[发明专利]产生二氧化氯的系统和方法

说明书

技术领域

本发明一般地涉及二氧化氯，本发明更具体地涉及用于产生含游离二氧化氯的气体和溶液的系统和方法。

技术背景

二氧化氯（ClO₂）是高度反应性黄绿色气体分子。其高度溶于水，ClO₂用于各种应用中，例如用于纸浆漂白，作为杀细菌剂、杀病毒剂、杀藻剂、杀真菌剂、有效的抗微生物剂以及选择性氧化剂。即使在非常低的浓度和宽范围的pH下，二氧化氯仍是有效的抗微生物剂。

近年来，气态ClO₂被成功地用于华盛顿特区被炭疽杆菌(B.anthracis)所污染的哈特参议院办公室大楼和布伦特伍德邮政分拣设施的区域净化。ClO₂气体有效地降低了杆状菌在纸、塑料、环氧涂覆不锈钢以及木材表面上长孢子。

二氧化氯特别适用于去除生物膜以及防止生物膜的形成，所述生物膜是包含在基质中的微生物的层（粘液层）。在表面上形成的生物膜与水发生接触，保护生长在其中的病原体免受杀生物剂浓缩物影响，原本所述杀生物剂如果自由地悬浮在水中会杀死或者抑制这些有机物。例如，生物膜为类似利斯特菌、大肠杆菌以及军团杆菌的有机物提供了安全的避难所。在生物膜中，这些有机物会繁殖到使得通过水的产品被不可避免地污染的水平。为此，二氧化氯被用于处理和防止饮用水设施和冷却塔中生物膜的形成。除了健康安全问题，去除和防止生物膜等同于较高的热交换效率，旋转设备（例如泵等）的较长使用寿命以及较低的维护成本。

商业生产上通常从含亚氯酸盐的水溶液来制备二氧化氯。参见，例如美国专利第5,009,875号和厄尔曼化工百科全书（Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry），第A6卷，第496-500页。使用各种试剂来产生或者释放二氧化氯。参见，例如美国专利第2,309,457号、第2,043,284号、第4,019,983号、第4,013,761号、第4,806,215号、第4,129,484号、第4,247,531号、第6,967,010号、第5,478,446号、第5,258,171以及第6,967,010号。

使用二氧化氯的一个明显的缺点是当气态浓度约为10体积％[ClO₂/空气]时，其具有爆炸性。因此，二氧化氯通常在使用时通过由专业技术人员操作的昂贵的产生器来制备。

尽管二氧化氯在历史上曾用于大规模应用，但是近年来二氧化氯更多地用于小规模应用。因此，新二氧化氯技术的推力是以较小的量更安全地产生高质量的ClO₂气体。

美国专利第6,238,643号揭示了通过使金属亚氯酸盐与形成酸的组分反应来制备二氧化氯水溶液的方法。反应物非常稳定，在没有水时不会反应产生二氧化氯。在使用前，通过薄膜（例如，袋/囊袋）将反应物与液体水分离。该薄膜允许液体水和/或水蒸汽受控制地通过。当水穿过薄膜时产生了二氧化氯。产生的二氧化氯穿过薄膜进入到液体水中产生所需的水性二氧化氯溶液。

该方法的一个主要缺点是当袋/囊袋放置在水中时，其产生ClO₂的速率大于ClO₂渗透出囊袋的速率。作为结果，囊袋扩张/膨胀，会导致囊袋内的高浓度ClO₂气体，产生爆炸危害。

美国专利第6,432,322号、第6,699,404号以及第7,182,883号揭示了用于快速并安全地产生高度转化二氧化氯溶液的片剂。这些片剂包含亚氯酸钠、干燥固体酸源、干燥剂和填充剂，例如氯化钙与氯化镁、以及二氯氰尿酸钠盐（NaDCC）。加入NaDCC以增加二氧化氯的产量。

片剂通常产生二氧化氯的速率通常高于薄膜装置，因为片剂没有薄膜来限制二氧化氯进入到溶液中。但是所得的ClO₂的质量是有问题的，因为未转化的反应物与ClO₂一起存在。除此之外，对于许多应用，与产生的ClO₂一起存在的NaDCC是不合乎希望的。但是没有NaDCC，则产生了较少的二氧化氯。

美国专利第5,091,107号揭示了用于产生受控制量的二氧化氯的方法和装置，所述二氧化氯的浓度可有效地用作除臭剂或杀菌剂。将水性亚氯酸盐组合物例如水性亚氯酸钠以受控制的速率通过毛细管装置（例如，芯）与含酸或者其他能与亚氯酸盐反应形成二氧化氯的反应物的吸收板接触。