一種電解法制備高純二氧化氯設備的研究

劉遠鵬++張學武++甘云潤

摘 要：筆者進行了一種電解法制備高純二氧化氯設備的研究工作。結果表明，該設備制備的ClO2，其純度可達95%以上。

關鍵詞：二氧化氯；電解法；高純

中圖分類號：TQ124.4 文獻標識碼：A

二氧化氯（Chlorine Dioxide）是近幾十年來迅速崛起的一種性能優良的新一代廣譜強力殺菌劑、高效氧化劑和優良漂白劑，它同時還具備極高的人體安全性及環境友好性，被世界各國廣泛采用。

一、二氧化氯的理化特點

二氧化氯的分子式為ClO2，分子量為67.45（按2001年國際相對原子質量），沸點11℃，熔點-59.5℃，在常溫下是黃綠色、水溶性、強氧化性的氣體；在11℃氣態時的氣體密度為3.09g/L，液體時的液體密度為1.64g/mL。

二、一般的電解法制備二氧化氯缺點

一般的電解法制備二氧化氯采用亞氯酸鹽電解氧化和氯酸鹽電解還原法制備二氧化氯，此法較化學法制備二氧化氯純度高，在飲用水消毒中也常用電解飽和濃度的食鹽溶液制取ClO2，但反應過程中還伴有二氧化氯、氯氣、臭氧和過氧化氫，因此二氧化氯的純度也不是特別高。

一般的電解法制備二氧化氯采用箱式外觀，開放式控制系統，陰極室未與空氣完全隔絕，二氧化氯易溢出污染環境，且結構復雜，自動化控制程度相對較低。并且進水沒有設置前處理設備，水中雜質易形成水垢沉淀，影響設備性能，降低產氯效果。

三、一種電解法制備高純二氧化氯的概述

（一）產品組成

包括加鹽系統、電解系統、電解電源、控制系統、安全防護系統、進水水質軟化系統等，設備外觀圖見圖1。高純二氧化氯發生器采用加鹽、電解、排堿一體化設計，與一般電解法相比，有著電解效率高、結構緊湊、操作簡單、容易控制、使用壽命長等特點。

1.加鹽系統。與一般的電解法相比，高純二氧化氯發生器采用高效溶鹽系統，根據濃差、溫差協同作用原理形成特殊的高效溶鹽系統及循環系統，節省大量電解鹽原料。

2.電解系統。與一般的電解法相比，高純二氧化氯發生器取消了陰陽極之間的中性電極，并在陰陽兩極設置有隔膜，陰陽極緊貼中間隔膜組成零極距電解槽，形成微容積陰極室和陽極室，并且采用了電解槽模塊化設計與在線排堿技術設計，大大提高了電解效率和使用壽命。

3.電解電源。高純二氧化氯發生器電解電源采用IGBT高頻電解電源，大大提高了電解效率，其控制電路設計更加合理，尤其三相制電源的冷卻風機實現了轉速可依溫度高低自動調節，既能省電和減小噪音，又確保了電源長期正常工作的可靠性。

4.控制系統。與一般電解法不同的是，高純二氧化氯發生器采用閉合式全自動控制系統，工作過程實行全程自動監控，并配備了余氯檢測儀、酸度檢測儀等在線監測裝置，當出現故障時自動啟動報警系統，控制余氯等達到指定標準。

5.進水水質軟化系統。與一般電解法相比，高純二氧化氯發生器進水采用水質軟化裝置，濾去水質中的可溶性鈣、鎂化合物，降低浮渣、水垢生成對設備的破壞，延長其使用壽命，提高二氧化氯產率。

（二）反應原理

高純二氧化氯消毒劑發生器（電解法），采用隔膜法最新工藝，在發生器內加入含氯化鈉鹽和亞氯酸鈉的電解鹽溶液，（30%的氯化鈉及亞氯酸鈉濃度，電解溫度控制在40℃，電流密度控制到100～200A/m2）通過電解產生ClO2消毒劑的消毒設備，流程圖見圖2。具有卓越的廣譜殺菌能力，可快速、有效地殺滅枯草芽胞桿菌、綠膿桿菌、沙氏門菌、軍團菌和大腸桿菌等；對傷寒、乙肝、霍亂等病毒有良好的殺滅效果。并且不生成氯代有機物（致癌、致畸、致突物質）。是世界公認飲用水消毒領域中理想的替代產品。其工作原理在電解槽的陽極內加入電解鹽溶液，陰極室內加入清水，接通電源即可電解。同時在陽極室產生二氧化氯消毒氣體，再通過自來水的吸收混合，成為一定濃度的消毒液，投加到待處理水中或再稀釋用于其他的消毒。

（三）技術效果

1.結構簡單、合理、緊湊。高純二氧化氯消毒設備采用柜式外形，各部件結合緊密，加鹽系統、排堿系統、電解系統等有序安裝排列，設備結構簡單合理，各部分排列緊湊，使設備整體簡約大方，有序工作。

2.使用安全、方便、可靠。高純二氧化氯發生器的電解模板完全封閉，所產生的二氧化氯消毒氣體不會泄露到環境中，不會對環境造成污染，同時陰極室與空氣完全分開，所產生的氫氣不存在爆炸的危險，安全性大大提高。

3.電解效率高，二氧化氯純度高。高純二氧化氯發生器設置了離子交換樹脂軟水處理設備，采用微容積陰極室和陽極室設計，陰極和陽極緊貼中間隔膜組成了零極距電解槽，能最大限度地提高設備的電解效率，提高隔膜的穩定性。選用電解鹽作為電解原料，根據PH變化決定排堿技術和電解槽獨特的模塊化設計促進了電解反應的進行，促進了高純度二氧化氯消毒氣體的產生。

4.技術性能好質量優、自動化程度高。高純二氧化氯發生器采用閉合式全自動控制系統，工作過程全程自動監控，并配備了余氯檢測儀、酸度檢測儀等在線監測裝置，不需要人員在線操作，當出現故障時自動啟動報警裝置。

5.設備工作穩定，使用壽命長。高純二氧化氯發生器取消了電解槽的中性電極，使電解槽更加簡潔，運行更加穩定，同時還能有效減少由于陰極室和陽極室的壓力差對隔膜的損害作用，增加隔膜和電解槽的使用壽命。電解槽的模塊化設計有利于設備的穩定和設備的維護與維修，并且有利于設備的大型化和標準化。

結語

二氧化氯（ClO2）是國內外公認的廣譜、高效、快速、安全無毒的殺菌消毒劑，特別是它在殺菌的過程中不與有機物發生氯代反應。在飲用水消毒、工業給水處理、醫院廢水處理等方面得到越來越廣泛的運用。所以制備一種高純度、低副產物的二氧化氯設備勢在必行。

參考文獻

[1]奕和林，凌波，二氧化氯在水處理上的應用[J].水處理技術，1989，15（3）：174-178.