黄铁矿法制备低成本高效无污染消毒剂二氧化氯新工艺研究

论文摘要

二氧化氯在国外被称之为第四代消毒剂,是目前使用的消毒剂中最理想的杀菌消毒剂之一,其应用领域涉及水处理、造纸、养殖、食品加工、医疗以及制革和纺织等行业,二氧化氯正以其优良的性能日益贴近人们生活。发生二氧化氯的方法有多种,如盐酸法、食盐法、甲醇法和电解法等,其中甲醇法是相对比较成熟的工艺。在最近十多年的发展中,对于二氧化氯的研究多集中在反应器的智能化和自动控制上,少有降低成本的新工艺出现。本文提出以质优价廉的黄铁矿为还原剂发生二氧化氯,在保证产品质量的同时大大降低成本,促进产品的广泛应用。本文介绍了用黄铁矿在酸性条件下,还原氯酸钠发生二氧化氯工艺各因素对产率和纯度的影响,并得出了最佳工艺条件:反应温度30℃、氯酸钠浓度3mol/L、硫酸浓度7mol/L、黄铁矿过量5%。在此反应条件下,二氧化氯产率可达90.31%,纯度91.57%,针对尾液的污染问题做了详细的研究,找到了行之有效的解决方法,证明黄铁矿法发生二氧化氯是完全可行的,进行了日产200公斤稳定性二氧化氯水溶液扩大化装置设计,为以后的工业生产打下了坚实的基础。 二氧化氯对光和热有较强的敏感性,在低温下二氧化氯见光主要分解为Cl2O6,而在较高温度下主要分解为氯气和氧气。本实验室以自制的二氧化氯水溶液放置于阴凉处保存,考察了非稳态二氧化氯水溶液随时间的衰减,得出在56天的时间内二氧化氯因岐化分解而损失约25%,这说明非稳态二氧化氯水溶液在商业上是不宜于贮存的。在现存的稳定性二氧化氯中,有多种产品形式,依其存在形态可分为液态和固态两种,以液态的稳定性二氧化氯较为常见,在应用中稳定性二氧化氯指液态稳定性二氧化氯。本文以液态稳定性二氧化氯为研究对象,考察了以碳酸钠和双氧水组成的过碳酸钠为稳定剂,吸收二氧化氯过程中各因素对其的影响,得出碳酸钠和双氧水的最佳摩尔比为2:3时可达到最大吸收,并依照行业标准对产品进行了权威检验,产品质量合格。 本文介绍了扩大化实验的研究过程和结果,实验效果良好。将二氧化氯和前三代消毒剂做了详尽对比,并对其市场前景做了前景预测。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 二氧化氯的结构和性质
• 1.2.1 二氧化氯的分子结构
• 1.2.2 二氧化氯的特性
• 1.2.2.1 二氧化氯的消毒特性
• 1.3 二氧化氯的性质
• 1.3.1 理化性质
• 1.3.2 二氧化氯水处理应用
• 1.3.2.1 饮用水消毒
• 1.4 国内外现状
• 1.4.1 亚氯酸钠法制备二氧化氯
• 1.4.2 氯酸盐法制备二氧化氯
• 1.4.2.1 二氧化硫法—马蒂逊法
• 1.4.2.2 食盐法（单容法）—R3法
• 1.4.2.3 盐酸法
• 1.4.2.4 甲醇法—R8法
• 1.5 二氧化氯的发展趋势
• 1.6 课题提出的意义、研究目标和内容
• 1.6.1 课题提出的意义
• 1.6.2 本项目的目标和内容
• 1.6.2.1 本项目的目标
• 1.6.2.2 本项目的主要研究内容
• 第二章 理论研究
• 2.1 概述
• 2.2 反应的标准吉布斯自由能
• 2.3 液固反应的基本原理
• 2.3.1 液固反应的基本类型
• 2.3.2 固液界面处的传质
• 2.3.3 液—固反应的决定速率步骤
• 2.4 反应的基本历程
• 2.4.1 反应物的性质
• 2.4.1.1 氯酸钠的性质
• 2.4.1.2 黄铁矿的性质
• 2.4.2 反应机理
• 2.4.2.1 广义反应机理
• 2.4.2.2 氯酸盐法发生二氧化氯的理论基础
• 2.4.2.2.1 直接还原剂—氯离子
• 2和CH₃OH等'>2.4.2.2.2 间接还原剂—SO₂和CH₃OH等
• 2.4.2.3 黄铁矿法发生二氧化氯的机理
• 2.4.2.4 氯酸盐法发生二氧化氯的机理
• 2.5 本章小结
• 第三章 二氧化氯非稳定性研究
• 3.1 二氧化氯制备工艺概述
• 3.2 实验器材
• 3.2.1 实验原料
• 3.2.2 实验设备
• 3.3 实验方法
• 3.4 实验分析
• 3.4.1 碘量法
• 3.4.2 连续碘量法分析流程
• 3.4.2.1 流程
• 3.4.2.2 仪器与试剂
• 3.5 实验结果与讨论
• 3.5.1 简述
• 3.5.2 单因素探讨
• 3.5.2.1 黄铁矿对反应的影响
• 3.5.2.2 氯酸钠对反应的影响
• 3.5.2.3 硫酸浓度对反应的影响
• 3.6 正交实验
• 3.6.1 概率
• 3.6.2 实验部分
• 3.6.3 实验结果分析
• 3.6.3.1 二氧化氯产率分析
• 3.6.3.2 二氧化氯纯度分析
• 3.6.3.3 作图
• 3.6.3.4 结论
• 3.7 尾液的排放处理
• 3.7.1 尾液的排放
• 3.7.2 尾液的循环使用
• 3.8 工艺流程图
• 3.9 本章小结
• 第四章 稳定性二氧化氯
• 4.1 概述
• 4.2 二氧化氯的光化学与热分解作用
• 4.3 现有的稳定性二氧化氯制品
• 4.3.1 稳定性二氧化氯水溶液
• 4.3.2 固体二氧化氯制品
• 4.3.2.1 吸附型二元包装固体二氧化氯
• 4.3.2.2 溶水使用的二元包装固体二氧化氯
• 4.3.2.3 凝胶型固体二氧化氯
• 4.3.2.4 非吸附型稳态固体二氧化氯
• 4.3.2.5 一元包装的固体二氧化氯
• 4.4 稳定性二氧化氯的实验研究
• 4.4.1 概述
• 4.4.2 实验原料
• 4.4.3 实验方法
• 4.4.4 分析方法
• 4.4.4.1 二氧化氯含量的测定
• 4.4.4.1.1 方法提要
• 4.4.4.1.2 试剂和材料
• 4.4.4.1.3 分析步骤
• 4.4.4.1.4 二氧化氯含量的计算
• 4.4.4.1.5 允许误差
• 4.4.4.2 砷含量的测定（砷斑法）
• 4.4.5 实验结果及分析
• 4.4.5.1 时间对二氧化氯稳定化吸收的影响
• 4.4.5.2 pH值改变量对二氧化氯稳定化吸收的影响
• 4.4.5.3 稳定剂配比对二氧化氯稳定化吸收的影响
• 4.4.6 砷含量的测定
• 4.4.7 尾液的循环使用
• 4.4.8 稳定性溶液二氧化氯产品的鉴定
• 4.4.8.1 鉴定标准
• 4.4.8.2 鉴定结果
• 4.4.9 稳定性二氧化氯的存在形式及存在机理讨论
• 4.4.9.1 稳定性二氧化氯的存在形式
• 4.4.9.2 机理讨论
• 4.5 本章小结
• 第五章 扩大化实验研究
• 5.1 概述
• 5.2 实验原料
• 5.3 实验设备
• 5.4 实验方法
• 5.5 实验结果及分析
• 5.6 产品成本比较
• 5.7 前景预测
• 第六章 结论
• 6.1 概述
• 6.2 主要结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录 攻读硕士期间发表的论文