二氧化氯生產和使用中的控制分析研究

摘 要：為使CLO2的添加量符合水消毒、漂白處理的標準，對CLO2的生產過程和處理水體時的濃度進行控制，這是非常必要的。同時，對用CLO2處理水體后余下的氯含量進行準確檢測，以減小CLO2對環境的危害。CLO2難以被制成高濃度的溶液和壓縮氣體，因其不穩定性，必須現場制備并要立即溶于水中，以防止其揮發。由于當前CLO2的生產工藝不具備控制分析功能，本文試就CLO2吸收光的特性，通過采用發光二極管作為光源，將光敏二極管或光敏電阻作為接收管，利用回歸方程，建立測定和控制氣體或溶液中CLO2濃度的方法。

關鍵詞：二氧化氯；控制分析；濃度；回歸方程

1 二氧化氯的性質和生產方法

1.1 二氧化氯的特性

CLO2的特性主要表現在分子結構、物理性質和化學性質方面，其主要性質是穩定性差和具有強氧化能力。

第一，CLO2的分子形狀為開口向右的“V”字型，其化學鍵OCLO鍵角的弧度為117.4°，CL-O鍵長1.47A°，存在一個垂直于分子平面的離域鍵，構成雙鍵，電子對排布為平面三角形。

第二，CLO2為一種可溶于水的氧化劑，氯氧化家族一員，幾乎完全以單體游離原子團型的氣體或液體形式存在，常溫下呈黃色且帶有淺綠色，屬于有毒氣體。其摩爾質量為67.453g/mol，沸點為11℃，凝固點為-59℃，生成熱為104.6KJ/mol，蒸發熱為27279.68KJ/mol。CLO2的顏色具體變化如下：當CLO2濃度增大時，顏色變為橘紅色，其外觀和味道在氣體形態時與CL氣相似，且有與O3相同的窒息性臭味；當冷卻超過-40℃時，CLO2變為深紅色液體；當溫度低于凝固點時，其顏色變為橙黃色，呈固態。CLO2氣體在水溶液的濃度影響到安全性，當CLO2占空氣的體積分數達到20%時仍是安全的，其濃度低于8-10g/L不會引起爆炸。CLO2在進行消毒時，其濃度一般控制在4g/L以下，為確保安全，常控制在0.1-5mg/L范圍內。

第三，試驗觀察表明，CLO2易分化形成副產物。例如，在經過CLO2消毒漂白后的自來水或飲用水中，常檢測到CLO3、CLO2、CL2、OCL、CL等化學元素。雖然CLO2不穩定、易揮發，但其具有很強的氧化能力，是一種強氧化劑。又如，在常用作消毒的H2O2、NaCLO2、NaOCL、KMnO4、三氯異氰尿酸和二氯異氰尿酸等多種消毒劑中，CLO2的氧化能力最強，其作為氧化劑和消毒劑具有明顯的優勢。

1.2 二氧化氯的生產方法

目前工業制作CLO2的方法主要是化學法和電解法，其中化學制作CLO2已趨成熟，電解制作的技術仍在研究和發展中?；瘜W法制備CLO2主要是以亞氯酸鈉和氯酸鈉為工業原料。

第一，亞氯酸鈉氧化制作CLO2方法。亞氯酸鈉氧化法常有CL2氧化法、過渡金屬（Fe）氧化法、酸化法、過硫酸根離子（S2O82-）氧化法。在氯氧化法，其反應方程式為： ，或者是

。這被應用在氣體氯一亞氯酸鈉體系（GasChlorine-chloriteSystem）或者液體氯一亞氯酸鈉體系（LiquidChlorine-chloriteSystem制作CLO2中。在酸化法中，通過利用鹽酸或硫酸制作，其反應方程式為：5NaCLO2+4HCL=4CLO2+5NaCL+2H2O，或者是5NaCLO2+2H2SO4=4CLO2+2Na2SO4+NaCL+2H2O。法國的德格雷蒙公司生產器就是通過這種方法制備的。在過硫酸鹽氧化法中，其化學方程式是：2NaCLO2+Na2S2O8=2CLO2+2Na2SO4。德國的基羅化學公司（KyroChem）開發的液體/固體片劑及粉磚產品就是通過以上方法制成的。

第二，氯酸鈉氧化制作CLO2方法。通過在酸性介質中加入還原劑，從而制成CLO2。由于還原劑多種多樣，比如鹽酸（HCL）、食鹽（NaCL）、甲醇（CH3OH）、二氧化硫（SO2）等，其化學反應過程和機理也不一樣，但可總結為： 。

2 二氧化氯濃度控制分析

2.1 二氧化氯的投加

為了良好的評估CLO2制品的優劣，制定出檢測CLO2產品的標準，從而為CLO2的研究應用提供更好的指導和良性的運作，建立能夠準確測定和控制CLO2濃度的方法，是當前工業制備CLO2和生活應用CLO2的必然要求。本文通過實驗來具體分析CLO2濃度的測定和控制情況。

由于CLO2的不穩定性，為確保在現場制備時溶于水CLO2的濃度達到或者符合消毒、漂白工藝等規定的標準，所以首先就要控制發生器CLO2的濃度，還要改進CLO2的投加方式。

為了準確投加CLO2，在發生器1產生的CLO2，通過水射器9抽氣使其進入吸收塔2，然后與來自塔頂的自來水相溶合，成為水溶液，從而儲備在溶液儲備箱3中。3中的CLO2溶液經過定比定量加速器，按一定比例投入到待處理水6中。這就是控制CLO2濃度的整個流程。

2.2 二氧化氯吸收液濃度的測定

a、b兩處的氣體和吸收液CLO2的濃度和純度比較高，由于CLO2能吸收一定波長的紫外光的特性，在這里通過采用CLO2氣體和溶液直接對光吸收的方法進行控制分析。

在實驗中通過KMnO4和HCL發生化學反應，從而產生CLO2；用UV-2100型紫外分光光度計對CL2和CLO2同時進行波長掃描，根據數據繪制吸收曲線，具體如下：

光源采用發光二極管，其中光敏管可以選擇光伏型光敏二極管2CU1B，也可以選擇光阻型光敏電阻GM45。在這里本文選擇光伏型光敏二極管。將光伏型傳感器（光敏二極管）的兩極與毫伏計（PH計）、數字萬用表和記錄儀連接，測定產生的電壓。這里選擇PH計來測試光敏二極管產生的電壓。

2.3 光伏型光敏二極管的測定結果

根據圖4的工作原理，改變初始電壓，不同的初始電壓記為U0，本實驗測定了三個初始電壓，分別為 。

根據測驗數據，結合線性回歸，繪制出以下三種線性（如圖1、圖2、圖3）：

綜合圖1、圖2、圖3可知，在初始電壓為300、200、100mv時，其線性分別為：y=0.2611x+0.0058、y=0.2625x+0.0103、y=0.252x+0.0251，電壓與濃度的相關系數R2（即線性斜率）分別為R12=0.9987、R22=0.9994、R32=0.9972，顯然R22>R12>R32。所以，初始電壓為200mv時，電壓與濃度的線性關系最好；當初始電壓太小時，表明被吸收光太弱，若測定高濃度的CLO2溶液，被吸收光無法起作用，而非吸收光的干擾作用比較明顯，從而致使線性變差；反之，當初始電壓太大，被吸收光較強，而測定低濃度的CLO2溶液時，其線性關系差異也較大，從而導致測定結果也不準確。

3 結束語

通過利用CLO2對光具有吸收的特性，把發光二極管作為光源，光敏二極管作為接收管，實現了對溶液中CLO2濃度的測定，并建立了測定CLO2濃度的有效方法；通過添加吸收塔，控制吸收液CLO2的濃度，調節定比定量裝置，從而實現對消毒水中CLO2含量的控制，對CLO2廣泛應用于工業漂白和生活飲水、自來水消毒處理提供了重要的理論性指導和參考。

最后，鑒于筆者研究能力和時間有限，本文主要是對CLO2溶于水后，形成為液體后進行的研究，對于CLO2氣體的研究相對要缺乏。望以后較多涉獵。

參考文獻

[1].程仕勇，晉日亞.中國二氧化氯固體制劑的研究和發展[J].無機鹽工業，2011（2）：7-9.

[2].樊銘京，王愛軍等.智能化二氧化氯消毒設備的研發與應用[J].山東農業大學學報（自然科學版），2010（4）：591-593.

[3]鄧臨新.二氧化氯生產和使用中的控制分析研究[D].四川：四川大學，2000.