在造纸业中颇为流行,其特点是一次性投资少,运行成本居中,生产中无需催化剂,生产效率高,ClO2产品气纯净,但所需酸度较高,对反应器材质要求高,一般需用钛合金、玻璃钢(用乙烯基酯树脂制成)、聚四氟乙烯、不锈钢等抗腐蚀性能极好的材料。1.2.2盐酸作还原剂以浓盐酸为原料,在真空和反应液沸点温度下进行反应制得ClO2。该法在生产中无三废处理问题,在负压下生产ClO2,安全无污染,得到了较好推广,在欧洲应用极为普遍。特别是采用锰作催化剂时,反应效率可达97.8%。我国南方也有厂家采用此法生产ClO2。但其投资较大,生产成本较高,产品气中往往含有少量氯气。1.2.3氯化钠作还原剂采用氯化钠作还原剂,在93%(质量分数)的硫酸中还原氯酸钠可制得ClO2。此法操作比较简单,但反应产生的废酸液较多(其中含有大量的酸式硫酸钠),产品气中常含有少量氯气。—122—二氧化氯的制备及其在水处理中的应用环境与园林DOI:10.16242/j.cnki.umst.2005.03.0121.2.4二氧化硫作还原剂将SO2气体通入用硫酸酸化的氯酸钠溶液可制得ClO2,由于原材料SO2成本较高,除一些规模不大的老厂用此法外,大型生产厂已不用此法。1.3亚氯酸盐氧化法该法用氧化剂(氯气)或酸(盐酸)氧化亚氯酸钠来发生ClO2,其特点是一次性投资少,操作工艺简便,易于控制。不足之处是反应速度慢,耗酸量大,产生的废酸多,适合少量使用ClO2的场合,如水处理和食品加工行业。由于NaClO2是以ClO2为中间体经过过氧化物的碱液吸收制得,在大量使用ClO2的场合采用此法不经济。此外,通过紫外线照射亚氯酸盐溶液也可得到极纯的ClO2,且无需其它试剂,仅与紫外线强度和照射时间有关。1.4稳定性二氧化氯的制备由于ClO2的稳定性差,遇光和热极易分解,与空气混合易发生燃烧和爆炸,一般是将其制成稳定的ClO2溶液。将ClO2气体溶于一定浓度的碱性溶液(如:碳酸钠)中,即得无色、无臭透明的含2%二氧化氯的稳定溶液,使用时再用一种酸性活性剂(硫酸、盐酸等)活化。稳定性ClO2大大方便了对其的储存和运输,从而拓宽了其在各行业中的应用。2二氧化氯在水处理中的应用2.1给水处理用传统的氯气处理自来水会产生三氯甲烷(THM)、氯酚、氯胺等致癌和致畸物质,而ClO2不会与水中的有机物发生