二氧化氯純水溶液的制備

于旭霞

（遼寧石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院應(yīng)用化學(xué)系，遼寧錦州121001）

二氧化氯純水溶液的制備

于旭霞

（遼寧石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院應(yīng)用化學(xué)系，遼寧錦州121001）

在有機(jī)溶劑存在下，用亞氯酸鈉溶液和鹽酸反應(yīng)，先制成二氧化氯有機(jī)溶劑，再用純水抽提，制備二氧化氯水溶液，并對制備條件進(jìn)行了探討。

二氧化氯；純水溶液；制備

1 前言

二氧化氯（ClO2）為黃紅色氣體，辛辣氣味，在空氣中的體積濃度超過10%時便會爆炸，但在水溶液中則無危險性。重量密度為3.09×10-3kg/L（11℃），熔點-59.5℃，沸點9.9℃（壓力為0.974×105Pa時的濃度），在20℃和3.999×103Pa壓力下，二氧化氯在水中的溶解度為2.9g/L，在水中能被光分解[1]。二氧化氯是國內(nèi)外公認(rèn)的高效、廣譜、快速、安全、無毒的殺菌消毒劑[2]，因此，二氧化氯越來越被人們接受和認(rèn)可，但是二氧化氯的性質(zhì)非常不穩(wěn)定，高濃度時易發(fā)生爆炸，給它的發(fā)展空間帶來很大制約，用戶往往就地制取產(chǎn)品，或制成二氧化氯氣體出售。

二氧化氯制備方法較多，陳祥衡[3]重點分析、對比了不同二氧化氯的制備工藝，探討了國內(nèi)二氧化氯在漂白應(yīng)用中的效果與不足。陸清等[4]探索了氯酸鈉、甲醇、硫酸法制備穩(wěn)定二氧化氯溶液的工藝，通過正交試驗研究了氯酸鈉濃度、硫酸用量、甲醇用量及反應(yīng)溫度對二氧化氯收率的影響，確定了最優(yōu)惠的反應(yīng)條件，二氧化氯收率達(dá)到88.9%，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到食品添加劑標(biāo)準(zhǔn)。杜小旺等[5]以乙醇、氯酸鈉、硫酸為原料制備二氧化氯，正交實驗研究了影響二氧化氯產(chǎn)率和純度的因素，在投料比（物質(zhì)的量比）n（氯酸鈉）∶n（甲醇）為4∶1.5，硫酸濃度為6 mol/L，反應(yīng)溫度55℃，反應(yīng)時間35 min的條件下，二氧化氯的產(chǎn)率可達(dá)93%，純度達(dá)94%。樊金紅等[6]在酸性環(huán)境中通過NaCl電解協(xié)同NaClO2化學(xué)氧化方法制備含ClO2和游離氯濃度分別為70%和20%左右的溶液，系統(tǒng)地研究了電流密度、NaClO2與NaCl質(zhì)量比、電解時間對復(fù)合溶液中組分濃度的影響，并將復(fù)合溶液應(yīng)用于城市污水二級處理出水的消毒。

本文的研究方法是在有機(jī)溶劑存在下，采用亞氯酸鈉溶液和鹽酸反應(yīng)，并充分?jǐn)嚢?，使生成的二氧化氯溶解在有機(jī)溶劑中，再用純水作抽提劑，將二氧化氯從有機(jī)溶劑中抽提出來，制備成二氧化氯純水溶液。此方法不但保證了生產(chǎn)的安全性，同時也降低了制備二氧化氯水溶液的難度，縮短了二氧化氯氣體溶解的時間。

2 實驗部分[7-9]

2.1 藥品

苯、甲苯、環(huán)己烷均為市售化學(xué)純，30%工業(yè)濃鹽酸，亞氯酸鈉（工業(yè)品），工業(yè)用純水。

2.2 操作流程

制備二氧化氯純水溶液的簡易操作流程見圖1。

圖1 制備二氧化氯純水溶液的簡易操作流程

2.3 二氧化氯有機(jī)溶液的制備

在帶有攪拌器的三口瓶中，按比例加入一定量的亞氯酸鈉水溶液和有機(jī)溶劑，分為有機(jī)相和水相兩層，將鹽酸按比例滴加到水相中，鹽酸和亞氯酸鈉在水相中發(fā)生如下反應(yīng)：5NaClO2+4HCl→4ClO2+5NaCl+2H2O

反應(yīng)完畢激烈攪拌30min，讓有機(jī)相和水相充分混合，水相中的二氧化氯被抽提至有機(jī)溶劑中，得到了二氧化氯有機(jī)溶液。

2.4 二氧化氯純水溶液的制備

將一定比例的二氧化氯有機(jī)溶液與純水在三口瓶中充分?jǐn)嚢杌旌?，這樣有機(jī)溶液中的二氧化氯部分被抽提至純水中，靜置后分層，所得水相即為二氧化氯純水溶液。

3 結(jié)果與討論

3.1 有機(jī)溶液和純水溶液中二氧化氯含量的比較

本研究采用了苯、甲苯、環(huán)己烷三種有機(jī)溶劑，在亞氯酸鈉溶液∶有機(jī)溶劑（V/V）=1∶1條件下，先制備二氧化氯有機(jī)溶液，再在二氧化氯有機(jī)溶液∶純水（V/V）=1∶1條件下，用純水抽提制備二氧化氯純水溶液。改變亞氯酸鈉溶液的濃度，分別進(jìn)行試驗，二氧化氯在兩相溶液中的含量如表1所示。

表1 二氧化氯有機(jī)溶液和純水溶液中ClO2含量的比較

由表1可知，在相同條件下，二氧化氯在有機(jī)溶液中的質(zhì)量濃度遠(yuǎn)高于在純水中的質(zhì)量濃度，且二氧化氯在有機(jī)溶液、純水中的質(zhì)量濃度與亞氯酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)有關(guān)。

不同有機(jī)溶劑中亞氯酸鈉溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對應(yīng)有機(jī)溶液中二氧化氯質(zhì)量濃度，及對應(yīng)二氧化氯純水溶液中二氧化氯的抽提率繪制成圖2、圖3。

圖2 Na ClO2溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)對應(yīng)有機(jī)溶液中ClO2的質(zhì)量濃度

圖3 不同有機(jī)溶液時Na ClO2溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)與ClO2抽提率的關(guān)系

由圖2、圖3可知，隨著亞氯酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，制備的二氧化氯有機(jī)溶液中二氧化氯的質(zhì)量濃度也在增加，當(dāng)亞氯酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時，有機(jī)溶液中二氧化氯的質(zhì)量濃度最高。在提高亞氯酸鈉溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)時，有機(jī)溶液中二氧化氯的質(zhì)量濃度變化不大。在苯、甲苯、環(huán)己烷三種有機(jī)溶液中，抽提二氧化氯制備二氧化氯水溶液時，二氧化氯的抽提率隨著有機(jī)溶液中二氧化氯的質(zhì)量濃度不同而改變。

從圖還可以看出，雖然二氧化氯在環(huán)己烷中的溶解性最差，但它的毒性最小，并且制備二氧化氯水溶液時，純水抽提二氧化氯的效果最好，因此選擇環(huán)己烷作為有機(jī)溶劑。

3.2 不同用量的環(huán)己烷對制備二氧化氯有機(jī)溶液的影響

保證亞氯酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)不變，改變環(huán)己烷和亞氯酸鈉溶液體積比，考查環(huán)己烷對二氧化氯的抽提率，結(jié)果如圖4。

圖4 不同物料比下環(huán)己烷對二氧化氯的抽提率

在圖4中，隨著環(huán)己烷與亞氯酸鈉溶液投料比（V/V）的增加，環(huán)己烷對二氧化氯的抽提率也升高，當(dāng)投料比大于4∶1時，二氧化氯在環(huán)己烷中的溶解達(dá)到飽和。

3.3 純水用量對抽提二氧化氯的影響

以含二氧化氯7600mg/L的環(huán)己烷溶液為例，用不同配比的純水抽提該有機(jī)溶液中的二氧化氯，結(jié)果如表2所示。

表2 用不同量純水抽提二氧化氯的結(jié)果

由表2可知，采用加大水量或多次抽提的方法，能使二氧化氯抽提更徹底，從而提高了二氧化氯的產(chǎn)率。但不能過大地加大純水量，否則水溶液中二氧化氯含量過低，而起不到消毒殺菌的作用。

4 結(jié)論

本文研究的二氧化氯純水溶液的制備工藝簡單、快捷、生產(chǎn)周期短，在本研究中亞氯酸鈉的轉(zhuǎn)化率大于87%，得到的二氧化氯純水溶液的質(zhì)量濃度一般為數(shù)千毫克升，很有實際應(yīng)用價值。

[1]徐克勛.精細(xì)有機(jī)化工原料及中間體手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

[2]謝慧芳.非水溶液法制備二氧化氯新工藝[J].工業(yè)水處理，1997，17（8）：14-16.

[3]陳祥衡.二氧化氯制備工藝探討[J].中國造紙，2009，28（3）：41-46.

[4]陸清，許強(qiáng).二氧化氯溶液制備工藝的研究[J].中國釀造，2014，33（1）：74-76.

[5]杜小旺，張燕.乙醇還原法制備消毒劑二氧化氯的研究[J].重慶師范大學(xué)學(xué)報，2013，30（4）：117-120.

[6]樊金紅，王紅武，馬魯銘.復(fù)合二氧化氯的制備及其用于城市污水回用消毒[J].化工學(xué)報，2012，63（2）：578-583.

[7]孫曉然.水處理用二氧化氯新工藝的研究[J].工業(yè)水處理，1997，17（6）：9-10.

[8]夏氏蘭.二氧化氯純水溶液的制備[J].江蘇化工，1996，24（1）：20-21.

[9]管浩，徐巖基，田文彥，等.非水溶液法制備二氧化氯純水溶液[J].氯堿工業(yè)，2001（6）：13-14.□

Preparation of Chlorine Dioxide Solution

YU Xu-xia
（Department ofApplied Chemistry，Liaoning Petrochemical Vocational and Technology College，Jinzhou 121001，China）

In this research，sodium chlorite reacted with hydrochloric acid to produce an organic solvent of chlorine dioxide. Then the chlorine dioxide was extracted out by pure water to prepare pure chlorine dioxide solution.Preparation conditions were also discussed in this study.

chlorine dioxide；water solution；preparation

10.3969/j.issn.1008-553X.2016.01.012

TQ124.4+3

A

1008-553X（2016）01-0048-03

2015-10-23

于旭霞（1980-），女，遼寧大連人，畢業(yè)于遼寧工業(yè)大學(xué)，碩士，北京科技大學(xué)在讀博士，從事教學(xué)及科研工作，15009825677，0416-4164168，yuxuxia_@163.com。