稳定性二氧化氯的性质及其制备和应用_王九思

文章编号:1001-4373(2000)03-0076-03稳定性二氧化氯的性质及其制备和应用王九思(兰州铁道学院环境工程系,甘肃兰州730070)摘要:稳定性二氧化氯(ClO2)的制备方法据其化学原理可分为氧化法、还原法和电解法,其产品包括稳定性ClO2水溶液和固体ClO2.这些产品可作为水处理剂、杀菌消毒剂、漂白剂、食品保鲜剂以及空气净化剂等,效果显著,前景广阔.关键词:稳定性ClO2;固体ClO2;氧化法;还原法;水处理剂中图分类号:O613.42文献标识码:AClO2是一种良好的氧化剂,其氧化能力是氯气的2.63倍,通过强烈的氧化作用,产生消毒以及漂白效果.广泛地用于各行各业的消毒、灭菌、保鲜、除臭、漂白等过程中,其使用范围几乎覆盖各行各业.ClO2被联合国世界卫生组织(WHO)列为AI级安全消毒剂.我国在工业冷却水杀生剂、造纸漂白剂、食品保鲜剂、防霉剂、消毒剂等方面已有一定的应用.1稳定性ClO2的特性ClO2的熔点为-59℃,沸点11℃.其固态呈黄色结晶,有水合结晶时(ClO2·8H2O±1H2O)呈黄色;液态为红褐色,液体密度为1.64kg/L;气态ClO2呈黄绿色或桔黄色,气体密度为3.09g/L.ClO2气体有一种同氯相似的刺激性气味,有爆炸性.ClO2在水中溶解度很大,但其水溶液不稳定,对光敏感.ClO2以AB2的共振结构存在,ClO2分子的电子结构呈不饱和状态,但在水中基本不与水发生化学反应,也不以二聚或多聚状态存在,这使它在水中的扩散速度比氯快,特别是在低浓度时更突出.由于ClO2水溶液不稳定,通常将ClO2稳定在惰性稳定剂溶液或某些固态物质中,形成含一定浓度有效ClO2的产品,即稳定性ClO2.液态稳定性ClO2无色、无味、无臭、无腐蚀性,不易燃、不挥发、不分解,性质稳定,便于贮存和运输,在5～90℃能贮存两年不变性.稳定剂主要指碳酸盐、过碳酸盐、硼酸盐、过硼酸盐等.稳定性ClO2具有强的氧化作用,与很多物质都能发生剧烈反应.其杀菌、消毒作用机理不同于酚类化合物、次氯酸、氯气及气态二氧化氯,它是靠释放次氯酸分子和新生态氧实现强氧化作用,使病菌、病毒蛋白质中的氨基酸氧化分解;也可以与空气中、水中或各种表面上的各类无机物和有机物作用,对高等动物细胞和植物纤维素基本无影响.其各种情况下的反应生成物均为无毒物质.实践表明,二氧化氯是目前使用的化学消毒剂中最理想的杀菌消毒剂.2ClO2的制备方法自从美国Mathieson化学公司在1940年实现工业化生产ClO2以来,其制备方法已有十几种之多,据其化学原理可分为氧化法、还原法和电解法.2.1氧化法———氧化亚氯酸钠制备二氧化氯2.1.1氯气氧化法与次氯酸氧化法这两种方法的反应方程式分别为Cl2+2NaClO2=2ClO2+2NaClNaClO+2HCl+2NaClO2=2ClO2+3NaCl+H2O它们都具有操作工艺简便,易于控制和一次性投资少的特点,而且可以直接得到液体产品.缺点是产品纯度低,收率不高,其中含有氯气和钠盐.收稿日期:1999-04-22作者简介:王九思(1954-),男,甘肃泾川人,兰州铁道学院副教授.第19卷第3期2000年6月兰州铁道学院学报(自然科学版)JOURNALOFLANZHOURAILWAYUNIVERSITY(NaturalSciences)Vol.19No.3June20002.1.2亚氯酸自氧化法在酸性介质中,亚氯酸发生自氧化还原反应生成二氧化氯.反应式为5NaClO2+4HCl=4ClO2+5NaCl+2H2O或5NaClO2+2H2SO4=4ClO2+2Na2SO4+NaCl+2H2O该方法的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,酸量大,产生的废酸多.如果是在盐酸介质中反应,产品混合物中会有一定量的盐酸.2.2还原法———还原氯酸钠生产二氧化氯2.2.1盐酸还原法(Kesting法)该方法的反应为2NaClO3+4HCl=Cl2+2ClO2+2NaCl+2H2O它的特点是系统封闭,反应残留物主要是氯化钠,可以经电解再生氯酸钠,生产成本低.不足之处是一次性投资大,收率低,耗电量大,而且产品中含有近一半体积的氯气.2.2.2二氧化硫还原法(Mathieson法)该法是Mathieson公司开发成功.其反应式为2NaClO3+SO2=2ClO2+Na2SO3该法工艺成熟,操作简便,容易控制,一次性投资少.但是产品收率低,产品混合物中含有二氧化硫.2.2.3氯酸钠还原法氯化钠作为还原剂的方法主要特点是一次性投资少,产品收率高,操作工艺简便,易控制.但是该工艺产生的废酸液较多,而且其中含有大量的硫酸钠或亚硫酸钠.反应方程式为2NaClO3+2NaCl+2H2SO4=Cl2+2ClO2+2Na2SO4+H