二氧化氯发生技术的试验研究

第卷年第期月环境化学卫,反户犯!二氧化氯发生技术的试验研究鲁秀国’黄君礼哈尔滨建筑大学,哈尔滨,以犯摘要本文进行了二氧化氯发生技术的实验研究,给出了适宜的反应条件,即』伪浓度为,还原剂浓度为,曝气量空气·一’,反应温度印℃,反应时间而时,仇的收率为,纯度大于关键词二氧化氯,发生技术,反应收率二氧化氯作为一种消毒剂,其最大的优点是不与水中的有机物反应生成三氯甲烷等“三致”有机卤代物,其安全性被世界卫生组织列为级川二氧化氯的制备,一般采用电解法和化学法,电解法工艺由于各种因素的限制,其产生的气体中二氧化氯所占份额较低,混有大量的氯气,在水消毒中仍然会产生三氯甲烷等“三致”有机卤代物图化学法亦称氧化还原法生产二氧化氯包括氯酸盐工艺和亚氯酸盐工艺阎,亚氯酸盐工艺由于亚氯酸盐价格昂贵,其二氧化氯的生产成本较高,不利于推广应用本文利用氯酸钠为原料,辅以相应的还原剂,在适宜的条件下制备出了高纯度、低成本的二氧化氯,并且工艺简单易于实现工业化实验部分药品及配制含氯混合溶液称取定量的叭及还原剂于定量的水中,搅拌、溶解淀粉溶液,耐·一’盐酸,·一,乓标准溶液,硫酸溶液实验装置及反应方式该实验装置主要由反应器、加液器、搅拌曝气系统、恒温系统和气体吸收系统等组成,反应采取间歇方式发生实验室装置见图结果与讨论反应酸度的最佳选择现在河北大学工作保定,价创环境化学卷反应溶液的酸度对仇收率及纯度的影响见图从图可以看出,反应液的酸度对的收率及纯度有较大的影响当反应液酸度低时,反应速度极为缓慢,仇的收率很低,随着反应酸度的增加,反应速度逐渐加快,的收率不断提高,当姚阳原始液浓度达时,反应速度较快,仇的收率较高之后随反应酸度的进一步增加,反应速度越来越快,仇收率迅速提高,当硫酸原始液浓度达印时,反应较剧烈,仇收率最大以后随酸度的提高,反应更为剧烈,场收率开始下降从这个规律可以看出,制备反应需在一定的酸度介质中进行但是,酸度过高,反应过于剧烈,不易控制,且使收率下降这是因为当酸度过高时,瞬间产生的仇来不及逸出,可能是发生了副反应所致由此可见,在此反应条件下,对于混合液,投加团一石的硫酸溶液巧耐稍过量较为适宜图姚发生实验室装置图,,,,,控制阀门一次性混合溶液加人口加酸漏斗曝气头反应器恒温水流反应室水吸收瓶月叩仇洲!次斋孚名一的知次姗公侧一口硫酸原始浓度硫酸原始浓度图硫酸原始液浓度对纯度和收率的影响瑰四仇已」眺别人还原剂浓度的最佳选择选择适宜的酸度考察了还原剂的浓度对仇收率及纯度的影响图在两种酸度介质中,氯酸钠和还原剂的反应有相同的规律,仇的收率随还原剂浓度的增大而增加,当达到时,仇的收率达到最大,超过此值时,仇的收率反而期鲁秀国等二氧化氯发生技术的试验研究下降我们认为,这是由于竞争反应所引起在溶液中发生下列反应氯酸钠还原剂酸仇其它产物还原剂一其它产物式是我们所需要的反应,但是,一旦气体瞬间生成量太大,来不及离开反应溶液或者还原剂的量大到可以发生副反应的程度,那么副反应势必会发生而影响仇的收率,还原剂浓度增加到一定程度时,反应速度太快,仇气体瞬间浓度过大,此时发生的副反应,而使仇的纯度有所降低综合还原剂的浓度对仇的收率、纯度的影响关系,在该反应条件下,选取还原剂浓度为为宜纬!∀次深侧公一次密邻并妇一口还原剂的浓度乡还原剂的浓度图还原剂浓度对收率和纯度的影响珑函戏刁氯酸钠炳浓度的选择改变场的浓度,选择其适宜浓度,实验结果见图从图可以看出,叭的收率随着哒浓度的变化而变化一开始时,随着咙浓度的增加而逐渐增大,当达到一时,曲线基本稳定,并达到最高点,以后随马浓度的增加,收率反而下降、侧姗名一!!“次姿哥名时一浓度‘,浓度瑰图场浓度对口仇收率和纯度的影响外户州勺皿仇习!∀#∃伪环境化学19卷同样,NaCI仇浓度对Cl仇纯度的影响表现在起始阶段,在该阶段纯度有所下降,这主要是因为在起始阶段,还原剂A的量相对过剩,发生了副反应(2)而使纯度有所降低,但当NaCIO3量增加到一定程度后,Cl场纯度就不受NaClos浓度的影响,当NaCI仇浓度〕37.6%时,由于溶液配制时,较难溶解以及反应较剧烈,故对这以后的Nacl仇浓度的影响实验未加研究.综合以上结论,NaCI仇的适宜浓度为25.0%一26.56%,最佳浓度为25.9%.2.4反应温度的选择确立最佳反应温度的实验结果见图5.由图5可见,随着反应温度的增加,Cl仇的收率增加的很快,当温度增至印℃,曲线达到了最高点,温度再增加,Cl仇的收率又似有下降的趋势,且反应逐渐变得剧烈,无法控制,浪费能源.因此,将反应温度控制在60℃时为宜.000000QŽ口†月了h„匀‘怡次\名并邻扣O一口劝印误\侧名载940U2010203040506070反应温度/。C反应温度/’C图5反应温度对Clq纯度和收率的影响119.5撇lati(,ns坛pOfp山钊3an〔1yieldOfCI仇withthereactionteml洲,rat。反应温度的提高,在印℃之前对CIO:的纯度没有显著影响,但当超过印℃时,Cl仇的纯度则随反应温度的增加似有下降的趋势,这有两个主要原因,一是当反应温度较高时,反应剧烈,瞬间产生的C10:量过大,来不及吹脱出,又参加了一系列副反应.二是当反应温度较高时,氧化还原能力加强,五价的Cl进一步还原生成部分C12,相对地减少了Cl仇的量.综上所述,该反应体系的反应温度在团℃时为宜.2.5反应时间对Cl仇收率及纯度的影响反应时间对Cl仇收率及纯度的影响结果见图6.从图6可以看出,随着反应时间的增加,cl仇的收率迅速增加,反应时间达30而n时,cloz的收率达84.9%,此后再增加反应时间,cl仇的收率反而有下降,这说明反应到30min时,反应已经结束,再继续曝气反应,吸收瓶中的Cl仇又有部分被吹脱掉了,故收率下降.而反应时间对Cl仇的纯度基本没有影响.综合以上分析,反应30而n为最佳反应时间,2.6曝气量对Clq收率及纯度的影响在等溶液量、试验条件相同时,并非曝气量越大,反应时间越短.为此,进行了曝气量对Cl仇收率及纯度的影响试验,结果见图7.期鲁秀国等:二氧化抓发生技术的试验研究40608020%、名绷侧d一U85807570“6055次\哥邻名.0一口102030反应时间/min环一。102030反应时间/min图‘反应时间对CI仇收率和纯度的影响Rg.6Re俪。璐hipof户eldandl”I石1少ofC峡初山the~tiontln祀次\侧级公d一O904050807060次、哥娜公d己0.20。40.60.8曦气量/I01.21.41.641.6.min一J0.20.40.60.81.01.2卑气量刀·m访一,图7曝气量对Clq收率和纯度的影响万飞.7Relationshipof林eldand详滋fyofClq认ththenowrateofair本试验中,采用散气装置向反应液中鼓人空气,一方面起搅拌作用,使反应物充分混合.另一方面起吹脱C哒气体的作用,使生成的C峨气体尽快离开反应液、反应器,进人吸收室.可以看出,曝气量对C峡的收率有一定的影响.当曝气量过小时,起不到应有的搅拌、吹脱和稀释作用,造成反应液中CIOZ的浓度过大,副反应得到加强,对主反应不利,在规定的反应时间内,反应进行的不完全,因此,Clq的收率低.从图7可以看出,当曝气量较小时,副反应相对有利,故纯度偏低.当曝气量达到0.8L空气·而n一’时,C峡的收率达到最高,说明此时反应液中的Cl仇生成速度和Cl仇的吹脱速度恰好相当.但当曝气量超过0.8L空气·而n一’时,Cl仇的收率反而下降.综合各方面的条件,选择曝气量为O.SL空气·而n一’.3结论对于试验室制备CI仇,其适宜的反应条件为:N‘CI伪浓度为25.9%,还原剂A浓环境化学19卷度为2.65%,曝气量0.8L空气.而n一’,反应温度60℃,反应时间30而n一’,在四级串联吸收(每级l仪刃而水)的情况下,Cl仇的收率为82.1%,纯度大于95.0%.参考文献「1{黄君礼曹亚凤王学凤,_二氧化氯对氯仿形成的影响.环境化学,l望〕4.13(5):《汤一473〔2;黄君礼.氯化黄腐酸形成氯仿的反应历程.环境化学,1991‘10(6):1一11t3飞李海波,二氧化氯的发生技术及其处理水的致突变研究,哈尔滨建筑大学硕士论文,1望拓仁4」鲁秀国,三氧化氯的发生技术及其发生器的研究,哈尔滨建筑大学博士论文,1望刹〕1少尹〕年10月3日收到.THETESTANDSTIJDYOFANEWCHLORINEDIOXIDEGENERA竹ONTECHNIQUE瓦Xi卿刃从沼ngju威(IJaerbinConstuctionUlliveoitv,Ilaerbin,l夕X)8)月略TRACI,Inthispaper,anewehlorinedioxide罗nerationtechniquewasstudiedandaoPti而zed~-tioneonditionwasobtained.Undertheopti而zedeoll(lition,1.e.,whentheeoneent叹ionofNaelO31525.9%,theConcentrationofreduetantA152.65%,theai:blowrate15o.sL而n一’,reactiontelllperature15团℃阴dreactiontime1530而n,thepurityofe川orinedioxidepnxlueed15g此aterthan95.0%.Ke界vords:ehiorinedioxide,罗neotionteehni明e,reaction,ove叮.