二氧化氯開發及其應用
摘要:二氧化氯是一種高效的消毒劑和強氧化劑.簡要介紹了二氧化氯的開發和在紙漿漂白、紡織、水處理等各個領域的應用情況。
關鍵詞:二氧化氯;開發;應用
二氧化氯是一種強氧化劑,由于性質不穩定,易燃、易爆,19世紀初期發現以后的近百年間一直難以推廣應用.隨著科學技術的進步和人類對生活環境要求的提高,20世紀初二氧化氯開始受到廣泛重視和深入研究.早期主要研究其漂白功能,用于紙漿、造紙、紡織等行業.1994年美國首次用于飲用水的消毒、脫色、除臭.20世紀70年代初開始用于工業循環冷卻水的處理劑,1980年以來,隨著穩定性二氧化氯的開發和研制成功,在水處理、醫療、衛生、食品、養殖等行業的應用不斷發展.目前,美國、加拿大、德國、日本等工業發達國家研制開發比較活躍,工藝方法不斷改進,產量逐年增加,實際應用范圍日益擴大,應用前景非常廣闊.國內對二氧化氯的研究始于20世紀80年代初期,目前已研制生產出食品、衛生、工業循環水處理等專用的穩定性二氧化氯,其應用正在逐漸滲透到工業生產和人們日常生活的各個方面。
1二氧化氯的特性
二氧化氯在室溫下是一種黃色或黃綠色氣體,具有與氯和臭氧相類似的刺激性氣味.沸點是11℃,凝固點是-59℃,氣體密度為3.09kg/m3,液體密度為1.64kg/L.二氧化氯的液體與氣體極不穩定,在空氣中濃度僅10%就可能爆炸[1].二氧化氯具有極強的氧化性,其氧化能力是單質氯氣的26倍[2],殺菌活性極高,是環氧乙烷的1075倍,但不發生氯代反應.一般認為二氧化氯在空氣中濃度低于1mL/m3時對人體無害。
2二氧化氯的開發
1811年英國化學家漢弗里·戴維(HumphvyDavid)通過硫酸與氯酸鉀作用,首次在實驗室制得含有氯氣的二氧化氯.1930年美國馬締遜(Mathieson)堿業公司研制成功二氧化氯生產工藝,首次實現了工業化生產.1946年加拿大拉普遜(Rapson)教授發明了制備二氧化氯新法,世稱R1法,并相繼在加拿大、瑞典投入工業化生產.1951年美國阿萊德(Albright)公司開發出索爾維(Solvey)法,原料為氯酸鈉、硫酸、甲醇,由于當時甲醇價格較高,應用受到限制.隨后,阿萊德公司在上述工藝的基礎上,研制成功R3法,并于1967年在美國首先投入工業化生產.穩定性二氧化氯是人們在研制二氧化氯的基礎上,為解決其生產、使用過程中的安全性、方便性,將其經特殊加工而制成的化合物或混合物.當使用的吸收劑為碳酸鈉、過碳酸鈉、硼酸鹽、過硼酸鹽等的惰性溶液時,可制得含二氧化氯2%以上的液體穩定性二氧化氯;當吸收劑(吸附劑)為硅酸鈣、分子篩、無紡布等多孔性固體物質時,可制得形狀多樣、規格齊全的固體穩定性二氧化氯產品.穩定性二氧化氯無色、無味、無臭、無腐蝕性,不易燃、不揮發、不分解,性質穩定,便于貯存和運輸,使用安全、方便。
在R3法之后,阿萊德(Albright)公司又相繼開發出R3H法、R4法、R5法、R6法、R7法和R8法.1985年實現工業化以來,R8法生產裝置發展迅速,目前全世界已有35套這種裝置在運行.另外,美國近年來還開發了氯酸鈉2雙氧水法生產二氧化氯,生產過程是先將氯酸鈉和硫酸在反應罐中配成混合料,然后加入雙氧水使其混合發生反應,即可制得產品.這種方法比較適合雙氧水生產廠家采用。
3 二氧化氯的應用
二氧化氯作為一種高效、安全的殺菌消毒劑、除臭劑、漂白劑、氧化劑,與氯氣、臭氧和氯胺等常規用品相比,它的綜合性和經濟效益好.特別是近十幾年來,隨著人們環保意識的加強,二氧化氯的應用受到普遍關注。
3.1紙漿、紡織行業的應用
紙漿、紡織行業常用的漂白劑是氯氣和氯酸鈉,由于二者在使用過程中易產生危害環境的氯代產物,自20世紀70年代以來,在北美、西歐、日本等發達國家逐漸被漂白性能更強而不產生有害副產物的二氧化氯所取代.二氧化氯可將木漿漂白到白度90%以上,尤其是對于硫酸鹽木漿,到目前為止,還未發現一種在成本及紙漿白度、強度等方面超過它的漂白劑.在對織物進行漂白時,二氧化氯對纖維幾乎不損傷,白度穩定性好,是精制棉的最佳漂白劑.將其用于油脂脫色及面粉、淀粉、粉絲、花生外皮、瓜子外皮等其它方面的漂白,其效果明顯優于亞硫酸鹽、過氧化氫、過硫酸銨、過氧化苯甲酰、溴酸鉀等漂白劑。
3.2水處理行業的應用
在水處理行業,二氧化氯可廣泛用于飲用水的消毒、脫色、除臭,工業循環冷卻水殺菌滅藻及工業廢水、生活污水的凈化處理等.飲用水的傳統消毒劑氯氣在應用過程中易產生三氯甲烷等致癌物質,已引起世界各國的高度重視[3].用二氧化氯替代液氯、次氯酸鈉等對飲用水進行消毒,不僅不生成有害物質,而且它可以使致癌的稠環化合物降解成無致癌作用的物質,并可除去水中的無機物和異味,因此二氧化氯作為液氯和次氯酸鈉的換代產品受到世界發達國家的普遍重視.同時二氧化氯也是工業循環冷卻水系統的強力殺生劑.20世紀70年代初,美國的一些氨廠、石油化工廠、煉油廠、電廠等在循環冷卻水系統開始使用二氧化氯作為水處理劑.實際應用表明,二氧化氯在使用過程中具有用量少、殺菌滅藻效果明顯優于氯氣、不污染環境等特點,并且操作方便,使用成本低,經濟效益明顯,特別適于在水質較差、菌藻繁殖嚴重、采用全有機堿性水穩劑和氨廠循環冷卻水系統使用,是一種比較理想的殺生劑。
3.3殺菌消毒
穩定性二氧化氯是第四代高效強力消毒、殺菌劑,具有廣譜、速效、無毒、用量少、藥效持續時間長等優點,對大腸桿菌、傷寒桿菌、結核桿菌、乙型肝炎病毒、枯草桿菌、沙門氏菌、霍亂菌以及真菌、藻類等殺滅率可達100%,可謂病菌、病毒的克星,因而被世界衛生組織(WTO)列為A1級高效安全消毒59(2007年12月)二氧化氯開發及其應用(喬怡娜等)劑。
3.4空氣凈化
穩定性二氧化氯作為新型洗滌消毒劑是對其凈化功能的進一步開發和應用,其配方主要由穩定性二氧化氯和各種表面活性劑組成;由于通過固體吸附劑緩慢釋放的低濃度二氧化氯氣體對人體沒有毒害作用,對空氣卻有殺菌消毒效果,可以有效地除去空氣中的臭味、異味,近幾年已被開發成為一種新型的室內空氣凈化清新劑。
3.5其他應用
此外,對于富營養化的水庫,可用二氧化氯殺滅浮游藻類群體;用二氧化氯對溫室蔬菜和田間果蔬防病,既可解決植物的殺菌防病,又不會導致環境污染.在一些特殊場合,二氧化氯可用于隱形眼鏡片消毒、殯儀館尸體防腐、米糠油凈化、白發治療劑等,應用效果都非常理想。
4 結論
自1990年以來,我國對二氧化氯的研究一直比較活躍,國內市場潛力較大.隨著二氧化氯應用領域的不斷開發,有關應用方面的標準不斷完善,二氧化氯應用開發的市場必然更規范,前景也必然更廣泛。
參考文獻:
[1]曾凡勇.二氧化氯在水處理工程中的應用[J].冶金礦山設計與建設[J],1999,31(4):51.
[2]石尊常,石磊.穩定性二氧化氯的性質、制備及應用[J].湖南化工,1996,26(2):54255.
[3]徐賢英,胡世文,付超等.二氧化氯消毒劑在飲用水中應用的幾個問題的探討[J].四川化工,2006,3:22225.
[4]徐賢英.二氧化氯在飲用水消毒中的應用研究[J].湖北師范學院學報(自然科學版),2006,26(2):9213.
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