[发明专利]非细胞毒性的二氧化氯流体

说明书

本申请是由巴斯夫公司于2009年7月14日提交的国际申请号为PCT/US2009/050441的发明名称为“非细胞毒性的二氧化氯流体”的国际申请的分案申请。该国际申请PCT/US2009/050441进入中国国家阶段的日期为2011年3月1日，国家申请号为200980133761.1。

背景技术

二氧化氯（ClO₂）为+IV氧化状态的氯的中性化合物。二氧化氯通过氧化来进行消毒；但是其不会氯化。二氧化氯为相对小的、挥发性的且高能的分子，并且甚至在稀释的水溶液中仍为自由基。二氧化氯由于其独特的一电子转移机制而起到高度选择性的氧化剂的作用，其中在所述的机制中，二氧化氯被还原成亚氯酸盐（ClO₂^—）。用于达到亚氯酸盐离子/亚氯酸平衡的pKa特别低（pH1.8）。这种情况与近中性条件下发现的次氯酸/次氯酸根离子对的平衡明显不同，并且表明在饮用水中，亚氯酸盐离子作为主要种类存在。

二氧化氯的最重要的物理性质之一是其在水中（特别是在冷冻的水中）的高溶解度。与氯气在水中的水解相反，二氧化氯在水中不会发生任何可估测程度的水解，而且在溶液中保持为溶解的气体。

用于制备二氧化氯的传统的方法涉及使亚氯酸钠与氯气（Cl₂(g)）、次氯酸（HOCl）或盐酸（HCl）发生反应。该反应为：

2NaClO₂+Cl₂(g)→2ClO₂(g)+2NaCl  [1a]

2NaClO₂+HOCl→2ClO₂(g)+NaCl+NaOH  [1b]

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

在酸性介质中，反应[1a]和[1b]以更快的速度进行，这样基本上所有传统的二氧化氯生成化学都会产生低于pH3.5的酸性产物溶液。此外，由于二氧化氯形成的动力学中次氯酸盐阴离子浓度为高的数量级，因此二氧化氯的生成通常以高浓度（>1000ppm）完成，其必须被稀释成使用浓度以进行应用。

二氧化氯还可以由氯酸盐阴离子通过酸化、或者酸化与还原相结合而制备得到。该反应的实例包括：

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，所有的反应都需要强酸性的条件；最通常的是在7-9N的范围内。将反应物加热至较高的温度并持续由产物溶液中除去二氧化氯可以使对酸性的需要减少至低于1N。

原位制备二氧化氯的方法使用了被称为“稳定的二氧化氯”的溶液。稳定的二氧化氯溶液包含较少或不包含二氧化氯，而且在中性或弱碱性pH下基本上由亚氯酸钠构成。将酸加入亚氯酸钠溶液中可以活化亚氯酸钠，并在溶液中原位生成二氧化氯。所得的溶液为酸性。通常，亚氯酸钠转化为二氧化氯的程度较低，并且大部分数量的亚氯酸钠都保持在溶液中。

WO2007/079287教导了二氧化氯溶液中污染碱性金属盐会加速水性二氧化氯溶液的分解。WO2007/079287进一步公开了制备稳定贮存的水性二氧化氯溶液的方法，其中所述的溶液包含大约2500ppm或更少的碱性金属盐杂质。所公开的碱性金属盐杂质为氯化钠、氯化镁、氯化钙和硫酸钠。

已知二氧化氯为消毒剂、以及强氧化剂。二氧化氯的杀细菌、灭藻、杀真菌、漂白和去臭性质也是公知的。二氧化氯的治疗和美容应用已知。

例如，美国专利No.6,287,551讨论了二氧化氯溶液用于治疗疱疹病毒感染的用途。美国专利No.5,281,412描述了提供抗牙垢及抗牙龈炎优点且不会使牙齿着色的亚氯酸盐和二氧化氯的组合物。