三氯異氰尿酸應(yīng)用特性的研究

王洪英 魏 新 酈和生 王 崠

(中國(guó)石油化工股份有限公司北京化工研究院，北京 102500)

三氯異氰尿酸應(yīng)用特性的研究

王洪英 魏 新 酈和生 王 崠

(中國(guó)石油化工股份有限公司北京化工研究院，北京 102500)

三氯異氰尿酸在水中水解生成次氯酸和異氰尿酸，由于異氰尿酸的存在，使次氯酸在水中的狀態(tài)更加穩(wěn)定，因此表現(xiàn)出與其它氯類殺菌劑不同的一些特性，本文對(duì)三氯異氰尿酸的應(yīng)用特性進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)室靜態(tài)實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明:三氯異氰尿酸溶解時(shí)水中的余氯質(zhì)量濃度先增加而后減少，大致在完全溶解時(shí)余氯質(zhì)量濃度達(dá)到最大值。加入三氯異氰尿酸的初始質(zhì)量濃度越大，水中余氯的衰減也就越快。污水中有機(jī)物對(duì)次氯酸的消耗造成余氯減少。在不同水質(zhì)條件下，相同投加質(zhì)量濃度可能會(huì)有不同的余氯初始質(zhì)量濃度，表現(xiàn)出不同的殺菌效果。三氯異氰尿酸對(duì)不銹鋼幾乎無腐蝕作用，對(duì)黃銅的腐蝕比對(duì)碳鋼的腐蝕強(qiáng)烈。該研究能夠?yàn)槿犬惽枘蛩嵩谘h(huán)冷卻水系統(tǒng)中的應(yīng)用提供技術(shù)支持。

三氯異氰尿酸 殺菌劑 應(yīng)用特性 余氯 循環(huán)冷卻水

三氯異氰尿酸(TCCA)屬于氯代異氰尿酸類化合物，是較重要的漂白劑、氯化劑和消毒劑［1］。它與傳統(tǒng)氯化劑(如液氯、漂白粉、漂粉精)相比，具有有效氯含量高，貯運(yùn)穩(wěn)定，成型和使用方便，殺菌和漂白力高，在水中釋放有效氯時(shí)間長(zhǎng)，安全無毒等特點(diǎn)，因此它的開發(fā)與研究受到各國(guó)的重視。三氯異氰尿酸應(yīng)用廣泛，可以用作工業(yè)用水、游泳池水、醫(yī)院、餐具等的殺菌劑，開發(fā)利用前景十分廣闊。目前，三氯異氰尿酸已廣泛應(yīng)用于工業(yè)循環(huán)水，但對(duì)其應(yīng)用時(shí)所表現(xiàn)出來的特性還未進(jìn)行過深入系統(tǒng)的研究。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

試驗(yàn)用三氯異氰尿酸為工業(yè)級(jí)，固體狀，有效含量大于90%。其它試驗(yàn)和分析試劑均為分析純級(jí)。

試驗(yàn)用主要儀器包括:722型分光光度計(jì)，上海精密儀器公司;RCC-I型旋轉(zhuǎn)腐蝕掛片儀，高郵市秦郵儀器化工有限公司;FN2104電子天平，上海精密儀器公司。

1.2 試驗(yàn)條件與方法

1.2.1 試驗(yàn)水質(zhì)

試驗(yàn)用水分別為去離子水、自來水和污水，其中自來水和污水的水質(zhì)分析［2］結(jié)果見表1。

表1 試驗(yàn)水質(zhì)Table 1 Test water qualit mg/L

1.2.2 水中余氯衰減的研究方法

取2000 mL試驗(yàn)用水于2000 mL燒杯中，加入一定質(zhì)量濃度的三氯異氰尿酸溶液，使水中的有效氯質(zhì)量濃度達(dá)到預(yù)設(shè)值;靜置燒杯，定時(shí)取樣分析水中余氯質(zhì)量濃度。

1.2.3 緩蝕試驗(yàn)方法

取2000 mL試驗(yàn)用水于2000 mL燒杯中，加入一定質(zhì)量濃度的緩蝕阻垢劑和三氯異氰尿酸，置于旋轉(zhuǎn)腐蝕掛片儀中;將已恒重的金屬掛片安裝固定，在(45±1)℃下以75 r/min的轉(zhuǎn)速恒溫?cái)嚢?2 h;以試驗(yàn)前后掛片的失重計(jì)算平均腐蝕速率。

1.3 分析項(xiàng)目與方法

試驗(yàn)采用鄰聯(lián)甲苯胺目視比色法測(cè)定水中的余氯質(zhì)量濃度。

2 結(jié)果與討論

2.1 三氯異氰尿酸在水中的溶解規(guī)律

三氯異氰尿酸在常態(tài)下為固體形狀，它在水中的溶解規(guī)律對(duì)其所表現(xiàn)出的殺菌特性有較大影響。因此，試驗(yàn)觀察了三氯異氰尿酸在水中的溶解過程，并對(duì)過程中余氯質(zhì)量濃度的變化進(jìn)行了跟蹤測(cè)定，結(jié)果見圖1。

圖1 三氯異氰尿酸在水中的溶解規(guī)律Fig.1 The dissolved rule in water of TCCA

由圖1可知，在去離子水和自來水中，三氯異氰尿酸溶解時(shí)水中的余氯質(zhì)量濃度先增加而后減少，大致在完全溶解時(shí)余氯質(zhì)量濃度達(dá)到最大值。隨著三氯異氰尿酸溶解，它不斷水解生成次氯酸，次氯酸的電離、分解等反應(yīng)與三氯異氰尿酸的水解反應(yīng)共同形成復(fù)雜的動(dòng)態(tài)平衡，并伴隨有Cl2溢出系統(tǒng)。三氯異氰尿酸的溶解速度大于Cl2溢出系統(tǒng)的速度，因此在三氯異氰尿酸溶解時(shí)，水中的余氯質(zhì)量濃度呈現(xiàn)出不斷增加的趨勢(shì)。當(dāng)三氯異氰尿酸完全溶解后，隨著Cl2繼續(xù)揮發(fā)，水中的次氯酸含量隨之減少，因而余氯質(zhì)量濃度也下降。在污水中，由于水中含有較多的有機(jī)物，它們與溶解的次氯酸迅速反應(yīng)，次氯酸被大量消耗。因此，在試驗(yàn)中幾乎觀察不到水中余氯質(zhì)量濃度的上升或下降。

2.2 三氯異氰尿酸溶液中余氯的衰減規(guī)律

2.2.1 靜態(tài)下三氯異氰尿酸溶液中余氯的衰減特征

三氯異氰尿酸在水中水解生成次氯酸和異氰尿酸，它們之間的動(dòng)態(tài)平衡和異氰尿酸對(duì)光照次氯酸分解的抑制作用，可以在一定程度上使次氯酸在水中保持更加穩(wěn)定的狀態(tài)，這與其它氯類殺菌劑的水溶液中余氯的衰減規(guī)律不同。試驗(yàn)考察了靜態(tài)下三氯異氰尿酸溶于去離子水時(shí)的余氯衰減特征，結(jié)果見圖2。圖2顯示，靜態(tài)下三氯異氰尿酸的去離子水溶液中余氯衰減呈線性下降趨勢(shì)。比較圖2中三條直線的斜率可知，加入三氯異氰尿酸的初始質(zhì)量濃度(以三氯異氰尿酸的商品濃度計(jì))越大，水中余氯的衰減也就越快。

圖2 靜態(tài)下三氯異氰尿酸的去離子水溶液中的余氯衰減特征Fig.2 The attenuation of residual chlorine in the deionized water solution of TCCA under static

2.3 不同水質(zhì)對(duì)三氯異氰尿酸溶液中余氯衰減的影響

試驗(yàn)考察了靜態(tài)下三氯異氰尿酸溶于自來水和污水中余氯的衰減特征，結(jié)果見圖3和圖4。

圖3 靜態(tài)下三氯異氰尿酸在自來水溶液中的余氯衰減特征Fig.3 The attenuation of residual chlorine in the tap water solution of TCCA under static

圖3顯示，靜態(tài)下三氯異氰尿酸在自來水溶液中余氯衰減趨勢(shì)與去離子水中的結(jié)果基本相同。但是，在加入相同初始質(zhì)量濃度的三氯異氰尿酸時(shí)，水中余氯的初始濃度卻有所不同，可能是自來水中的微量還原性物質(zhì)導(dǎo)致了余氯質(zhì)量濃度下降，而不是水中余氯自然衰減的結(jié)果。

圖4 靜態(tài)下三氯異氰尿酸在污水中的余氯衰減特征Fig.4 The attenuation of residual chlorine in the sewage solution of TCCA under static

圖4顯示，在污水中加入三氯異氰尿酸后，水中的余氯迅速衰減。大量有機(jī)物質(zhì)與次氯酸反應(yīng)將余氯在短時(shí)間內(nèi)消耗殆盡，說明在含有高COD濃度的系統(tǒng)中，采用三氯異氰尿酸進(jìn)行殺菌時(shí)，需要對(duì)其投加濃度進(jìn)行調(diào)整。

2.4 三氯異氰尿酸對(duì)金屬的腐蝕作用

三氯異氰尿酸在水中水解后，生成的次氯酸和異氰尿酸使水中的pH降低，對(duì)金屬有一定的腐蝕作用。試驗(yàn)考察了三氯異氰尿酸溶液對(duì)碳鋼、不銹鋼和黃銅的腐蝕作用，結(jié)果見圖5。

由圖5可以看出，隨著三氯異氰尿酸質(zhì)量濃度(以有效氯計(jì))的增加，碳鋼和黃銅的腐蝕速率增加，而不銹鋼的腐蝕速率卻幾乎沒有變化。三氯異氰尿酸濃度由4 mg/L增加至20 mg/L時(shí)，碳鋼的腐蝕速率增加了一倍多，但黃銅的腐蝕速率卻增加了兩倍多。以上結(jié)果說明，從腐蝕的程度上來講，三氯異氰尿酸對(duì)黃銅的腐蝕甚至比對(duì)碳鋼的腐蝕還要強(qiáng)烈。

圖5 三氯異氰尿酸對(duì)金屬的腐蝕作用Fig.5 The corrosive effect on metal of TCCA

3 結(jié)論

(1)污水中有機(jī)物的存在大量消耗次氯酸，污水中余氯量很少，甚至檢測(cè)不到余氯。因此在三氯異氰尿酸使用過程中，一旦監(jiān)測(cè)到余氯出現(xiàn)大幅下降的異常情況，很可能是由于有機(jī)物料的泄漏。

(2)由于有機(jī)物對(duì)次氯酸的消耗，若將三氯異氰尿酸應(yīng)用于高COD的系統(tǒng)，應(yīng)當(dāng)調(diào)整投加濃度。

(3)水中投加三氯異氰尿酸的初始質(zhì)量濃度越大，余氯的衰減也就越快。由此可見，并不是三氯異氰尿酸投加質(zhì)量濃度越大越好，應(yīng)選擇出適宜的投加濃度，既能保證殺菌效果，又能避免浪費(fèi)。

(4)三氯異氰尿酸對(duì)不銹鋼幾乎無腐蝕作用，對(duì)黃銅的腐蝕比對(duì)碳鋼的腐蝕強(qiáng)烈。建議在使用黃銅作為金屬材料的系統(tǒng)中使用三氯異氰尿酸時(shí)要考慮銅的緩蝕問題。

［1］許靜，倪傳根，宜勇剛.氰尿酸及三氯異氰尿酸的研究進(jìn)展及現(xiàn)狀［J］.山東化工，2003(32):17-19.

［2］化學(xué)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)匯編.水處理劑與工業(yè)用水水質(zhì)分析方法［M］.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003:65-70.

Study on Application Features of Trichloro－isocyanuric Acid

Wang Hongying，Wei Xin，Li Hesheng，Wang Dong
(Yanshan Branch of Beijing Research Institute of Chemical Industry，SINOPEC，Beijing102500)

Trichloro － isocyanuric acid(TCCA)can generate hypochlorous acid and cyanuric acid when it is hydrolyzed in water.Hypochlorous acid is more static due to the existence of cyanuric acid.Therefore，TCCA exerts some features which are different from other chlorine category bactericides.In this paper，the application features of TCCA are investigated.The laboratory static tests show that the mass concentration of residual chlorine increases firstly and then decreases when TCCA is dissolved in water and approximately reaches the maximum when it is completely dissolved.The attenuation of residual chlorine is more rapid with the higher initial concentration of TCCA.The organic substances in sewerage consume the hypochlorous which results in the decrease of residual chlorine.In different water quality conditions，the same concentration of TCCA may result in different initial concentrations，representing different effect of sterilization.TCCA has little corrosion on stainless steel，and is more corrosive for brass than carbon steel.The study can provide a technical support for the application of TCCA in cooling water system.

TCCA，bactericide，application features，residual chlorine，circulating cooling water

TQ085+412

A

1007－015X(2012)03－0005－03

2012－02－ 14;修改稿收到日期:2012－04－28。

王洪英(1972－)，女，助理工程師，2008年畢業(yè)于北京化工大學(xué)化工工藝專業(yè)，現(xiàn)在該公司北京北化院燕山分院從事水處理研究工作。E-mail:wanghy03.bjhy@sinopec.com

(編輯 王菁輝)