三氯异氰脲酸的特点及应用

吴玉锋 温爱飞 陈梓湛

1上海应用技术学院化学与环境工程学院 （上海 201418）2华东理工大学化工学院 （上海 200237）

0 前言

三氯异氰脲酸（Trichloroisocyanuric acid,TCCA），化学式 C3Cl3N3O3，分子量 323.41。为氯胺类、广谱、高效、快速、新型消毒杀菌剂，兼有漂白、除臭、灭藻、羊毛防缩等功能。

三氯异氰脲酸是一种有机氯胺消毒剂，因消毒作用强和毒性低，其应用范围已从医疗卫生、水质处理、食品加工扩大到纺织业、养蚕业、水产养殖等。由于能够持续提供一定浓度的有效氯、杀菌快速、高效，使用后最终产物是氨、二氧化碳等，对环境无害、对人体安全，无致畸、致癌作用，美国食品药物管理局确认，用它消毒的器具无需水洗即符合卫生标准，正式批准允许用于食品及饮水的消毒与杀菌。

1 三氯异氰脲酸的性质

1.1 理化性质

三氯异氰脲酸是一种有机氯消毒剂，属氯胺结构。三氯异氰脲酸化学名称为三氯－均三嗪－2,4,6(1H,2H,3H)－三酮[1]，由于分子中有三嗪环，所以其稳定性非常好，结构式如图l所示。

图1 三氯异氰脲酸的化学结构式

三氯异氰脲酸外观为白色粉末状晶体，熔点为249～251℃，加热至熔点以上会分解，微溶于水，干燥状态下较稳定，易溶于碱溶液和丙酮等有机溶剂。在水中分解的次氯酸，其杀菌能力是次氯酸根的100倍[2]。其在水中的分解过程如图2所示。

图2 三氯异氰脲酸在水中分解过程

1.2 生物毒性

1.2.1 人体毒性

三氯异氰脲酸属于微毒或低毒类化学物质，但如果使用不当，仍会导致人体中毒。王朝阳等[3]报道了急性三氯异氰脲酸吸入性肺水肿的案例。在该案例中，某鱼池养鱼人员将2kg消毒剂溶于约50L清水中，搅拌时出现流泪、流涕、咽痛及粘痰等症状，但仍乘船坚持将其洒入鱼池。约30min后患者出现胸闷、气短、大汗、呼吸困难等症状。

黄斌英等[4]报道了1例急性三氯异氰脲酸中毒事件。患者在某制药厂从事分装、包装工作，接触三氯异氰脲酸粉末，虽有防尘措施，但仍可闻及三氯异氰脲酸气味；患者偶感咽痛，无经常咳嗽及气促症状。随着吸入粉尘的增多，3h后出现咳嗽、咳痰，伴咽痛、流泪、恶心等症状。

三氯异氰脲酸在水中的分解产物为氰脲酸和次氯酸，前者有剧毒[5]。

1.2.2 动物毒性

作为一种含氯消毒剂，三氯异氰脲酸溶于水后能产生次氯酸，它可以和细胞壁相互作用，并且由于分子量小，不带电荷，使得次氯酸容易侵入到细胞内与蛋白质发生氧化作用；又或者次氯酸分解形成新生态氧，将蛋白质氧化。故使用三氯异氰脲酸时，应注意其用量和用法。

郑艳艳等[6]研究了三氯异氰脲酸原药对大鼠的急性毒性和小鼠的蓄积毒性。结果显示雌性大鼠经口毒性LD50为1100mg/kg，而雄性大鼠LD50为794mg/kg，两者的急性经皮毒性LD50均大于2150mg/kg；蓄积毒性试验表明小鼠低剂量组无死亡，中高剂量组死亡数与剂量有关。证实了三氯异氰脲酸原药急性经口、经皮属于低毒级，重度眼刺激及中等皮肤刺激，在小鼠体内有中等蓄积作用。

房春英等[7]研究了三氯异氰脲酸对孔雀鱼的急性毒性试验，结果证实其对孔雀鱼的半数致死浓度范围为23mg/L，安全浓度为0.233mg/L。

2 三氯异氰脲酸生产工艺技术及污染治理

2.1 三氯异氰脲酸生产工艺概述[7]

三氯异氰脲酸的典型生产方法是钠盐法，其次是钙盐法、次氯酸钠法等。目前国内较新的工艺是采用常温均相截流合成法。

钠盐法生产三氯异氰脲酸的主要原料为氰脲酸、氯气、烧碱。其工艺过程为：将尿素热解制取氰脲酸，将一定配比的氰脲酸、水投入成盐釜内，然后加入计量的30%氢氧化钠水溶液搅拌至氰脲酸完全溶解。生成氰脲酸三钠盐，将其溶液用泵打入氯化釜内，通氯气至终点生成三氯异氰脲酸，三氯异氰脲酸浆料分离干燥后即为产品。

化学反应步骤为：

（1）尿素热解制取氰尿酸

（2）氰尿酸碱溶液制成氰尿酸三钠盐

（3）氯化氰尿酸三钠盐，生成三氯异氰脲酸

2.2 三氯异氰脲酸生产过程中污染物的产生[7]

2.2.1 氯化尾气

氯化工序尾气主要产生于氯化氢，其中主要含有Cl2以及NCl3。C12有毒，并有刺激性气味，NCl3具有刺激性和爆炸性。氯化尾气在常温、常压下为气态，产生量为37m3/h，其中，含C1218.9%、NCl30.1%、空气81%。

2.2.2 干燥尾气

从离心机分离出来的三氯异氰脲酸含有大量的水分，需要用流动空气进行干燥。经气流干燥塔排出的气体中含有粉尘，主要成分为三氯异氰脲酸，其中，含水蒸气2.4%、空气97.5%、粉尘0.1%、Cl2和NCl3等0.1%，粉尘质量浓度为400mg/m3。

2.2.3 离心母液

母液是在浆料离心分离出三氯异氰脲酸后产生的，其中，有效氯含量为0.7%～1.1%（其中游离有效氯的质量浓度为2.8～3.0g/L，三氯异氰脲酸质量浓度为 9～14g/L，NaCl质量浓度为 90～120g/L，NCl3质量浓度约为1g/L。三氯异氰脲酸母液的密度约为1.1g/cm3，排放温度为15～20℃，pH值为2.0～3.0，母液的排放量约为10m3/t（产品）。

2.3 污染物的治理[7]

2.3.1 氯化尾气的治理

氯化尾气采用碱液吸收法进行处理。其反应方程式为：

通过碱液的吸收，吸收率可达99%，吸收后的氯气排放速率为0.05kg/h，排放质量浓度为22.3mg/m3，符合工业“三废”排放试行标准（GB l6297—1996）中0.6kg/h和85mg/m3的标准。

2.3.2 干燥尾气的治理

经气流干燥塔排出的气体含有粉尘．主要成分为三氯异氰脲酸。采用装有填料的喷淋塔用水吸收Cl2、NCl3及三氯异氰脲酸粉尘。处理前粉尘质量浓度为400mg/m3，处理后排放气体中粉尘浓度为46mg/m3，排放速率为0.05kg/h，均符合《大气污染综合排放标准》（GB l6297—1996）中一级标准的最高允许排放浓度和排放速率。

2.3.3 离心母液的治理

三氯异氰脲酸母液加入盐酸后流入酸化加热釜。在釜中加热后，用泵送入真空脱氯装置脱氯。脱氯后的母液冷却降温，结晶析出氰脲酸，再用泵送入板框压滤机分离。向板框压滤机流出的液体中加入NaClO，以氧化分解剩余的氰脲酸。

3 三氯异氰脲酸的应用

3.1 三氯异氰脲酸的杀菌漂白机理[2]

三氯异氰脲酸消毒作用，主要是水解生成的次氯酸和活性氧引起的。次氯酸不仅可以和细菌的细胞壁作用，而且因其分子小，不带电荷，易于侵入细胞内菌体蛋白酶氧化而将微生物杀死，产生的次氯酸越多，杀菌力就越强。次氯酸的多少还与溶液的pH值有关，pH值越低，次氯酸就越多，杀菌能力就愈强；pH值升高，一部分次氯酸离解，形成氢离子和次氯酸根离子，从而失去了杀菌能力。所以用于杀菌消毒时，一般选用中性偏酸性配方，而用于漂白时，一般选用碱性配方。

3.2 三氯异氰脲酸特点

三氯异氰脲酸在水中的溶解速度较小，放出次氯酸和活性氧是分步进行的，用于杀菌消毒和漂白时有如下特点：

3.2.1 消毒作用强[8]

三氯异氰脲酸的有效氯含量达87%～90%，其消毒主要依靠次氯酸和活性氧消毒，而其它含氯产品主要靠次氯酸根（ClO-）消毒，在有效氯浓度相同的情况下，其杀菌能力是同等有效氯浓度漂白粉等消毒液的数倍至几十倍。

3.2.2 作用时间长且范围广[9]

由于三氯异氰脲酸是靠其N—C1键在水溶液中水解生成次氯酸而起到杀菌消毒作用的，这是一个水解反应的平衡过程，次氯酸是逐步产生的，而非一次性完全生成，这使其浓度不是很高，杀菌效力温和，但作用时间持久。其有效消毒时间比氯气、次氯酸钠及漂白粉等氯制剂都要长，是一种缓释的消毒杀菌剂。

3.2.3 贮存稳定

在水中其游离氯的稳定时间比氯气、次氯酸钠及漂粉精等氯制剂长。

3.2.4 适用范围广泛[10]

三氯异氰脲酸杀菌效率高于一般的氯制剂，对细菌繁殖体，细菌芽孢、真菌和病毒等都有强烈的杀灭作用，溶液有效氯浓度达5×10-6就可杀死各种病菌，如对肠道杆菌，5×10-6浓度2min就可完全杀死。据测定l×10-4浓度15min可杀灭肝炎病毒抵抗力更强的蜡状芽胞杆菌。用于纤维漂白，由于活性氯是分步进行的，所以纤维漂白时不易损伤。另外三氯异氰脲酸还可用于农业种子处理、羊毛防缩、水处理及灭藻等方面。

3.2.5 安全性好[11]

三氯异氰脲酸对人畜无害，使用后分解残余物为氨气和二氧化碳。三氯异氰脲酸制品经防疫系统检测，安全可靠，无毒害作用。在国外，美国联邦食品和药物管理局及环保局（EPA）均已正式批准允许将其用于食品及饮用水的消毒杀菌。

3.3 三氯异氰脲酸的应用范围

三氯异氰脲酸具有极强的杀菌、漂白作用，性质稳定，因此应用十分广泛，有如下方面：

3.3.1 医疗卫生方面

适用于医疗卫生部门的门诊室、病房、候诊厅等环境对自然杂菌的消毒，能获得一个清新卫生的医疗环境。适用于对各种医疗器械、工具、用品等消毒。还可用于对医疗卫生单位排放污物、废水的消毒。

3.3.2 卫生防疫方面[12]

适用于卫生防疫方面的消毒防疫，对呼吸道、肠道等传染病的预防性消毒和疫区、疫点（病疗）的消毒。

3.3.3 食品加工方面

适用于冷饮厂、果品加工厂及各种食品加工厂等加工工业对工作场所、贮藏室、机械、器具、设备、包装用品、运输工具、工作服等的清洁消毒。

3.3.4 公共场所卫生方面

适用宾馆、饭店、商店、车、船等流动人员多的场所，卫生间、床上用品、用具的清洁消毒。

3.3.5 家庭生活方面

适用于家庭室内空气、地面、墙壁、卫生间的消毒、除臭以及家庭用具、衣物等洗涤消毒。对有传染性疾病病员的家庭尤为适用，能有效抑制疾病的传播、蔓延。

3.3.6 水质处理方面[13]

三氯异氰脲酸是一种高效的消毒杀菌漂白剂。其它氯化杀菌消毒剂如漂粉精、漂白粉的水解产物中次氯酸根比例较高，在阳光下会较快挥发。三氯异氰脲酸在水中分解的次氯酸分子的杀菌能力是次氯酸根的80倍，并且由于其本身就是稳定剂，有效作用时间可达一个月以上，而且不会产生碳酸盐物质。

三氯异氰脲酸溶解缓慢，这一特性很适合用于游泳池水的杀菌消毒处理；与其它混凝剂合用，兼具杀菌和清洁饮用水等作用；还可用于电厂、化工厂、钢铁厂、纺织厂等的循环水处理。

3.3.7 印染行业方面[14]

三氯异氰脲酸在印染工业中用作漂白剂，适用于棉、麻、毛、合成纤维和混纺纤维的漂白处理。不仅不伤纤维，且性能优于次氯酸钠和漂白精，尚可代替进口的次氯酸钠使用。在毛纺织工业中用作羊毛防缩剂，代替溴酸钾使用。

3.3.8 渔业方面[15]

三氯异氰脲酸低毒无残留，不污染环境，因此近年来其在渔业方面的应用得以推广。如以三氯异氰脲酸为主配制的龟药“鱼安”，能有效防治鱼的白度病、白头白嘴病、烂腮病、出血病等，效果显著。

3.3.9 农业方面[16]

对于农作物，可防治水稻细菌性条斑病、稻瘟病、恶菌病；用于种子处理，可打破种子的休眠期，提高种子发芽率，并起到消毒防病的作用；还可用于水果保鲜剂、蚕用消毒等。

4 总结

三氯异氰脲酸作为高效、安全的消毒剂，其应用范围在未来一段时间内将进一步扩大，并有望取代传统消毒剂。其有效氯含量高于其他任何氯系列制剂，作为一种新型的高科技精细化工产品，其优良的消毒杀菌、漂白性能，在各个领域将发挥更加巨大的作用，应用领域将会越来越广。

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