一種電解法制備高純二氧化氯設(shè)備的研究

劉遠鵬++張學(xué)武++甘云潤

摘 要：筆者進行了一種電解法制備高純二氧化氯設(shè)備的研究工作。結(jié)果表明，該設(shè)備制備的ClO2，其純度可達95%以上。

關(guān)鍵詞：二氧化氯；電解法；高純

中圖分類號：TQ124.4 文獻標識碼：A

二氧化氯（Chlorine Dioxide）是近幾十年來迅速崛起的一種性能優(yōu)良的新一代廣譜強力殺菌劑、高效氧化劑和優(yōu)良漂白劑，它同時還具備極高的人體安全性及環(huán)境友好性，被世界各國廣泛采用。

一、二氧化氯的理化特點

二氧化氯的分子式為ClO2，分子量為67.45（按2001年國際相對原子質(zhì)量），沸點11℃，熔點-59.5℃，在常溫下是黃綠色、水溶性、強氧化性的氣體；在11℃氣態(tài)時的氣體密度為3.09g/L，液體時的液體密度為1.64g/mL。

二、一般的電解法制備二氧化氯缺點

一般的電解法制備二氧化氯采用亞氯酸鹽電解氧化和氯酸鹽電解還原法制備二氧化氯，此法較化學(xué)法制備二氧化氯純度高，在飲用水消毒中也常用電解飽和濃度的食鹽溶液制取ClO2，但反應(yīng)過程中還伴有二氧化氯、氯氣、臭氧和過氧化氫，因此二氧化氯的純度也不是特別高。

一般的電解法制備二氧化氯采用箱式外觀，開放式控制系統(tǒng)，陰極室未與空氣完全隔絕，二氧化氯易溢出污染環(huán)境，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，自動化控制程度相對較低。并且進水沒有設(shè)置前處理設(shè)備，水中雜質(zhì)易形成水垢沉淀，影響設(shè)備性能，降低產(chǎn)氯效果。

三、一種電解法制備高純二氧化氯的概述

（一）產(chǎn)品組成

包括加鹽系統(tǒng)、電解系統(tǒng)、電解電源、控制系統(tǒng)、安全防護系統(tǒng)、進水水質(zhì)軟化系統(tǒng)等，設(shè)備外觀圖見圖1。高純二氧化氯發(fā)生器采用加鹽、電解、排堿一體化設(shè)計，與一般電解法相比，有著電解效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡單、容易控制、使用壽命長等特點。

1.加鹽系統(tǒng)。與一般的電解法相比，高純二氧化氯發(fā)生器采用高效溶鹽系統(tǒng)，根據(jù)濃差、溫差協(xié)同作用原理形成特殊的高效溶鹽系統(tǒng)及循環(huán)系統(tǒng)，節(jié)省大量電解鹽原料。

2.電解系統(tǒng)。與一般的電解法相比，高純二氧化氯發(fā)生器取消了陰陽極之間的中性電極，并在陰陽兩極設(shè)置有隔膜，陰陽極緊貼中間隔膜組成零極距電解槽，形成微容積陰極室和陽極室，并且采用了電解槽模塊化設(shè)計與在線排堿技術(shù)設(shè)計，大大提高了電解效率和使用壽命。

3.電解電源。高純二氧化氯發(fā)生器電解電源采用IGBT高頻電解電源，大大提高了電解效率，其控制電路設(shè)計更加合理，尤其三相制電源的冷卻風機實現(xiàn)了轉(zhuǎn)速可依溫度高低自動調(diào)節(jié)，既能省電和減小噪音，又確保了電源長期正常工作的可靠性。

4.控制系統(tǒng)。與一般電解法不同的是，高純二氧化氯發(fā)生器采用閉合式全自動控制系統(tǒng)，工作過程實行全程自動監(jiān)控，并配備了余氯檢測儀、酸度檢測儀等在線監(jiān)測裝置，當出現(xiàn)故障時自動啟動報警系統(tǒng)，控制余氯等達到指定標準。

5.進水水質(zhì)軟化系統(tǒng)。與一般電解法相比，高純二氧化氯發(fā)生器進水采用水質(zhì)軟化裝置，濾去水質(zhì)中的可溶性鈣、鎂化合物，降低浮渣、水垢生成對設(shè)備的破壞，延長其使用壽命，提高二氧化氯產(chǎn)率。

（二）反應(yīng)原理

高純二氧化氯消毒劑發(fā)生器（電解法），采用隔膜法最新工藝，在發(fā)生器內(nèi)加入含氯化鈉鹽和亞氯酸鈉的電解鹽溶液，（30%的氯化鈉及亞氯酸鈉濃度，電解溫度控制在40℃，電流密度控制到100～200A/m2）通過電解產(chǎn)生ClO2消毒劑的消毒設(shè)備，流程圖見圖2。具有卓越的廣譜殺菌能力，可快速、有效地殺滅枯草芽胞桿菌、綠膿桿菌、沙氏門菌、軍團菌和大腸桿菌等；對傷寒、乙肝、霍亂等病毒有良好的殺滅效果。并且不生成氯代有機物（致癌、致畸、致突物質(zhì)）。是世界公認飲用水消毒領(lǐng)域中理想的替代產(chǎn)品。其工作原理在電解槽的陽極內(nèi)加入電解鹽溶液，陰極室內(nèi)加入清水，接通電源即可電解。同時在陽極室產(chǎn)生二氧化氯消毒氣體，再通過自來水的吸收混合，成為一定濃度的消毒液，投加到待處理水中或再稀釋用于其他的消毒。

（三）技術(shù)效果

1.結(jié)構(gòu)簡單、合理、緊湊。高純二氧化氯消毒設(shè)備采用柜式外形，各部件結(jié)合緊密，加鹽系統(tǒng)、排堿系統(tǒng)、電解系統(tǒng)等有序安裝排列，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單合理，各部分排列緊湊，使設(shè)備整體簡約大方，有序工作。

2.使用安全、方便、可靠。高純二氧化氯發(fā)生器的電解模板完全封閉，所產(chǎn)生的二氧化氯消毒氣體不會泄露到環(huán)境中，不會對環(huán)境造成污染，同時陰極室與空氣完全分開，所產(chǎn)生的氫氣不存在爆炸的危險，安全性大大提高。

3.電解效率高，二氧化氯純度高。高純二氧化氯發(fā)生器設(shè)置了離子交換樹脂軟水處理設(shè)備，采用微容積陰極室和陽極室設(shè)計，陰極和陽極緊貼中間隔膜組成了零極距電解槽，能最大限度地提高設(shè)備的電解效率，提高隔膜的穩(wěn)定性。選用電解鹽作為電解原料，根據(jù)PH變化決定排堿技術(shù)和電解槽獨特的模塊化設(shè)計促進了電解反應(yīng)的進行，促進了高純度二氧化氯消毒氣體的產(chǎn)生。

4.技術(shù)性能好質(zhì)量優(yōu)、自動化程度高。高純二氧化氯發(fā)生器采用閉合式全自動控制系統(tǒng)，工作過程全程自動監(jiān)控，并配備了余氯檢測儀、酸度檢測儀等在線監(jiān)測裝置，不需要人員在線操作，當出現(xiàn)故障時自動啟動報警裝置。

5.設(shè)備工作穩(wěn)定，使用壽命長。高純二氧化氯發(fā)生器取消了電解槽的中性電極，使電解槽更加簡潔，運行更加穩(wěn)定，同時還能有效減少由于陰極室和陽極室的壓力差對隔膜的損害作用，增加隔膜和電解槽的使用壽命。電解槽的模塊化設(shè)計有利于設(shè)備的穩(wěn)定和設(shè)備的維護與維修，并且有利于設(shè)備的大型化和標準化。

結(jié)語

二氧化氯（ClO2）是國內(nèi)外公認的廣譜、高效、快速、安全無毒的殺菌消毒劑，特別是它在殺菌的過程中不與有機物發(fā)生氯代反應(yīng)。在飲用水消毒、工業(yè)給水處理、醫(yī)院廢水處理等方面得到越來越廣泛的運用。所以制備一種高純度、低副產(chǎn)物的二氧化氯設(shè)備勢在必行。

參考文獻

[1]奕和林，凌波，二氧化氯在水處理上的應(yīng)用[J].水處理技術(shù)，1989，15（3）：174-178.