二氧化氯开发及其应用

乔怡娜,胡双启

(中北大学化工与环境学院,山西太原030051)

摘 要: 二氧化氯是一种高效的消毒剂和强氧化剂.简要介绍了二氧化氯的开发在纸浆漂白、纺织、水处理等各个领域的应用情况.

关键词: 二氧化氯;开发;应用

中图分类号: TQ085.4   文献标识码:A

DevelopmentandApplicationofChlorineDioxide

QIAOYi-na,HUShang-qi

(School of Chemical Engineering and Environment, North University of China, Taiyuan 030051, China)

Abstract:The chlorine dioxide is a highly effective disinfection and oxidant. The development and the application of chlorine dioxide in the field of paper making, textile,waste water treatment etc is simply reviewed and discussed.

Keywords: chlorine dioxide; development; application

二氧化氯是一种强氧化剂,由于性质不稳定,易燃、易爆,19世纪初期发现以后的近百年间一直难以推广应用.随着科学技术的进步和人类对生活环境要求的提高,20世纪初二氧化氯开始受到广泛重视和深入研究.早期主要研究其漂白功能,用于纸浆、造纸、纺织等行业.1994年美国首次用于饮用水的消毒、脱色、除臭.20世纪70年代初开始用于工业循环冷却水的处理剂,1980年以来,随着稳定性二氧化氯的开发和研制成功,在水处理、医疗、卫生、食品、养殖等行业的应用不断发展.目前,美国、加拿大、德国、日本等工业发达国家研制开发比较活跃,工艺方法不断改进,产量逐年增加,实际应用范围日益扩大,应用前景非常广阔.国内对二氧化氯的研究始于20世纪80年代初期,目前已研制生产出食品、卫生、工业循环水处理等专用的稳定性二氧化氯,其应用正在逐渐渗透到工业生产和人们日常生活的各个方面.

1 二氧化氯的特性

二氧化氯在室温下是一种黄色或黄绿色气体,具有与氯和臭氧相类似的刺激性气味.沸点是11℃,凝固点是-59℃,气体密度为3.09kg/m³,液体密度为1.64kg/L.二氧化氯的液体与气体极不稳定,在空气中浓度仅10%就可能爆炸^[1].二氧化氯具有极强的氧化性,其氧化能力是单质氯气的26倍^[2],杀菌活性极高,是环氧乙烷的1075倍,但不发生氯代反应.一般认为二氧化氯在空气中浓度低于1mL/m³时对人体无害.

2 二氧化氯的开发

1811年英国化学家汉弗里·戴维(Humphvy David)通过硫酸与氯酸钾作用,首次在实验室制得含有氯气的二氧化氯.1930年美国马缔逊(Mathieson)碱业公司研制成功二氧化氯生产工艺,首次实现了工业化生产.1946年加拿大拉普逊(Rapson)教授发明了制备二氧化氯新法,世称R1法,并相继在加拿大、瑞典投入工业化生产.1951年美国阿莱德(Albright)公司开发出索尔维(Solvey)法,原料为氯酸钠、硫酸、甲醇,由于当时甲醇价格较高,应用受到限制.随后,阿莱德公司在上述工艺的基础上,研制成功R3法,并于1967年在美国首先投入工业化生产.稳定性二氧化氯是人们在研制二氧化氯的基础上,为解决其生产、使用过程中的安全性、方便性,将其经特殊加工而制成的化合物或混合物.当使用的吸收剂为碳酸钠、过碳酸钠、硼酸盐、过硼酸盐等的惰性溶液时,可制得含二氧化氯2%以上的液体稳定性二氧化氯;当吸收剂(吸附剂)为硅酸钙、分子筛、无纺布等多孔性固体物质时,可制得形状多样、规格齐全的固体稳定性二氧化氯产品.稳定性二氧化氯无色、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,使用安全、方便.

在R3法之后,阿莱德(Albright)公司又相继开发出R3H法、R4法、R5法、R6法、R7法和R8法.1985年实现工业化以来,R8法生产装置发展迅速,目前全世界已有35套这种装置在运行.另外,美国近年来还开发了氯酸钠-双氧水法生产二氧化氯,生产过程是先将氯酸钠和硫酸在反应罐中配成混合料,然后加入双氧水使其混合发生反应,即可制得产品.这种方法比较适合双氧水生产厂家采用.

3 二氧化氯的应用

二氧化氯作为一种高效、安全的杀菌消毒剂、除臭剂、漂白剂、氧化剂,与氯气、臭氧和氯胺等常规用品相比,它的综合性和经济效益好.特别是近十几年来,随着人们环保意识的加强,二氧化氯的应用受到普遍关注.

3.1 纸浆、纺织行业的应用

纸浆、纺织行业常用的漂白剂是氯气和氯酸钠,由于二者在使用过程中易产生危害环境的氯代产物,自20世纪70年代以来,在北美、西欧、日本等发达国家逐渐被漂白性能更强而不产生有害副产物的二氧化氯所取代.二氧化氯可将木浆漂白到白度90%以上,尤其是对于硫酸盐木浆,到目前为止,还未发现一种在成本及纸浆白度、强度等方面超过它的漂白剂.在对织物进行漂白时,二氧化氯对纤维几乎不损伤,白度稳定性好,是精制棉的最佳漂白剂.将其用于油脂脱色及面粉、淀粉、粉丝、花生外皮、瓜子外皮等其它方面的漂白,其效果明显优于亚硫酸盐、过氧化氢、过硫酸铵、过氧化苯甲酰、溴酸钾等漂白剂.

3.2 水处理行业的应用

在水处理行业,二氧化氯可广泛用于饮用水的消毒、脱色、除臭,工业循环冷却水杀菌灭藻及工业废水、生活污水的净化处理等.饮用水的传统消毒剂氯气在应用过程中易产生三氯甲烷等致癌物质,已引起世界各国的高度重视^[3].用二氧化氯替代液氯、次氯酸钠等对饮用水进行消毒,不仅不生成有害物质,而且它可以使致癌的稠环化合物降解成无致癌作用的物质,并可除去水中的无机物和异味,因此二氧化氯作为液氯和次氯酸钠的换代产品受到世界发达国家的普遍重视.同时二氧化氯也是工业循环冷却水系统的强力杀生剂.20世纪70年代初,美国的一些氨厂、石油化工厂、炼油厂、电厂等在循环冷却水系统开始使用二氧化氯作为水处理剂.实际应用表明,二氧化氯在使用过程中具有用量少、杀菌灭藻效果明显优于氯气、不污染环境等特点,并且操作方便,使用成本低,经济效益明显,特别适于在水质较差、菌藻繁殖严重、采用全有机碱性水稳剂和氨厂循环冷却水系统使用,是一种比较理想的杀生剂.

3.3 杀菌消毒

稳定性二氧化氯是第四代高效强力消毒、杀菌剂,具有广谱、速效、无毒、用量少、药效持续时间长等优点,对大肠杆菌、伤寒杆菌、结核杆菌、乙型肝炎病毒、枯草杆菌、沙门氏菌、霍乱菌以及真菌、藻类等杀灭率可达100%,可谓病菌、病毒的克星,因而被世界卫生组织(WTO)列为A1级高效安全消毒剂.

3.4 空气净化

稳定性二氧化氯作为新型洗涤消毒剂是对其净化功能的进一步开发和应用,其配方主要由稳定性二氧化氯和各种表面活性剂组成;由于通过固体吸附剂缓慢释放的低浓度二氧化氯气体对人体没有毒害作用,对空气却有杀菌消毒效果,可以有效地除去空气中的臭味、异味,近几年已被开发成为一种新型的室内空气净化清新剂.

3.5 其他应用

此外,对于富营养化的水库,可用二氧化氯杀灭浮游藻类群体;用二氧化氯对温室蔬菜和田间果蔬防病,既可解决植物的杀菌防病,又不会导致环境污染.在一些特殊场合,二氧化氯可用于隐形眼镜片消毒、殡仪馆尸体防腐、米糠油净化、白发治疗剂等,应用效果都非常理想.

4 结 论

自1990年以来,我国对二氧化氯的研究一直比较活跃,国内市场潜力较大.随着二氧化氯应用领域的不断开发,有关应用方面的标准不断完善,二氧化氯应用开发的市场必然更规范,前景也必然更广泛.

参考文献:

[1]  曾凡勇.二氧化氯在水处理工程中的应用[J].冶金矿山设计与建设[J],1999,31(4):51.

[2]  石尊常,石磊.稳定性二氧化氯的性质、制备及应用[J].湖南化工,1996,26(2):54-55.

[3]  徐贤英,胡世文,付超等.二氧化氯消毒剂在饮用水中应用的几个问题的探讨[J].四川化工,2006,3:22-25.

[4]  徐贤英.二氧化氯在饮用水消毒中的应用研究[J].湖北师范学院学报(自然科学版),2006,26(2):9-13.