二氧化氯纯水溶液的制备

于旭霞

（辽宁石化职业技术学院应用化学系，辽宁锦州121001）

二氧化氯纯水溶液的制备

于旭霞

（辽宁石化职业技术学院应用化学系，辽宁锦州121001）

在有机溶剂存在下，用亚氯酸钠溶液和盐酸反应，先制成二氧化氯有机溶剂，再用纯水抽提，制备二氧化氯水溶液，并对制备条件进行了探讨。

二氧化氯；纯水溶液；制备

1 前言

二氧化氯（ClO2）为黄红色气体，辛辣气味，在空气中的体积浓度超过10%时便会爆炸，但在水溶液中则无危险性。重量密度为3.09×10-3kg/L（11℃），熔点-59.5℃，沸点9.9℃（压力为0.974×105Pa时的浓度），在20℃和3.999×103Pa压力下，二氧化氯在水中的溶解度为2.9g/L，在水中能被光分解[1]。二氧化氯是国内外公认的高效、广谱、快速、安全、无毒的杀菌消毒剂[2]，因此，二氧化氯越来越被人们接受和认可，但是二氧化氯的性质非常不稳定，高浓度时易发生爆炸，给它的发展空间带来很大制约，用户往往就地制取产品，或制成二氧化氯气体出售。

二氧化氯制备方法较多，陈祥衡[3]重点分析、对比了不同二氧化氯的制备工艺，探讨了国内二氧化氯在漂白应用中的效果与不足。陆清等[4]探索了氯酸钠、甲醇、硫酸法制备稳定二氧化氯溶液的工艺，通过正交试验研究了氯酸钠浓度、硫酸用量、甲醇用量及反应温度对二氧化氯收率的影响，确定了最优惠的反应条件，二氧化氯收率达到88.9%，产品质量达到食品添加剂标准。杜小旺等[5]以乙醇、氯酸钠、硫酸为原料制备二氧化氯，正交实验研究了影响二氧化氯产率和纯度的因素，在投料比（物质的量比）n（氯酸钠）∶n（甲醇）为4∶1.5，硫酸浓度为6 mol/L，反应温度55℃，反应时间35 min的条件下，二氧化氯的产率可达93%，纯度达94%。樊金红等[6]在酸性环境中通过NaCl电解协同NaClO2化学氧化方法制备含ClO2和游离氯浓度分别为70%和20%左右的溶液，系统地研究了电流密度、NaClO2与NaCl质量比、电解时间对复合溶液中组分浓度的影响，并将复合溶液应用于城市污水二级处理出水的消毒。

本文的研究方法是在有机溶剂存在下，采用亚氯酸钠溶液和盐酸反应，并充分搅拌，使生成的二氧化氯溶解在有机溶剂中，再用纯水作抽提剂，将二氧化氯从有机溶剂中抽提出来，制备成二氧化氯纯水溶液。此方法不但保证了生产的安全性，同时也降低了制备二氧化氯水溶液的难度，缩短了二氧化氯气体溶解的时间。

2 实验部分[7-9]

2.1 药品

苯、甲苯、环己烷均为市售化学纯，30%工业浓盐酸，亚氯酸钠（工业品），工业用纯水。

2.2 操作流程

制备二氧化氯纯水溶液的简易操作流程见图1。

图1 制备二氧化氯纯水溶液的简易操作流程

2.3 二氧化氯有机溶液的制备

在带有搅拌器的三口瓶中，按比例加入一定量的亚氯酸钠水溶液和有机溶剂，分为有机相和水相两层，将盐酸按比例滴加到水相中，盐酸和亚氯酸钠在水相中发生如下反应：5NaClO2+4HCl→4ClO2+5NaCl+2H2O

反应完毕激烈搅拌30min，让有机相和水相充分混合，水相中的二氧化氯被抽提至有机溶剂中，得到了二氧化氯有机溶液。

2.4 二氧化氯纯水溶液的制备

将一定比例的二氧化氯有机溶液与纯水在三口瓶中充分搅拌混合，这样有机溶液中的二氧化氯部分被抽提至纯水中，静置后分层，所得水相即为二氧化氯纯水溶液。

3 结果与讨论

3.1 有机溶液和纯水溶液中二氧化氯含量的比较

本研究采用了苯、甲苯、环己烷三种有机溶剂，在亚氯酸钠溶液∶有机溶剂（V/V）=1∶1条件下，先制备二氧化氯有机溶液，再在二氧化氯有机溶液∶纯水（V/V）=1∶1条件下，用纯水抽提制备二氧化氯纯水溶液。改变亚氯酸钠溶液的浓度，分别进行试验，二氧化氯在两相溶液中的含量如表1所示。

表1 二氧化氯有机溶液和纯水溶液中ClO2含量的比较

由表1可知，在相同条件下，二氧化氯在有机溶液中的质量浓度远高于在纯水中的质量浓度，且二氧化氯在有机溶液、纯水中的质量浓度与亚氯酸钠的质量分数有关。

不同有机溶剂中亚氯酸钠溶液的质量分数对应有机溶液中二氧化氯质量浓度，及对应二氧化氯纯水溶液中二氧化氯的抽提率绘制成图2、图3。

图2 Na ClO2溶液质量分数对应有机溶液中ClO2的质量浓度

图3 不同有机溶液时Na ClO2溶液质量分数与ClO2抽提率的关系

由图2、图3可知，随着亚氯酸钠质量分数的增加，制备的二氧化氯有机溶液中二氧化氯的质量浓度也在增加，当亚氯酸钠的质量分数为20%时，有机溶液中二氧化氯的质量浓度最高。在提高亚氯酸钠溶液的质量分数时，有机溶液中二氧化氯的质量浓度变化不大。在苯、甲苯、环己烷三种有机溶液中，抽提二氧化氯制备二氧化氯水溶液时，二氧化氯的抽提率随着有机溶液中二氧化氯的质量浓度不同而改变。

从图还可以看出，虽然二氧化氯在环己烷中的溶解性最差，但它的毒性最小，并且制备二氧化氯水溶液时，纯水抽提二氧化氯的效果最好，因此选择环己烷作为有机溶剂。

3.2 不同用量的环己烷对制备二氧化氯有机溶液的影响

保证亚氯酸钠质量分数不变，改变环己烷和亚氯酸钠溶液体积比，考查环己烷对二氧化氯的抽提率，结果如图4。

图4 不同物料比下环己烷对二氧化氯的抽提率

在图4中，随着环己烷与亚氯酸钠溶液投料比（V/V）的增加，环己烷对二氧化氯的抽提率也升高，当投料比大于4∶1时，二氧化氯在环己烷中的溶解达到饱和。

3.3 纯水用量对抽提二氧化氯的影响

以含二氧化氯7600mg/L的环己烷溶液为例，用不同配比的纯水抽提该有机溶液中的二氧化氯，结果如表2所示。

表2 用不同量纯水抽提二氧化氯的结果

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彻底，从而提高了二氧化氯的产率。但不能过大地加大纯水量，否则水溶液中二氧化氯含量过低，而起不到消毒杀菌的作用。

4 结论

本文研究的二氧化氯纯水溶液的制备工艺简单、快捷、生产周期短，在本研究中亚氯酸钠的转化率大于87%，得到的二氧化氯纯水溶液的质量浓度一般为数千毫克升，很有实际应用价值。

[1]徐克勋.精细有机化工原料及中间体手册[M].北京：化学工业出版社，2001.

[2]谢慧芳.非水溶液法制备二氧化氯新工艺[J].工业水处理，1997，17（8）：14-16.

[3]陈祥衡.二氧化氯制备工艺探讨[J].中国造纸，2009，28（3）：41-46.

[4]陆清，许强.二氧化氯溶液制备工艺的研究[J].中国酿造，2014，33（1）：74-76.

[5]杜小旺，张燕.乙醇还原法制备消毒剂二氧化氯的研究[J].重庆师范大学学报，2013，30（4）：117-120.

[6]樊金红，王红武，马鲁铭.复合二氧化氯的制备及其用于城市污水回用消毒[J].化工学报，2012，63（2）：578-583.

[7]孙晓然.水处理用二氧化氯新工艺的研究[J].工业水处理，1997，17（6）：9-10.

[8]夏氏兰.二氧化氯纯水溶液的制备[J].江苏化工，1996，24（1）：20-21.

[9]管浩，徐岩基，田文彦，等.非水溶液法制备二氧化氯纯水溶液[J].氯碱工业，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，辽宁大连人，毕业于辽宁工业大学，硕士，北京科技大学在读博士，从事教学及科研工作，15009825677，0416-4164168，yuxuxia_@163.com。