[发明专利]二氧化氯的施用方法、系统和装置

说明书

背景

二氧化氯(ClO₂)是氯为正四价氧化态的中性化合物。二氧化氯通过氧化消毒；但是，其并不是使用氯消毒。二氧化氯是相对小的、易挥发的以及高能的分子，并且即使在稀释的水溶液中仍是游离基。由于其独特的单电子转移机理，二氧化氯可作为高选择性氧化剂，在单电子转移中，其被还原成亚氯酸根(ClO₂^-)。亚氯酸根离子/亚氯酸平衡的pKa非常低(pH1.8)。这显著不同于所发现的几乎为中性的次氯酸/次氯酸盐基离子对平衡，并且这表明亚氯酸根离子将作为主要的物质存在于饮用水中。

二氧化氯最重要的物理性质之一是其在水中的高溶解度，特别地是在冷却水中的溶解度。与在水中氯气的水解作用相比，二氧化氯在水中并未水解到任何可察觉到的程度反而是在溶液中以溶解气体的形式存在。

传统制备二氧化氯的方法包括使亚氯酸钠与气态氯(Cl₂(g))、次氯酸(HOCl)或盐酸(HCl)反应。这些反应为：

2NaClO₂+Cl₂(g)→2ClO₂(g)+2NaCl       [1a]

2NaClO₂+HOCl→2ClO₂(g)+NaCl+NaOH     [1b]

5NaClO₂+4HCl→4ClO₂(g)+5NaCl+2H₂O    [1c]

反应[1a]和[1b]在酸性介质中以很快的速率进行，所以基本上所有传统的生成二氧化氯的化学过程均导致具有pH低于3.5的酸性产物溶液。另外，因为二氧化氯形成的动力学就亚氯酸根阴离子浓度而言处于高级别，所以二氧化氯的产生一般在高浓度下进行(＞1000ppm)，这使得为了应用必须将二氧化氯稀释至使用浓度。

二氧化氯还可以由氯酸根阴离子通过酸化或酸化与还原的结合而制备。这样的反应的例子包括：

2NaClO₃+4HCl→2ClO₂+Cl₂+2H₂O+2NaCl    [2a]

2HClO₃+H₂C₂O₄→2ClO₂+2CO₂+2H₂O        [2b]

2NaClO₃+H₂SO₄+SO₂→2ClO₂+2NaHSO₄      [2c]

在环境条件下，所有这些反应需要强酸性条件；大部分通常在7-9N范围。加热试剂到较高的温度并且从产物溶液中连续地去除二氧化氯可以把所需要的酸度降低到低于1N。

原位制备二氧化氯的方法使用被称为“稳定化的二氧化氯”的溶液。稳定化的二氧化氯溶液含有少量二氧化氯或不含二氧化氯，而是基本上由中性或略微碱性pH的亚氯酸钠组成。把酸加入到亚氯酸钠溶液使亚氯酸钠活化，并且在溶液中原位生成二氧化氯。所得的溶液是酸性的。典型地，亚氯酸钠转化成二氧化氯的程度低并且大量的亚氯酸钠保持在溶液中。

WO 2007/079287部分提出了碱金属盐对二氧化氯溶液的污染加快二氧化氯水溶液的分解。其还公开了制备储存稳定的二氧化氯水溶液的方法，其中溶液含有约2500ppm或较少的碱金属盐杂质。所公开的碱金属盐杂质是氯化钠、氯化镁、氯化钙和硫酸钠。

已知二氧化氯是消毒剂以及强氧化剂。二氧化氯的杀菌、除藻、杀霉菌、漂白和除臭性质也是公知的。已知二氧化氯的治疗和美容应用。

例如，美国专利第6,287,551号描述了稳定化的二氧化氯溶液用于治疗疱疹病毒感染的用途。美国专利第5,281,412号描述了提供抗菌斑和抗牙龈炎效果而不沾污牙齿的亚氯酸盐和二氧化氯的组合物。