[發明專利]一種固態多相催化制備高純度二氧化氯的方法

有效

• 申請號: 201610822357.7
• 申請日: 2016-09-14
• 公開（公告）號: CN106395749B
• 公開（公告）日: 2018-06-22
• 發明（設計）人: 單永奎;孔愛國;孔繁濤;姜賢武;韓振;董冰
• 申請（專利權）人: 華東師范大學
• 主分類號: C01B11/02
• 分類號: C01B11/02
• 代理公司: 上海藍迪專利商標事務所(普通合伙) 31215
• 代理人: 徐筱梅;張翔

本發明公開了一種固態多相催化制備高純度二氧化氯的方法，屬于無機化合物制備化學領域。該制備方法是以氯酸鹽或亞氯酸鹽和多元酸或多元酸水合物為原料，以硅基分子篩負載過渡金屬為催化劑，采用固態多相催化加熱的方法，通過控制反應物的摩爾比、反應溫度等條件，制備高純度二氧化氯。該方法采用固態方法，不同于其他方法，避免了液相法中強酸對設備的腐蝕，產物不純及難以分離的缺陷，工藝簡單，且不產生氯氣等其他雜質，制備出的二氧化氯純度可達90%以上。

技術領域

本發明屬于無機化合物制備技術領域，具體涉及一種固態多相催化制備高純度二氧化氯的新方法。

背景技術

水是一切生物生存和發展的基礎，沒有水就沒有生命。而我國是世界上水資源緊缺最嚴重的國家之一。據相關研究表明，全球 80%的疾病與不安全飲水有關。為了解決飲用水安全問題，政府已采取很多措施加強對環境的保護和對污染的治理，科研工作者也尋找高效的水凈化消毒的方法來提高水的質量。物理消毒和化學消毒是常用的水消毒技術。物理消毒主要對水進行紫外線照射、超聲波處理、微電解以及水利空化等消毒處理，通過加熱、照射、冷卻等方式達到破壞水中微生物的遺傳物質，使微生物失活的一種消毒方法。化學消毒通常在水中加某種消毒劑，通過氧化微生物使微生物失活而達到消毒的效果。主要的化學消毒技術有臭氧消毒、氯化消毒、二氧化氯消毒、氯胺消毒和膜消毒等。臭氧具有高效的殺菌特點,而且臭氧（O₃）在消毒過程中最后自身還原為氧氣（O₂），不產生其他有害物質，因而被稱為是一種綠色環保高效的催化劑。但是臭氧消毒對消毒后的物質無保護性余量，臭氧是有毒氣體，過量會使人的呼吸系統出現障礙。液氯制備方法成熟，工藝設備簡單，易于存儲和運輸。但是液氯消毒過程中，氯會與水中的某些有機物發生反應，產生的消毒副產物，如三鹵甲烷（THMs）等有機鹵代物，具有致癌、致畸、致突變性（三致），對人們的健康構成嚴重威脅。氯胺的穩定性好，殺菌持久性強，還可以有效抑制氯化消毒副產物的生成，是一種效果較好的消毒方法。但氯胺消毒能力比較弱,殺菌作用不及液氯。相比于氯氣消毒法，氯胺消毒過程中更易產生危害性更大的含氮消毒副產物—亞硝胺、鹵代硝基甲烷、鹵代乙腈（HANs）。膜消毒技術具有操作簡單、運行保養費用低、消毒后的水質好并且穩定等優點，但存在膜孔道容易被堵塞，容易滋長微生物等問題。因而膜技術用于飲用水消毒還有待進一步研究與應用。氯酸鈉用于飲用水消毒時操作安全，使用方便，易于儲存，對環境無毒害，不存在跑氣泄漏等缺點。但次氯酸鈉穩定性差，見光要分解，不易久藏，要貯藏在密閉容器里，而且次氯酸鈉與水中的微量有機物產生鹵代反應，產生致癌物質—鹵代有機物。二氧化氯的氧化性強于氯氣。二氧化氯在水中具有較好的溶解性和穩定性，二氧化氯作為一種強氧化劑，不僅殺菌能力強，消毒性持久，受pH值及氨的影響小，而且二氧化氯消毒不產生三鹵甲烷（THMs）等氯代有機物，同時可除鐵除錳，控制藻類，除臭除色等。可見，二氧化氯消毒明顯優于液氯消毒。

相互比較可見，二氧化氯用作水消毒劑，具有廣譜、高效的殺菌特點，不與水中有機物發生反應生成三鹵甲烷等氯代有機化合物，能保證飲用水安全，已成為世界上大多數國家的優先選擇，研究二氧化氯安全的飲用水消毒技術有著重要意義。

二氧化氯被認為是最理想的消毒劑，人們對二氧化氯的制備方法也進行了大量研究。ClO₂ 的制備方法有十多種，概括起來可分為三大類，即還原法、氧化法和電解法。

還原法

根據所選用還原劑的不同，有二氧化硫法、鹽酸法、硫酸（氯化物）法、甲醇法、過氧化氫法等。

1）二氧化硫法

此種方法主要是在硫酸作為酸性介質的條件下，二氧化硫將氯酸鈉還原為二氧化氯。使用該法需維持硫酸的高濃度，但操作簡單，工藝成熟，產率可達90%以上。然而，SO₂與生成的ClO₂易發生副反應而使產率降低，純度下降，濃硫酸廢液含芒硝（硫酸鈉），處理成本高。

2）氯化鈉法