[发明专利]用于制备包含高纯度二氧化氯的流体的渗透方法和装置

说明书

技术领域

本发明的目的是提供一种制备包含纯的二氧化氯的流体(即液体和气 体)的方法，所述纯的二氧化氯未受到二氧化氯合成中起始原料或副产物的 污染，或是提供一种将纯的二氧化氯传递到任何能够溶解二氧化氯的流体 目标介质中的方法，其中此方法中生成的二氧化氯经由选择性渗透被运送 穿过无孔聚合物膜进入流体目标介质。本发明还涉及实现所述方法的不同 装置。

背景技术

二氧化氯的用途：理想的生物杀灭剂和漂白剂

二氧化氯是非常有效的生物杀灭剂。根据Annual Research Report， Southwest Research Institute，San Antonio，TX，1996，“二氧化氯是强力生 物杀灭剂，0.1至1ppm的二氧化氯在几分钟的接触时间内就可以杀死真 菌、细菌和病毒。”二氧化氯对如引起疟疾等的原生动物包囊也同样有效。 大多数的其它抗微生物剂在使用时的浓度要比二氧化氯高几个数量级才 能达到与其同样的效果。然而，使用如此大量的抗微生物剂十分昂贵，且 在消毒后需要通过清洗将这些抗微生物剂除去，这会引起更多的麻烦和花 费。在这方面，认为理想的是使用二氧化氯水溶液，因为这种化合物是水 溶性的气体，其在消毒后与水一起蒸发。

二氧化氯的其它有利的性质是其选择性。这种选择性氧化剂不与有机 酸、醚、烷烃、醇、醛、脂族胺、氨、碳水化合物、脂肪、核酸和大多数 氨基酸(除酪氨酸和含硫的氨基酸)反应。实际中与二氧化氯不发生反应的 化合物要更多。这一点是二氧化氯有利的性质，因为除去杀死细菌和病毒， 其很少参加其它反应，因此甚至是在被有机化合物所污染的环境中，其很 容易达到消毒所要求的临界浓度。当在污染的环境中使用如氯气作为消毒 剂时，其难以达到临界浓度，因为氯可以与多种有机化合物发生反应。这 会造成这样的问题，即不仅在这种情况中消毒需要更多的氯，而且此方式 中产生的氯化的化合物会对人类健康造成危害(如已知一些氯化烃是致癌 物)。这也是为什么许多地方已经将氯换成二氧化氯来作为城市水处理中消 毒剂。最初的应用是在上世纪四十年代中在纽约的Niagara Falls的市政用 水中的恶臭控制。二氧化氯通过灭活关键膜蛋白来实现其选择性的生物杀 灭剂作用。灭活是由于这些蛋白质空间结构的改变。这是因为蛋白质的二 级和三级结构由二硫键来稳定，当二氧化氯与这些键反应时，其就会改变 结构并由此来灭活蛋白质。

除去消毒之外，二氧化氯还可以用于纸和纸浆以及纺织工业中的漂 白。最大的消耗者是纸和纸浆工业，其中日产达50吨二氧化氯的工厂正在 建设。

与二氧化氯有关的输送问题

对于各种二氧化氯应用快速扩展的最大障碍是气体必须在使用地点 生成。这是因为二氧化氯(不同于氯)不能储存在气体钢瓶中，因此其不能 以这种形式输送，因为纯的气体二氧化氯或任何包含超过10体积/体积 ％(特别是25体积/体积％和30体积/体积％之间)二氧化氯的气体混合物会 迅速地分解。在此由光所引发的放热反应中，二氧化氯分解成气体氯和氧：

2ClO₂→Cl₂+2O₂。

然而，以上反应，伴随着体积快速的增加，不是真正的爆炸，因为反 应曲线的速度保持在1m/s以下，而真正的爆轰波的速度起始于300m/s。 因此，为了区分，文献中对于此快速分解常用的术语是“膨胀”。虽然应有 的注意可以很容易地避免这种膨胀，但是这不能改变二氧化氯不能储存在 气体钢瓶中的事实，因此其无论如何都必须在使用时生成。

二氧化氯生产的各种方法

通过还原由氯酸盐来生产二氧化氯

二氧化氯(ClO₂)中氯的氧化值是4。二氧化氯具有未配对的电子，换句 话说，其是自由基；其特殊反应以及其黄绿色的颜色正是由于这一事实。 通过在酸性介质中使氯酸盐一电子还原来生产纸和纤维素工业中所用的 大量二氧化氯：

ClO₃^-+2H⁺+e^-→ClO₂+H₂O。