Способ получения стабилизированного водного раствора диоксида хлора - RU2746551C1

Описание

Заявляемое изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано в производстве водного раствора диоксида хлора для дезинфекции, водоочистки, стерилизации и отбеливания.

Известен способ получения водного раствора диоксида хлора, включающий стадии: а) получение хлорита, b) получение пероксодисульфата, с) соединение хлорита и пероксодисульфата в водной системе при мольном отношении пероксодисульфата к хлориту [S₂O₈^2-]/[ClO₂^-] больше 1 с образованием водного раствора диоксида хлора, где для получения водного раствора диоксида хлора не добавляют дополнительного буфера (патент РФ №2567937, 2015 г.).

Недостатком указанного способа является образование дестабилизирующих побочных продуктов, таких как гипохлорит и хлор, которые не позволяют сохранить стабильность раствора диоксида хлора без применения охлаждающих устройств и избыточного давления на длительный срок, а также отсутствие стабилизирующих веществ.

Также известен способ получения стабильного и чистого жидкого диоксида хлора, включающий соединение двух компонентов в водном растворе, одним из которых является текстоновая натриевая соль (хлорит натрия, NaClO₂), а другим является пероксодисульфат натрия (персульфат натрия, Na₂S₂O₈) или гидросульфат натрия (бисульфат натрия, NaHSO₄), при этом на первой стадии приготавливают водный раствор текстоновой натриевой соли, на второй стадии приготавливают водный раствор пероксодисульфата натрия или водный раствор гидросульфата натрия, а на третьей стадии соединяют водные растворы, полученные на первой и второй стадиях (международная заявка WO 2011086579, 2011 г.).

Недостатком указанного способа является отсутствие стабильности при приготовлении (не происходит выделение углекислого газа при соединении компонентов), а также невозможность сохранения стабильности раствора диоксида хлора более чем 30 дней.

Также известен способ получения диоксида хлора в смеси с кислородом реакцией хлорита с пероксомоносульфатом в присутствии окислительно-восстановительного инициатора в кислом водном растворе (международная заявка WO 03055797, 2003 г.).

Недостатком указанного способа является низкий (кислотный) рН раствора диоксида хлора, что способствует дестабилизации диоксида хлора вследствие образования хлористой кислоты HClO₂, которая, в свою очередь, разлагается на соляную HCl и хлорноватую кислоту HClO₃. Кроме того, в растворе диоксида хлора присутствует такой дестабилизирующий побочный продукт как перекись водорода.

Также известен способ получения диоксида хлора, включающий получение водного раствора персульфата с концентрацией от 0,01 до 1,0 моль персульфата на литр, который забуферен до рН от 3 до 9; получение водного раствора хлорита с концентрацией от 0,01 до 1,0 моль хлорита на литр, который забуферен до рН от 9 до 12; смешивание раствора персульфата с раствором хлорита при молярном соотношении персульфата к хлориту больше 2 (патент США US7303737, 2007 г.).

Недостатком указанного способа является образование дестабилизирующих побочных продуктов, таких как избыток персульфата, который образует кислую среду и приводит к образованию хлористой кислоты HClO₂, которая, в свою очередь, разлагается на соляную HCl и хлорноватую кислоту HClO₃.

Техническая проблема, решаемая заявляемым изобретением, заключается в разработке способа получения стабилизированного водного раствора диоксида хлора, который можно хранить при температуре до 30°С и нормальном атмосферном давлении не менее 12 месяцев.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в максимальном получении конечного продукта (диоксида хлора) без дестабилизирующих побочных продуктов.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения стабилизированного водного раствора диоксида хлора, включающем взаимодействие двух водных растворов, один из растворов (А) получают растворением в воде хлорита металла или аммония (А1), карбоната металла или аммония (А2) и гидрокарбоната металла или аммония (A3), причем массовое соотношение хлорита металла или аммония (А1) к карбонату металла или аммония с гидрокарбонатом металла или аммония (А2+А3) составляет 2,4-3,0:1, а второй из растворов (В) получают растворением в воде персульфата металла или аммония (В1) и бисульфата металла или аммония (В2), причем массовое соотношение персульфата металла или аммония (В1) к бисульфату металла или аммония (В2) составляет 3:1.

Технический результат также достигается тем, что массовое соотношение компонентов (мас. %):

хлорит металла или аммония - 0,005-3,939

карбонат металла или аммония - 0,001-0,855

гидрокарбонат металла или аммония - 0,001-0,782

персульфат металла или аммония - 0,006-4,641

бисульфат металла или аммония - 0,002-1,547

вода - 88,236-99,985.

В качестве хлорита металла может быть использован хлорит щелочного или щелочно-земельного металла, такого как натрий, калий, кальций, магний.

В качестве карбоната металла может быть использован карбонат щелочного или щелочно-земельного металла, такого как натрий, калий, кальций, магний.

В качестве гидрокарбоната металла может быть использован гидрокарбонат щелочного или щелочно-земельного металла, такого как натрий, калий, кальций, магний.

В качестве персульфата металла может быть использован персульфат щелочного или щелочно-земельного металла, такого как натрий, калий, кальций, магний.

В качестве бисульфата металла может быть использован бисульфат щелочного или щелочно-земельного металла, такого как натрий, калий, кальций, магний.

Данные компоненты (с ионами натрия, калия, кальция, магния и аммония) выбраны исходя из их наибольшей распространенности, устойчивости водных растворов и соответствия предельно допустимым концентрациям в воде.

Способ реализуется следующим образом.

На первом этапе приготавливают два водных раствора А и В. Для этого берут подходящие емкости, выполненные из химически стойкого материала, например, полиэтилена низкого давления (ПНД) или непластифицированного поливинилхлорида (PVC-U), или политетрафторэтилена (PTFE). Воду для растворов используют дистиллированную комнатной температуры.

Для получения первого раствора (А) растворяют в воде хлорит металла или аммония (А1), карбонат металла или аммония (А2) и гидрокарбонат металла или аммония (A3), причем массовое соотношение А1 к А2+А3 составляет 2,4-3,0:1. Хлорит металла или аммония растворяют в воде постепенно - вначале в небольшом количестве воды, потом добавляют воду до нужной концентрации. Карбонат металла или аммония с гидрокарбонатом металла или аммония также растворяют в воде постепенно - вначале в небольшом количестве воды, затем переливают полученный раствор в емкость с растворенным хлоритом металла или аммония. Все перемешивают до полного растворения. При этом протекают следующие реакции гидролиза:

1) в случае однозарядного катиона металла

MeClO₂+H₂O↔МеОН+HClO₂

Ме₂СО₃+H₂O↔МеОН+MeHCO₃

МеНСО₃+H₂O↔МеОН+Н₂СО₃;

2) в случае двухзарядного катиона металла

Ме(ClO₂)₂+H₂O↔MeOHClO₂+HClO₂

Ме(HCO₃)₂+2H₂O↔Ме(ОН)₂+2H₂CO₃, где Me - катион металла.

При этом гидролиз карбоната кальция и карбоната магния не идет, поскольку эти соли не растворимы в воде.

3) в случае иона аммония

NH₄ClO₂+H₂O↔NH₃*H₂O+HClO₂

(NH₄)₂CO₃+H₂O↔NH₃*H₂O+NH₄HCO₃

NH₄HCO₃+H₂O↔NH₃*H₂O+H₂CO₃

Также протекает реакция с образованием аквакомплекса:

Э₂CO₃(разбавленный)+8Н₂O=2Э[(H₂O)₄]⁺+CO₃^-,

где Э - катион металла или аммония.

Те части хлорита металла или аммония, карбоната металла или аммония и гидрокарбоната металла или аммония, которые не подверглись гидролизу, растворяются и диссоциируют в растворе в виде ионов металла или аммония (Э⁺), карбонат-иона (CO₃^2-), гидрокарбонат-иона (HCO₃^-) и хлорит-иона (ClO₂^-):

Э(ClO₂)_k↔Э^k++kClO₂^-

Э_(2/k)CO₃↔(2/k)Э^k++CO₃^2-

Э(HCO₃)_k↔Э^k++kHCO₃^-,

где k - коэффициент, равный 1 или 2 в зависимости от валентности.

Для получения второго раствора (В) растворяют в воде персульфат металла или аммония (В1) и бисульфат металла или аммония (В2), причем массовое соотношение В1 к В2 составляет 3:1. Персульфат металла или аммония растворяют в воде постепенно - вначале в небольшом количестве воды, потом добавляют воду до нужной концентрации. Затем добавляют бисульфат металла или аммония, все перемешивают до полного растворения. При этом протекают следующие реакции:

1) для соединений ионов металлов, которые гидролизу не подвергаются, полностью растворяются в воде и диссоциируют на ионы металла (Ме⁺), персульфат-ион (S₂O₈), ион водорода (Н) и сульфат-ион (SO₄^2-)

Me_(2/k)S₂O₈↔(2/k)Me^k++S₂O₈^2-

Me(HSO₄)_k↔Me^k++kHSO₄^-

HSO₄^-↔H⁺+SO₄^2-

2) для соединений ионов металлов и соединений ионов аммония, которые подвергаются гидролизу

Me_(2/k)S₂O₈+2H₂O=Me_(2/k)SO₄+H₂SO₄+H₂O₂

2Me(HSO₄)₂+2H₂O=(MeOH)₂SO₄+3H₂SO₄

(NH₄)₂S₂O₈+2H₂O=(NH₄)₂SO₄+H₂SO₄+H₂O₂

NH₄HSO₄+2H₂O=NH₃*H₂O+H₃O⁺+HSO₄^-

При этом, так как при гидролизе персульфата раствор получается достаточно разбавленный, образующееся небольшое количество перекиси водорода самопроизвольно диспропорционирует на воду и молекулярный кислород:

2H₂O₂=2H₂O+O₂

Поэтому перекиси водорода в растворе не остается.

На втором этапе соединяют растворы А и В путем добавления раствора В к раствору А и хорошо перемешивают в течение нескольких минут.

Массу конечного раствора m(р-ра) вычисляют по формуле:

m(р-ра)=m(воды)+m(Э(ClO₂)_к)+m(Э_(2/k)CO₃)+m(Э(HCO₃)_k)+m(Э_(2/k)S₂O₈)++m(Э(HSO₄)_k),

где Э - катион металла или аммония.

А массовое соотношение компонентов (мас. %):

хлорит металла или аммония - 0,005-3,939

карбонат металла или аммония - 0,001-0,855

гидрокарбонат металла или аммония - 0,001-0,782

персульфат металла или аммония - 0,006-4,648

бисульфат металла или аммония - 0,002-1,547

вода - 88,229-99,985.

Далее с помощью рН-метра контролируют значение рН раствора - оно должно быть в интервале от 5,5 до 7,0.

После этого готовый раствор переливают в подходящую емкость и закрывают крышкой. Раствор оставляют в емкости на 48 часов при комнатной температуре (20-25°С). В течение этого времени по возможности емкость встряхивают для более эффективного протекания реакций.

При этом протекают следующие химические реакции:

3_(2/k)S₂O₈+(2/k)Э(ClO₂)_k=2ClO₂+2Э₍₂/_k)SO₄

5Э(ClO₂)_к+4Э(HSO₄)_k=4kClO₂+4kЭ_(2/k)SO₄+2kH₂O+ЭCl_k

2Э_(2/к)CO₃(избыток)+(2/k)Э(HSO₄)_k=Э_(2/к)CO₃(остаток)+2Э_(2/k)SO₄+CO₂+H₂O

Э(HSO₄)_k+Э(HCO₃)_k=kЭ_(2/k)SO₄+kH₂O+kCO₂,

где Э - катион металла или аммония, k - коэффициент, равный 1 или 2 в зависимости от валентности.

Таким образом, образуется раствор диоксида хлора, который в качестве побочных продуктов содержит незначительное количество сульфата, хлорида и углекислый газ, причем углекислый газ улетучивается из раствора по завершении реакций. Также в растворе в небольшом количестве остается карбонат, поскольку только часть карбоната вступает в реакцию. Эти побочные продукты не являются дестабилизирующими для диоксида хлора. При этом поддерживается слабощелочная среда раствора, что предотвращает разложение диоксида хлора на соляную и хлорноватую кислоты. Именно этим обеспечивается стабильность диоксида хлора.

Одновременное использование в растворе В персульфата и бисульфата увеличивает выход диоксида хлора и позволяет протекать реакциям при комнатной температуре.

Одновременное использование в растворе А карбоната и гидрокарбоната позволяет регулировать рН раствора (концентрацию гидроксил-ионов (ОН^-) и снижать количество сульфат-ионов в растворе. Поэтапное растворение смеси карбоната и гидрокарбоната приводит к образованию аквакомплексов ионов металла, которые притягивают гидроксил-ионы (ОН^-), тем самым создавая слабощелочную среду, которая способствует стабилизации раствора в долгосрочной перспективе.

Одновременное использование карбоната и бисульфата также приводит к образованию углекислого газа, который предотвращает разложение диоксида хлора на стадии приготовления.

Кроме того, благодаря указанному массовому соотношению компонентов обеспечивается максимальное получение конечного продукта (диоксида хлора) при оптимальной стабилизации рН.

Изобретение может быть проиллюстрировано, но не исчерпано следующими примерами его конкретного осуществления.

Пример 1.

Для получения первого раствора (А) берут емкость 1,5 л (емкость №1), выполненную из ПНД, и заливают в нее 15 мл воды комнатной температуры. Затем добавляют 0,050 г хлорита натрия (0,005% от массы конечного раствора) и растворяют в воде около 1 мин. Потом добавляют 850 мл воды комнатной температуры. Далее берут емкость, выполненную из ПНД, на 100 мл (емкость №2), наливают в нее 35 мл воды. После этого добавляют в емкость №2 последовательно 0,01 г (0,001% от массы конечного раствора) карбоната натрия и 0,01 г (0,001%) от массы конечного раствора) гидрокарбоната натрия и перемешивают в воде около 1 мин. После этого раствор из емкости №2 наливают в емкость №1 и перемешивают в течение 10-15 мин до полного растворения.

Для получения второго раствора (В) берут емкость 1 л (емкость №3), выполненную из ПНД, и заливают в нее 30 мл воды комнатной температуры. Затем добавляют 0,062 г (0,006% от массы конечного раствора) персульфата натрия и растворяют в воде около 1 мин. Потом добавляют 70 мл воды комнатной температуры. После этого добавляют 0,021 г бисульфата натрия (0,002% от массы конечного раствора) и перемешивают в течение 10-15 мин до полного растворения.

Далее добавляют раствор В к раствору А и хорошо перемешивают в течение примерно 2 минут.

Масса конечного раствора

m(р-ра) составляет m(р-ра)=900+100+0,050+0,01+0,01+0,062+0,021=1000,153 г.

При этом массовые соотношения компонентов (мас. %):

хлорит натрия (NaClO₂) - 0,005%

карбонат натрия (Na₂CO₃) - 0,001%

гидрокарбонат натрия (NaHCO₃) - 0,001%

персульфат натрия (Na₂S₂O₈) - 0,006%

бисульфат натрия (NaHSO₄) - 0,002%

вода (H₂O) - 99,985%

После этого рН-метром измеряют значение рН раствора - оно равно 6,5-7,0.

Затем готовый раствор переливают в емкость 1 л и закрывают крышкой (емкость с крышкой выполнены из ПНД). Раствор оставляют в емкости на 48 часов при комнатной температуре (20-25°С). В течение этого времени по возможности встряхивают емкость (2-3 раза в день) для более эффективного протекания реакции.

В результате получают 0,003%) раствор диоксида хлора.

Пример 2.

Для получения первого раствора (А) берут емкость 1,5 л (емкость №1), выполненную из PVC-U, и заливают в нее 15 мл воды комнатной температуры. Затем добавляют 5,12 г хлорита натрия (0,50% от массы конечного раствора) и растворяют в воде около 1 мин. Потом добавляют 850 мл воды комнатной температуры. Далее берут емкость, выполненную из ПНД, на 100 мл (емкость №2), наливают в нее 35 мл воды. После этого в емкость №2 последовательно добавляют 1,01 г (0,10% от массы конечного раствора) карбоната натрия и 1,01 г (0,10% от массы конечного раствора) гидрокарбоната натрия и перемешивают в воде около 1 мин. После этого раствор из емкости №2 наливают в емкость №1 и перемешивают в течение 10-15 мин до полного растворения.

Для получения второго раствора (В) берут емкость 1 л (емкость №3), выполненную из PVC-U, и заливают в нее 30 мл воды комнатной температуры. Затем добавляют 6,3 г (0,62% от массы конечного раствора) персульфата натрия и растворяют в воде около 1 мин. Потом добавляют 70 мл воды комнатной температуры. После этого добавляют 2,1 г бисульфата натрия (0,21% от массы конечного раствора) и перемешивают в течение 10-15 мин до полного растворения.

Далее добавляют раствор В к раствору А и хорошо перемешивают в течение примерно 2 минут.

Масса конечного раствора

m(р-ра) составляет m(p-pa)=900+100+5,12+1,01+1,01+6,3+2,1=1015,54 г.

При этом массовые соотношения компонентов (мас. %):

хлорит натрия (NaClO₂) - 0,50%

карбонат натрия (Na₂CO₃) - 0,10%

гидрокарбонат натрия (NaHCO₃) - 0,10%

персульфат натрия (Na₂S₂O₈) - 0,62%

бисульфат натрия (NaHSO₄) - 0,21%

вода (H₂O) - 98,47%

После этого рН-метром измеряют значение рН раствора - оно равно 6,0-6,5.

Затем готовый раствор переливают в емкость 1,5 л и закрывают крышкой (емкость с крышкой выполнены из PVC-U). Раствор оставляют в емкости на 48 часов при комнатной температуре (20-25°С). В течение этого времени по возможности встряхивают емкость (2-3 раза в день) для более эффективного протекания реакции.

В результате получают 0,3% раствор диоксида хлора.

Пример 3.

Для получения первого раствора (А) берут емкость 1,5 л (емкость №1), выполненную из PTFE, и заливают в нее 150 мл воды комнатной температуры. Затем добавляют 37,730 г хлорита натрия (3,385% от массы конечного раствора) и растворяют в воде около 1 мин. Потом добавляют 400 мл воды комнатной температуры. Далее берут емкость, выполненную из ПНД, на 150 мл (емкость №2), наливают в нее 100 мл воды. После этого в емкость №2 последовательно добавляют 7,443 г (0,668% от массы конечного раствора) карбоната натрия и 7,443 г (0,668% от массы конечного раствора) гидрокарбоната натрия и перемешивают в воде около 1 мин. После этого раствор из емкости №2 наливают в емкость №1 и перемешивают в течение 10-15 мин до полного растворения.

Для получения второго раствора (В) берут емкость 1 л (емкость №3), выполненную из PTFE, и заливают в нее 250 мл воды комнатной температуры. Затем добавляют 46,425 г (4,165% от массы конечного раствора) персульфата натрия и растворяют в воде около 1 мин. Потом добавляют 100 мл воды комнатной температуры. После этого добавляют 15,475 г бисульфата натрия (1,388% от массы конечного раствора) и перемешивают в течение 10-15 мин до полного растворения.

Далее добавляют раствор В к раствору А и хорошо перемешивают в течение примерно 2 минут.

Масса конечного раствора

m(р-ра) составляет m(р-ра)=650+350+37,730+7,443+7,443+15,475+46,425=1114,516 г.

При этом массовые соотношения компонентов (мас. %):

хлорит натрия (NaClO₂) - 3,385%

карбонат натрия (Na₂CO₃) - 0,668%

гидрокарбонат натрия (NaHCO₃) - 0,668%

персульфат натрия (Na₂S₂O₈) - 4,165%

бисульфат натрия (NaHSO₄) - 1,388%

вода (H₂O) - 89,726%

После этого рН-метром измеряют значение рН раствора - оно равно 5,5-6,0.

Затем готовый раствор переливают в емкость 1,5 л и закрывают крышкой (емкость с крышкой выполнены из PTFE). Раствор оставляют в емкости на 48 часов при комнатной температуре (20-25°С). В течение этого времени по возможности встряхивают емкость (2-3 раза в день) для более эффективного протекания реакции.

В результате получают 2% раствор диоксида хлора.

Пример 4.

Для получения первого раствора (А) берут емкость 1,5 л (емкость №1), выполненную из ПНД, и заливают в нее 15 мл воды комнатной температуры. Затем добавляют 0,06 г хлорита калия (0,006% от массы конечного раствора) и растворяют в воде около 1 мин. Потом добавляют 850 мл воды комнатной температуры. Далее берут емкость, выполненную из ПНД, на 100 мл (емкость №2), наливают в нее 35 мл воды. После этого добавляют в емкость №2 последовательно 0,013 г (0,001%) от массы конечного раствора) карбоната калия и 0,012 г (0,001%) от массы конечного раствора) гидрокарбоната калия и перемешивают в воде около 1 мин. После этого раствор из емкости №2 наливают в емкость №1 и перемешивают в течение 10-15 мин до полного растворения.

Для получения второго раствора (В) берут емкость 1 л (емкость №3), выполненную из ПНД, и заливают в нее 30 мл воды комнатной температуры. Затем добавляют 0,070 г (0,006% от массы конечного раствора) персульфата калия и растворяют в воде около 1 мин. Потом добавляют 70 мл воды комнатной температуры. После этого добавляют 0,024 г бисульфата калия (0,002% от массы конечного раствора) и перемешивают в течение 10-15 мин до полного растворения.

Далее добавляют раствор В к раствору А и хорошо перемешивают в течение примерно 2 минут.

Масса конечного раствора

m(р-ра) составляет m(р-ра)=900+100+0,06+0,013+0,012+0,070+0,024=1000,179 г

При этом массовые соотношения компонентов (мас. %):

хлорит калия (KClO₂) - 0,006%

карбонат калия (K₂CO₃) - 0,001%

гидрокарбонат калия (KHCO₃) - 0,001%

персульфат калия (K₂S₂O₈) - 0,006%

бисульфат калия (KHSO₄) - 0,002%

вода (H₂O) - 99,984%

После этого рН-метром измеряют значение рН раствора - оно равно 6,5-7,0.

Затем готовый раствор переливают в емкость 1 л и закрывают крышкой (емкость с крышкой выполнены из ПНД). Раствор оставляют в емкости на 48 часов при комнатной температуре (20-25°С). В течение этого времени по возможности встряхивают емкость (2-3 раза в день) для более эффективного протекания реакции.

В результате получают 0,003% раствор диоксида хлора.

Пример 5.

Для получения первого раствора (А) берут емкость 1,5 л (емкость №1), выполненную из PVC-U, и заливают в нее 15 мл воды комнатной температуры. Затем добавляют 6,059 г хлорита калия (0,595%) от массы конечного раствора) и растворяют в воде около 1 мин. Потом добавляют 850 мл воды комнатной температуры. Далее берут емкость, выполненную из ПНД, на 100 мл (емкость №2), наливают в нее 35 мл воды. После этого в емкость №2 последовательно добавляют 1,315 г (0,129%) от массы конечного раствора) карбоната калия и 1,202 г (0,118% от массы конечного раствора) гидрокарбоната калия и перемешивают в воде около 1 мин. После этого раствор из емкости №2 наливают в емкость №1 и перемешивают в течение 10-15 мин до полного растворения.

Для получения второго раствора (В) берут емкость 1 л (емкость №3), выполненную из PVC-U, и заливают в нее 30 мл воды комнатной температуры. Затем добавляют 7,150 г (0,702% от массы конечного раствора) персульфата калия и растворяют в воде около 1 мин. Потом добавляют 70 мл воды комнатной температуры. После этого добавляют 2,379 г бисульфата калия (0,234% от массы конечного раствора) и перемешивают в течение 10-15 мин до полного растворения.

Далее добавляют раствор В к раствору А и хорошо перемешивают в течение примерно 2 минут.

Масса конечного раствора

m(р-ра) составляет m(р-ра)=900+100+6,059+1,315+1,202+7,150+2,379=1018,105 г

При этом массовые соотношения компонентов (мас. %):

хлорит калия (KClO₂) - 0,595%

карбонат калия (K₂CO₃) - 0,129%

гидрокарбонат калия (KHCO₃) - 0,118%

персульфат калия (K₂S₂O₈) - 0,702%

бисульфат калия (KHSO₄) - 0,234%

вода (H₂O) - 98,222%

После этого рН-метром измеряют значение рН раствора - оно равно 6,0-6,5.

Затем готовый раствор переливают в емкость 1,5 л и закрывают крышкой (емкость с крышкой выполнены из PVC-U). Раствор оставляют в емкости на 48 часов при комнатной температуре (20-25°С). В течение этого времени по возможности встряхивают емкость (2-3 раза в день) для более эффективного протекания реакции.

В результате получают 0,3% раствор диоксида хлора.

Пример 6.

Для получения первого раствора (А) берут емкость 1,5 л (емкость №1), выполненную из PTFE, и заливают в нее 150 мл воды комнатной температуры. Затем добавляют 44,647 г хлорита калия (3,939% от массы конечного раствора) и растворяют в воде около 1 мин. Потом добавляют 400 мл воды комнатной температуры. Далее берут емкость, выполненную из ПНД, на 150 мл (емкость №2), наливают в нее 100 мл воды. После этого в емкость №2 последовательно добавляют 9,689 г (0,855% от массы конечного раствора) карбоната калия и 8,858 г (0,782% от массы конечного раствора) гидрокарбоната калия и перемешивают в воде около 1 мин. После этого раствор из емкости №2 наливают в емкость №1 и перемешивают в течение 10-15 мин до полного растворения.

Для получения второго раствора (В) берут емкость 1 л (емкость №3), выполненную из PTFE, и заливают в нее 250 мл воды комнатной температуры. Затем добавляют 52,685 г (4,648% от массы конечного раствора) персульфата калия и растворяют в воде около 1 мин. Потом добавляют 100 мл воды комнатной температуры. После этого добавляют 17,531 г бисульфата калия (1,547% от массы конечного раствора) и перемешивают в течение 10-15 мин до полного растворения.

Далее добавляют раствор В к раствору А и хорошо перемешивают в течение примерно 2 минут.

Масса конечного раствора

m(р-ра) составляет m(р-ра)=650+350+44,647+9,689+8,858+17,531+52,685=1133,410 г.

При этом массовые соотношения компонентов (мас. %):

хлорит калия (KClO₂) - 3,939%

карбонат калия (K₂CO₃) - 0,855%

гидрокарбонат калия (KHCO₃) - 0,782%

персульфат калия (K₂S₂O₈) - 4,648%

бисульфат калия (KHSO₄) - 1,547%

вода (H₂O) - 88,229%

После этого рН-метром измеряют значение рН раствора - оно равно 5,5-6,0.

Затем готовый раствор переливают в емкость 1,5 л и закрывают крышкой (емкость с крышкой выполнены из PTFE). Раствор оставляют в емкости на 48 часов при комнатной температуре (20-25°С). В течение этого времени по возможности встряхивают емкость (2-3 раза в день) для более эффективного протекания реакции.

В результате получают 2% раствор диоксида хлора.

Пример 7.

Для получения первого раствора (А) берут емкость 1,5 л (емкость №1), выполненную из ПНД, и заливают в нее 15 мл воды комнатной температуры. Затем добавляют 0,048 г хлорита аммония (0,005% от массы конечного раствора) и растворяют в воде около 1 мин. Потом добавляют 850 мл воды комнатной температуры. Далее берут емкость, выполненную из ПНД, на 100 мл (емкость №2), наливают в нее 35 мл воды. После этого в емкость №2 последовательно добавляют 0,009 г (0,001% от массы конечного раствора) карбоната аммония и 0,009 г (0,001% от массы конечного раствора) гидрокарбоната аммония и перемешивают в воде около 1 мин. После этого раствор из емкости №2 наливают в емкость №1 и перемешивают в течение 10-15 мин до полного растворения.

Для получения второго раствора (В) берут емкость 1 л (емкость №3), выполненную из PTFE, и заливают в нее 30 мл воды комнатной температуры. Затем добавляют 0,059 г (0,006%) от массы конечного раствора) персульфата аммония и растворяют в воде около 1 мин. Потом добавляют 70 мл воды комнатной температуры. После этого добавляют 0,020 г бисульфата аммония (0,002% от массы конечного раствора) и перемешивают в течение 10-15 мин до полного растворения.

Далее добавляют раствор В к раствору А и хорошо перемешивают в течение примерно 2 минут.

Масса конечного раствора

m(р-ра) составляет m(р-ра)=900+100+0,048+0,009+0,009+0,059+0,020=1000,145

При этом массовые соотношения компонентов (мас. %):

хлорит аммония (NH₄ClO₂) - 0,005%

карбонат аммония (NH₄CO₃) - 0,001%

гидрокарбонат аммония (NH₄HCO₃) - 0,001%

персульфат аммония ((NH₄)₂S₂O₈) - 0,006%

бисульфат аммония (NH₄HSO₄) - 0,002%

вода (H₂O) - 99,985%

После этого рН-метром измеряют значение рН раствора - оно равно 6,5-7,0.

Затем готовый раствор переливают в емкость 1,5 л и закрывают крышкой (емкость с крышкой выполнены из ПНД). Раствор оставляют в емкости на 48 часов при комнатной температуре (20-25°С). В течение этого времени по возможности встряхивают емкость (2-3 раза в день) для более эффективного протекания реакции.

В результате получают 0,003%) раствор диоксида хлора.

Пример 8.

Для получения первого раствора (А) берут емкость 1,5 л (емкость №1), выполненную из PVC-U, и заливают в нее 15 мл воды комнатной температуры. Затем добавляют 4,864 г хлорита аммония (0,479%) от массы конечного раствора) и растворяют в воде около 1 мин. Потом добавляют 850 мл воды комнатной температуры. Далее берут емкость, выполненную из ПНД, на 100 мл (емкость №2), наливают в нее 35 мл воды. После этого добавляют в емкость №2 последовательно 0,915 г (0,090%) от массы конечного раствора) карбоната аммония и 0,950 г (0,093%) от массы конечного раствора) гидрокарбоната аммония и перемешивают в воде около 1 мин. После этого раствор из емкости №2 наливают в емкость №1 и перемешивают в течение 10-15 мин до полного растворения.

Для получения второго раствора (В) берут емкость 1 л (емкость №3), выполненную из PVC-U, и заливают в нее 30 мл воды комнатной температуры. Затем добавляют 6,037 г (0,595% от массы конечного раствора) персульфата аммония и растворяют в воде около 1 мин. Потом добавляют 70 мл воды комнатной температуры. После этого добавляют 2,012 г бисульфата аммония (0,198% от массы конечного раствора) и перемешивают в течение 10-15 мин до полного растворения.

Далее добавляют раствор В к раствору А и хорошо перемешивают в течение примерно 2 минут.

Масса конечного раствора

m(р-ра) составляет m(р-ра)=900+100+4,864+0,915+0,950+6,037+2,012=1014,778

При этом массовые соотношения компонентов (мас. %):

хлорит аммония (NH₄ClO₂) - 0,479%

карбонат аммония ((NH₄)₂CO₃) - 0,090%

гидрокарбонат аммония (NH₄HCO₃) - 0,093%

персульфат аммония ((NH₄)₂S₂O₈) - 0,595%

бисульфат аммония (NH₄HSO₄) - 0,198%

вода (H₂O) - 98,545%

После этого рН-метром измеряют значение рН раствора - оно равно 6,0-6,5.

Затем готовый раствор переливают в емкость 1 л и закрывают крышкой (емкость с крышкой выполнены из PVC-U). Раствор оставляют в емкости на 48 часов при комнатной температуре (20-25°С). В течение этого времени по возможности встряхивают емкость (2-3 раза в день) для более эффективного протекания реакции.

В результате получают 0,3% раствор диоксида хлора.

Пример 9.

Для получения первого раствора (А) берут емкость 1,5 л (емкость №1), выполненную из PTFE, и заливают в нее 150 мл воды комнатной температуры. Затем добавляют 35,843 г хлорита аммония (3,232%) от массы конечного раствора) и растворяют в воде около 1 мин. Потом добавляют 400 мл воды комнатной температуры. Далее берут емкость, выполненную из ПНД, на 150 мл (емкость №2), наливают в нее 100 мл воды. После этого в емкость №2 последовательно добавляют 6,740 г (0,607% от массы конечного раствора) карбоната аммония и 6,998 г (0,631% от массы конечного раствора) гидрокарбоната аммония и перемешивают в воде около 1 мин. После этого раствор из емкости №2 наливают в емкость №1 и перемешивают в течение 10-15 мин до полного растворения.

Для получения второго раствора (В) берут емкость 1 л (емкость №3), выполненную из PTFE, и заливают в нее 250 мл воды комнатной температуры. Затем добавляют 44,490 г (4,012% от массы конечного раствора) персульфата аммония и растворяют в воде около 1 мин. Потом добавляют 100 мл воды комнатной температуры. После этого добавляют 14,824 г бисульфата аммония (1,337% от массы конечного раствора) и перемешивают в течение 10-15 мин до полного растворения.

Далее добавляют раствор В к раствору А и хорошо перемешивают в течение примерно 2 минут.

Масса конечного раствора

m(р-ра) составляет m(р-ра)=650+350+35,843+6,740+6,998+44,490+14,824=1108,895 г

При этом массовые соотношения компонентов (мас. %):

хлорит аммония (NH₄ClO₂) - 3,232%

карбонат аммония ((NH₄)₂CO₃) - 0,607%

гидрокарбонат аммония (NH₄HCO₃) - 0,631%

персульфат аммония ((NH₄)₂S₂O₈) - 4,012%

бисульфат аммония ((NH₄)HSO₄) - 1,337%

вода (H₂O) - 90,181%

После этого рН-метром измеряют значение рН раствора - оно равно 5,5-6,0.

Затем готовый раствор переливают в емкость 1,5 л и закрывают крышкой (емкость с крышкой выполнены из PTFE). Раствор оставляют в емкости на 48 часов при комнатной температуре (20-25°С). В течение этого времени по возможности встряхивают емкость (2-3 раза в день) для более эффективного протекания реакции.

В результате получают 2% раствор диоксида хлора.

Пример 10.

Для получения первого раствора (А) берут емкость 1,5 л (емкость №1), выполненную из ПНД, и заливают в нее 15 мл воды комнатной температуры. Затем добавляют 0,049 г хлорита кальция (0,005% от массы конечного раствора) и растворяют в воде около 1 мин. Потом добавляют 850 мл воды комнатной температуры. Далее берут емкость, выполненную из ПНД, на 100 мл (емкость №2), наливают в нее 35 мл воды. После этого добавляют в емкость №2 последовательно 0,009 г (0,001%) от массы конечного раствора) карбоната кальция и 0,010 г (0,001%) от массы конечного раствора) гидрокарбоната кальция и перемешивают в воде около 1 мин. После этого раствор из емкости №2 наливают в емкость №1 и перемешивают в течение 10-15 мин до полного растворения.

Для получения второго раствора (В) берут емкость 1 л (емкость №3), выполненную из ПНД, и заливают в нее 30 мл воды комнатной температуры. Затем добавляют 0,060 г (0,006% от массы конечного раствора) персульфата кальция и растворяют в воде около 1 мин. Потом добавляют 70 мл воды комнатной температуры. После этого добавляют 0,020 г бисульфата кальция (0,002% от массы конечного раствора) и перемешивают в течение 10-15 мин до полного растворения.

Далее добавляют раствор В к раствору А и хорошо перемешивают в течение примерно 2 минут.

Масса конечного раствора

m(р-ра) составляет m(р-ра)=900+100+0,049+0,009+0,010+0,060+0,020=1000,148 г.

При этом массовые соотношения компонентов (мас. %):

хлорит кальция (Са(ClO₂)₂) - 0,005%

карбонат кальция (CaCO₃) - 0,001%

гидрокарбонат кальция (Са(НСО₃)₂) - 0,001%

персульфат кальция (CaS₂O₈) - 0,006%

бисульфат кальция (Ca(HSO₄)₂) - 0,002%

вода (H₂O) - 99,985%

После этого рН-метром измеряют значение рН раствора - оно равно 6,5-7,0.

Затем готовый раствор переливают в емкость 1 л и закрывают крышкой (емкость с крышкой выполнены из ПНД). Раствор оставляют в емкости на 48 часов при комнатной температуре (20-25°С). В течение этого времени по возможности встряхивают емкость (2-3 раза в день) для более эффективного протекания реакции.

В результате получают 0,003% раствор диоксида хлора.

Пример 11.

Для получения первого раствора (А) берут емкость 1,5 л (емкость №1), выполненную из PVC-U, и заливают в нее 15 мл воды комнатной температуры. Затем добавляют 4,978 г хлорита кальция (0,490% от массы конечного раствора) и растворяют в воде около 1 мин. Потом добавляют 850 мл воды комнатной температуры. Далее берут емкость, выполненную из ПНД, на 100 мл (емкость №2), наливают в нее 35 мл воды. После этого в емкость №2 последовательно добавляют 0,952 г (0,094% от массы конечного раствора) карбоната кальция и 0,974 г (0,096%. от массы конечного раствора) гидрокарбоната кальция и перемешивают в воде около 1 мин. После этого раствор из емкости №2 наливают в емкость №1 и перемешивают в течение 10-15 мин до полного растворения.

Для получения второго раствора (В) берут емкость 1 л (емкость №3), выполненную из PVC-U, и заливают в нее 30 мл воды комнатной температуры. Затем добавляют 6,143 г (0,605%) от массы конечного раствора) персульфата кальция и растворяют в воде около 1 мин. Потом добавляют 70 мл воды комнатной температуры. После этого добавляют 2,047 г бисульфата кальция (0,202% от массы конечного раствора) и перемешивают в течение 10-15 мин до полного растворения.

Далее добавляют раствор В к раствору А и хорошо перемешивают в течение примерно 2 минут.

Масса конечного раствора

m(р-ра) составляет m(р-ра)=900+100+4,978+0,952+0,974+6,143+2,047=1015,094 г.

При этом массовые соотношения компонентов (мас. %):

хлорит кальция (Са(ClO₂)₂) - 0,490%

карбонат кальция (СаСО₃) - 0,094%

гидрокарбонат кальция (Са(HCO₃)₂) - 0,096%

персульфат кальция (CaS₂O₈) - 0,605%

бисульфат кальция (Ca(HSO₄)₂) - 0,202%

вода (H₂O) - 98,513%

После этого рН-метром измеряют значение рН раствора - оно равно 6,0-6,5.

Затем готовый раствор переливают в емкость 1,5 л и закрывают крышкой (емкость с крышкой выполнены из PVC-U). Раствор оставляют в емкости на 48 часов при комнатной температуре (20-25°С). В течение этого времени по возможности встряхивают емкость (2-3 раза в день) для более эффективного протекания реакции.

В результате получают 0,3% раствор диоксида хлора.

Пример 12.

Для получения первого раствора (А) берут емкость 1,5 л (емкость №1), выполненную из PTFE, и заливают в нее 150 мл воды комнатной температуры. Затем добавляют 36,682 г хлорита кальция (3,301% от массы конечного раствора) и растворяют в воде около 1 мин. Потом добавляют 400 мл воды комнатной температуры. Берут емкость, выполненную из ПНД, на 150 мл (емкость №2), наливают в нее 100 мл воды. После этого в емкость №2 последовательно добавляют 7,021 г (0,632% от массы конечного раствора) карбоната кальция и 7,175 г (0,646% от массы конечного раствора) гидрокарбоната кальция и перемешивают в воде около 1 мин. После этого раствор из емкости №2 наливают в емкость №1 и перемешивают в течение 10-15 мин до полного растворения.

Для получения второго раствора (В) берут емкость 1 л (емкость №3), выполненную из PTFE, и заливают в нее 250 мл воды комнатной температуры. Затем добавляют 45,270 г (4,074% от массы конечного раствора) персульфата кальция и растворяют в воде около 1 мин. Потом добавляют 100 мл воды комнатной температуры. После этого добавляют 15,082 г бисульфата кальция (1,357% от массы конечного раствора) и перемешивают в течение 10-15 мин до полного растворения.

Далее добавляют раствор В к раствору А и хорошо перемешивают в течение примерно 2 минут.

Масса конечного раствора

m(р-ра) составляет m(р-ра)=650+350+36,682+7,021+7,175+15,082+45,270=1111,23 г.

При этом массовые соотношения компонентов (мас. %):

хлорит кальция (Са(ClO₂)₂ - 3,301%

карбонат кальция (CaCO₃) - 0,632%

гидрокарбонат кальция (Са(HCO₃)₂) - 0,646%

персульфат кальция (CaS₂O₈) - 4,074%

бисульфат кальция (Ca(HSO₄)₂ - 1,357%

вода (H₂O) - 89,990%

После этого рН-метром измеряют значение рН раствора - оно равно 5,5-6,0.

Затем готовый раствор переливают в емкость 1,5 л и закрывают крышкой (емкость с крышкой выполнены из PTFE). Раствор оставляют в емкости на 48 часов при комнатной температуре (20-25°С). В течение этого времени по возможности встряхивают емкость (2-3 раза в день) для более эффективного протекания реакции.

В результате получают 2% раствор диоксида хлора.

Пример 13.

Для получения первого раствора (А) берут емкость 1,5 л (емкость №1), выполненную из ПНД, и заливают в нее 15 мл воды комнатной температуры. Затем добавляют 0,045 г хлорита магния (0,005% от массы конечного раствора) и растворяют в воде около 1 мин. Потом добавляют 850 мл воды комнатной температуры. Далее берут емкость, выполненную из ПНД, на 100 мл (емкость №2), наливают в нее 35 мл воды. После этого добавляют в емкость №2 последовательно 0,008 г (0,001% от массы конечного раствора) карбоната магния и 0,009 г (0,001% от массы конечного раствора) гидрокарбоната магния и перемешивают в воде около 1 мин. После этого раствор из емкости №2 наливают в емкость №1 и перемешивают в течение 10-15 мин до полного растворения.

Для получения второго раствора (В) берут емкость 1 л (емкость №3), выполненную из ПНД, и заливают в нее 30 мл воды комнатной температуры. Затем добавляют 0,056 г (0,006%) от массы конечного раствора) персульфата магния и растворяют в воде около 1 мин. Потом добавляют 70 мл воды комнатной температуры. После этого добавляют 0,019 г бисульфата магния (0,002% от массы конечного раствора) и перемешивают в течение 10-15 мин до полного растворения.

Далее добавляют раствор В к раствору А и хорошо перемешивают в течение примерно 2 минут.

Масса конечного раствора

m(р-ра) составляет m(р-ра)=900+100+0,045+0,008+0,009+0,056+0,019=1000,137 г.

При этом массовые соотношения компонентов (мас. %):

хлорит магния (Mg(ClO₂)₂) - 0,005%

карбонат магния (MgCO₃) - 0,001%

гидрокарбонат магния (Mg(HCO₃)₂) - 0,001%)

персульфат магния (MgS₂O₈) - 0,006%

бисульфат магния (Mg(HSO₄)₂) - 0,002%

вода (H₂O) - 99,985%

После этого рН-метром измеряют значение рН раствора - оно равно 6,5-7,0.

Затем готовый раствор переливают в емкость 1 л и закрывают крышкой (емкость с крышкой выполнены из ПНД). Раствор оставляют в емкости на 48 часов при комнатной температуре (20-25°С). В течение этого времени по возможности встряхивают емкость (2-3 раза в день) для более эффективного протекания реакции.

В результате получают 0,003%) раствор диоксида хлора.

Пример 14.

Для получения первого раствора (А) берут емкость 1,5 л (емкость №1), выполненную из PVC-U, и заливают в нее 15 мл воды комнатной температуры. Затем добавляют 4,523 г хлорита магния (0,446%) от массы конечного раствора) и растворяют в воде около 1 мин. Потом добавляют 850 мл воды комнатной температуры. Далее берут емкость, выполненную из ПНД, на 100 мл (емкость №2), наливают в нее 35 мл воды. После этого в емкость №2 последовательно добавляют 0,800 г (0,079%) от массы конечного раствора) карбоната магния и 0,878 г (0,087% от массы конечного раствора) гидрокарбоната магния и перемешивают в воде около 1 мин. После этого раствор из емкости №2 наливают в емкость №1 и перемешивают в течение 10-15 мин до полного растворения.

Для получения второго раствора (В) берут емкость 1 л (емкость №3), выполненную из PVC-U, и заливают в нее 30 мл воды комнатной температуры. Затем добавляют 5,720 г (0,564% от массы конечного раствора) персульфата магния и растворяют в воде около 1 мин. Потом добавляют 70 мл воды комнатной температуры. После этого добавляют 1,907 г бисульфата магния (0,188% от массы конечного раствора) и перемешивают в течение 10-15 мин до полного растворения.

Далее добавляют раствор В к раствору А и хорошо перемешивают в течение примерно 2 минут.

Масса конечного раствора

m(р-ра) составляет m(р-ра)=900+100+4,523+0,800+0,878+5,720+1,907=1013,828 г.

При этом массовые соотношения компонентов (мас. %):

хлорит магния (Mg(ClO₂)₂) - 0,446%

карбонат магния (MgCO₃) - 0,079%

гидрокарбонат магния (Mg(HCO₃)₂) - 0,087%.

персульфат магния (MgS₂O₈) - 0,564%

бисульфат магния (Mg(HSO₄)₂) - 0,188%.

вода (H₂O) - 98,636%

После этого рН-метром измеряют значение рН раствора - оно равно 6,0-6,5.

Затем готовый раствор переливают в емкость 1,5 л и закрывают крышкой (емкость с крышкой выполнены из PVC-U). Раствор оставляют в емкости на 48 часов при комнатной температуре (20-25°С). В течение этого времени по возможности встряхивают емкость (2-3 раза в день) для более эффективного протекания реакции.

В результате получают 0,3% раствор диоксида хлора.

Пример 15.

Для получения первого раствора (А) берут емкость 1,5 л (емкость №1), выполненную из PTFE, и заливают в нее 150 мл воды комнатной температуры. Затем добавляют 33,328 г хлорита магния (3,025% от массы конечного раствора) и растворяют в воде около 1 мин. Потом добавляют 400 мл воды комнатной температуры. Берут емкость, выполненную из ПНД, на 150 мл (емкость №2), наливают в нее 100 мл воды. После этого в емкость №2 последовательно добавляют 5,898 г (0,535% от массы конечного раствора) карбоната магния и 6,467 г (0,587% от массы конечного раствора) гидрокарбоната магния и перемешивают в воде около 1 мин. После этого раствор из емкости №2 наливают в емкость №1 и перемешивают в течение 10-15 мин до полного растворения.

Для получения второго раствора (В) берут емкость 1 л (емкость №3), выполненную из PTFE, и заливают в нее 250 мл воды комнатной температуры. Затем добавляют 42,148 г (3,825%. от массы конечного раствора) персульфата магния и растворяют в воде около 1 мин. Потом добавляют 100 мл воды комнатной температуры. После этого добавляют 14,051 г бисульфата магния (1,275% от массы конечного раствора) и перемешивают в течение 10-15 мин до полного растворения.

Далее добавляют раствор В к раствору А и хорошо перемешивают в течение примерно 2 минут.

Масса конечного раствора

m(р-ра) составляет m(р-ра)=650+350+33,328+5,898+6,467+14,051+42,148=1101,892 г.

При этом массовые соотношения компонентов (мас. %):

хлорит магния (Mg(ClO₂)₂) - 3,025%

карбонат магния (MgCO₃) - 0,535%

гидрокарбонат магния (Mg(HCO₃)₂) - 0,587%

персульфат магния (MgS₂O₈) - 3,825%

бисульфат магния (Mg(HSO₄)₂) - 1,275%.

вода (H₂O) - 90,753%

После этого рН-метром измеряют значение рН раствора - оно равно 5,5-6,0.

Затем готовый раствор переливают в емкость 1,5 л и закрывают крышкой (емкость с крышкой выполнены из PTFE). Раствор оставляют в емкости на 48 часов при комнатной температуре (20-25°С). В течение этого времени по возможности встряхивают емкость (2-3 раза в день) для более эффективного протекания реакции.

В результате получают 2% раствор диоксида хлора.

Реферат

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано в производстве раствора диоксида хлора для дезинфекции, водоочистки, стерилизации и отбеливания. Для получения стабилизированного водного раствора диоксида хлора готовят два водных раствора (А) и (В). Для приготовления первого раствора (А) растворяют в воде хлорит металла или аммония (А1), карбонат металла или аммония (А2) и гидрокарбонат металла или аммония (A3). Массовое соотношение (А1) к (А2)+(А3) составляет (2,4-3,0):1. Для получения второго раствора (В) растворяют в воде персульфат металла или аммония (В1) и бисульфат металла или аммония (В2). Массовое соотношение (В1) к (В2) составляет 3:1. Затем добавляют раствор (В) к раствору (А). Изобретение позволяет получить водный раствор диоксида хлора без дестабилизирующих побочных продуктов, который можно хранить при температуре до 30°С и нормальном атмосферном давлении не менее 12 месяцев. 1 з.п. ф-лы, 15 пр.

Формула