一种电解法制备高纯二氧化氯设备的研究

刘远鹏++张学武++甘云润

摘 要：笔者进行了一种电解法制备高纯二氧化氯设备的研究工作。结果表明，该设备制备的ClO2，其纯度可达95%以上。

关键词：二氧化氯；电解法；高纯

中图分类号：TQ124.4 文献标识码：A

二氧化氯（Chlorine Dioxide）是近几十年来迅速崛起的一种性能优良的新一代广谱强力杀菌剂、高效氧化剂和优良漂白剂，它同时还具备极高的人体安全性及环境友好性，被世界各国广泛采用。

一、二氧化氯的理化特点

二氧化氯的分子式为ClO2，分子量为67.45（按2001年国际相对原子质量），沸点11℃，熔点-59.5℃，在常温下是黄绿色、水溶性、强氧化性的气体；在11℃气态时的气体密度为3.09g/L，液体时的液体密度为1.64g/mL。

二、一般的电解法制备二氧化氯缺点

一般的电解法制备二氧化氯采用亚氯酸盐电解氧化和氯酸盐电解还原法制备二氧化氯，此法较化学法制备二氧化氯纯度高，在饮用水消毒中也常用电解饱和浓度的食盐溶液制取ClO2，但反应过程中还伴有二氧化氯、氯气、臭氧和过氧化氢，因此二氧化氯的纯度也不是特别高。

一般的电解法制备二氧化氯采用箱式外观，开放式控制系统，阴极室未与空气完全隔绝，二氧化氯易溢出污染环境，且结构复杂，自动化控制程度相对较低。并且进水没有设置前处理设备，水中杂质易形成水垢沉淀，影响设备性能，降低产氯效果。

三、一种电解法制备高纯二氧化氯的概述

（一）产品组成

包括加盐系统、电解系统、电解电源、控制系统、安全防护系统、进水水质软化系统等，设备外观图见图1。高纯二氧化氯发生器采用加盐、电解、排碱一体化设计，与一般电解法相比，有着电解效率高、结构紧凑、操作简单、容易控制、使用寿命长等特点。

1.加盐系统。与一般的电解法相比，高纯二氧化氯发生器采用高效溶盐系统，根据浓差、温差协同作用原理形成特殊的高效溶盐系统及循环系统，节省大量电解盐原料。

2.电解系统。与一般的电解法相比，高纯二氧化氯发生器取消了阴阳极之间的中性电极，并在阴阳两极设置有隔膜，阴阳极紧贴中间隔膜组成零极距电解槽，形成微容积阴极室和阳极室，并且采用了电解槽模块化设计与在线排碱技术设计，大大提高了电解效率和使用寿命。

3.电解电源。高纯二氧化氯发生器电解电源采用IGBT高频电解电源，大大提高了电解效率，其控制电路设计更加合理，尤其三相制电源的冷却风机实现了转速可依温度高低自动调节，既能省电和减小噪音，又确保了电源长期正常工作的可靠性。

4.控制系统。与一般电解法不同的是，高纯二氧化氯发生器采用闭合式全自动控制系统，工作过程实行全程自动监控，并配备了余氯检测仪、酸度检测仪等在线监测装置，当出现故障时自动启动报警系统，控制余氯等达到指定标准。

5.进水水质软化系统。与一般电解法相比，高纯二氧化氯发生器进水采用水质软化装置，滤去水质中的可溶性钙、镁化合物，降低浮渣、水垢生成对设备的破坏，延长其使用寿命，提高二氧化氯产率。

（二）反应原理

高纯二氧化氯消毒剂发生器（电解法），采用隔膜法最新工艺，在发生器内加入含氯化钠盐和亚氯酸钠的电解盐溶液，（30%的氯化钠及亚氯酸钠浓度，电解温度控制在40℃，电流密度控制到100～200A/m2）通过电解产生ClO2消毒剂的消毒设备，流程图见图2。具有卓越的广谱杀菌能力，可快速、有效地杀灭枯草芽胞杆菌、绿脓杆菌、沙氏门菌、军团菌和大肠杆菌等；对伤寒、乙肝、霍乱等病毒有良好的杀灭效果。并且不生成氯代有机物（致癌、致畸、致突物质）。是世界公认饮用水消毒领域中理想的替代产品。其工作原理在电解槽的阳极内加入电解盐溶液，阴极室内加入清水，接通电源即可电解。同时在阳极室产生二氧化氯消毒气体，再通过自来水的吸收混合，成为一定浓度的消毒液，投加到待处理水中或再稀释用于其他的消毒。

（三）技术效果

1.结构简单、合理、紧凑。高纯二氧化氯消毒设备采用柜式外形，各部件结合紧密，加盐系统、排碱系统、电解系统等有序安装排列，设备结构简单合理，各部分排列紧凑，使设备整体简约大方，有序工作。

2.使用安全、方便、可靠。高纯二氧化氯发生器的电解模板完全封闭，所产生的二氧化氯消毒气体不会泄露到环境中，不会对环境造成污染，同时阴极室与空气完全分开，所产生的氢气不存在爆炸的危险，安全性大大提高。

3.电解效率高，二氧化氯纯度高。高纯二氧化氯发生器设置了离子交换树脂软水处理设备，采用微容积阴极室和阳极室设计，阴极和阳极紧贴中间隔膜组成了零极距电解槽，能最大限度地提高设备的电解效率，提高隔膜的稳定性。选用电解盐作为电解原料，根据PH变化决定排碱技术和电解槽独特的模块化设计促进了电解反应的进行，促进了高纯度二氧化氯消毒气体的产生。

4.技术性能好质量优、自动化程度高。高纯二氧化氯发生器采用闭合式全自动控制系统，工作过程全程自动监控，并配备了余氯检测仪、酸度检测仪等在线监测装置，不需要人员在线操作，当出现故障时自动启动报警装置。

5.设备工作稳定，使用寿命长。高纯二氧化氯发生器取消了电解槽的中性电极，使电解槽更加简洁，运行更加稳定，同时还能有效减少由于阴极室和阳极室的压力差对隔膜的损害作用，增加隔膜和电解槽的使用寿命。电解槽的模块化设计有利于设备的稳定和设备的维护与维修，并且有利于设备的大型化和标准化。

结语

二氧化氯（ClO2）是国内外公认的广谱、高效、快速、安全无毒的杀菌消毒剂，特别是它在杀菌的过程中不与有机物发生氯代反应。在饮用水消毒、工业给水处理、医院废水处理等方面得到越来越广泛的运用。所以制备一种高纯度、低副产物的二氧化氯设备势在必行。

参考文献

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