專利名稱：純二氧化氯的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種二氧化氯的制備技術。
隨著我國經濟的高速發(fā)展，環(huán)境污染日趨嚴重，已成為整個社會極度為關注的問題，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)計結果表明，全國有500多個城市的水源都存在有不同程度的污染問題，雖經供水廠處理后才輸入自來水管網，但水中“微污染”問題尚未引起足夠的重視。所謂“微污染”一般是指有機物污染物質，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)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，故常常被忽略。實際上微量有機污染物的存在對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污染物，是當前保障污染地區(qū)居民享有衛(wèi)生合格的飲用水的重要任務之一。
理想的消毒劑應具有以下四個特點氧化能力強、有持久殺菌作用、使用價格低廉，并且次生產物不具毒性。
液氯自本世紀初用于給水消毒以來已成為居主導地位的消毒劑，然而近年來人們發(fā)現(xiàn)氯易與水中有機物形成鹵代物，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成份。如鹵代物的生成、鹵代烷前體去除、致突或有毒物質的生成、提高可生化性、除臭、除鐵和錳等，實驗證明，臭氧比其他消毒劑具有更多的優(yōu)越性，但因其使用費用過高，難以普遍推廣，同時臭氧在水處理過程中也可與溴酸根生成“三致”物質。當前國際水自理工藝中深度處理可采用臭氧氧化，但其設備及運行費用昂貴，平均處理一噸水為0.8-1.3元，無法在我國廣大地區(qū)推廣應用；面對我國能源緊缺、資金有限、臭氧處理無法得到普遍推廣的現(xiàn)狀，應該選用一種廉價、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污染物質，近年來倍受人們關注，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)生器時極待研制出高效、經濟，適合我國國情的新設備。
大量實驗工作及檢測結果表明，二氧化氯對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用雖只是近幾年的事，但在水處理領域中已表現(xiàn)出強勁的發(fā)展趨勢。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飲用水消毒時也存在缺點即副產物亞氯酸根離子、氯酸根離子對人體有一定的危害作用，這種毒害是過量投加二氧化氯時才有可能發(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。飲用水消毒時二氧化氯的投放量一般不應大于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)會已向國會提交議案，要求在飲用水處理中限制使用液氯，注重防止產生致癌物質，提倡使用二氧化氯和臭氧。同時二氧化氯可以除去水中有機污染物的作用也得到國際水處理研究機構的廣泛證實。
工業(yè)化國家生產二氧化氯的工藝是由亞氯酸鈉和鹽酸反應而成，亞氯酸鈉酸化法的利用已有半個多世紀的歷史，其反應原理為
該方法所用原料亞氯酸鈉價格昂貴，故此工藝很難在我國推廣應用。
國外主要發(fā)達國家在工業(yè)中應用最廣的是氯酸鈉還原法，其中以R8法較為典型。該方法采用對人體有害的甲醇作為催化劑。
目前工業(yè)中具有巨大市場的R8法主要反應原理如下主反應
副反應
但該法在飲用水處理領域不適用，因為采用有毒且揮發(fā)性極度強的甲醇作催化劑，使制備的二氧化氯混有毒性有機物而不能投加到飲用水中。
目前我國環(huán)保市場中二氧化氯產品也很多，其生產工藝大致有三種(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美國大型成套設備項目用此法生產，在上海部分地段供水中投加。
(2)電解食鹽水法該工藝產生的氣體中主要成份為氯氣，實際上二氧化氯含量很低，據(jù)調查，當前國內生產的二氧化氯發(fā)生器多為復合氣體發(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。經檢索，基本以電解食鹽法為主。在化學制備法中，目前所采用的催化劑均以甲醇和食鹽為主，有多項已申請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的二氧化氯，純度理論值僅為50％，實際產出率純度估計小于30％。鑒于我國對水質要求的不斷提高，二氧化氯的生產、開發(fā)和應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)。
其化學反應式如下
本發(fā)明相比現(xiàn)有技術具有如下優(yōu)點1、本發(fā)明以氯酸鈉、硫酸為原料，添加無毒、廉價的草酸或淀粉作還原劑，所制備的高純度二氧化氯在產生時的純度為100％，，最終的反應產物中二氧化氯的成分含量仍可達到85％以上，其余為氯氣，反應回收率為56-60％。
2、本發(fā)明制備的二氧化氯對人體無毒無害，其原料成本低，因而其生產成本低，簡化了反應條件，在降低生產成本和增加市場競爭力方面有很大優(yōu)勢。
本發(fā)明還將結合實施例作進一步詳述實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℃溫度下反應生成純二氧化氯;本發(fā)明采用無毒、廉價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人體無毒、無害。
文檔編號C01B11/00GK1370734SQ01103570
公開日2002年9月25日 申請日期2001年2月23日 優(yōu)先權日2001年2月23日
發(fā)明者朱琨, 陳慧 申請人:朱琨