Дезинфицирующее средство на основе гипохлорита натрия

Торговое название: Гипохлорит Натрия 13 %.
Формула: NaClO
Раствор гипохлорита натрия представляет собой сильнощелочное и окисляющее вещество, с изменчивым рН от 12 до 14. Гипохлорит натрия при реакциях с кислотами и кислотореагирующими веществами выделяется хлористый газ. Гипохлорит натрия марки А применяется для дезинфекции воды в системе хозяйственно-питьевого водоснабжения, воды плавательных бассейнов, бытовых и промышленных сточных вод. Гипохлорит натрия также широко применяется в специальных процессах промышленности. Растворы гипохлорита натрия и кальция используют взамен хлорной извести и ДТСГК при текущей, заключительной и профилактической дезинфекции для обеззараживания различных предметов и выделений в очагах инфекционных заболеваний, а также для обеззараживания специальных объектов. Обеззараживание проводят орошением, протиранием, мытьем, замачиванием объектов, не портящихся при таком способе обработки.
(Инструкция по применению растворов гипохлорита натрия и кальция для целей дезинфекции)
Качество Гипохлорита натрия марки А контролируют по следующим показателям:
• внешний вид — жидкость зеленовато-желтого цвета;
• коэффициент светопропускания, % — не менее 20;
• массовая концентрация активного хлора, г/дм3 — не менее 190 (на момент отправки с завода-изготовителя);
• массовая концентрация щелочи в пересчете на NaOH, г/дм3 — 10-20;
• массовая концентрация железа, г/дм3 — не более 0,02;
Пригодность гипохлорита натрия при хранении определяется по остаточной концентрации активного хлора, которая должна быть не ниже рекомендуемой в нормативной документации для обеззараживания воды. Концентрацию гипохлорита натрия определяют по содержанию активного хлора. Как технический продукт гипохлорит натрия представляет собой раствор, содержащий гипохлорит натрия, хлорид и гидроксид натрия. Изготовители гарантируют концентрацию активного хлора в техническом растворе в момент его отправки с завода.
МЕРЫ ПРЕДОСТОРОЖНОСТИ ПРИ ОБРАЩЕНИИ
Для избегания несчастных случаев:
• Применять защитные очки, резиновые перчатки, при необходимости респиратор и защитную одежду.
• Душ или иная точка доступа к воде должна находиться рядом.
• Должна быть обеспечена хорошая вентиляция.
• Маркировки емкостей и цистерн должны быть в соответствии с нормами и требованиями.
• Обязателен надлежащий инструктаж персонала.

Гипохлорит натрия

Растворы гипохлорита натрия используются для дезинфекции и обеззараживания воды около 100 лет. Многолетняя практика использования растворов гипохлорита натрия для обработки воды, как в нашей стране так и за рубежом показывает, что реагенты могут использоваться в широком диапазоне:

  • для дезинфекции воды в плавательных бассейнах и водоемах различного назначения;
  • для обработки природных и сточных вод в системе хозяйственно-питьевого водоснабжения;
  • при обработке бытовых и промышленных сточных вод и др.

Использование растворов гипохлорита натрия для дезинфекции воды плавательных бассейнов и прудов позволяет получать чистую прозрачную воду, лишенную водорослей и бактерий. При обработке бассейнов растворами гипохлорита натрия необходимо тщательно контролировать содержание активного хлора в воде. Важное значение имеет поддержание Ph на определенном уровне, обычно 7,4-8,0, а лучше 7,6-7,8. Регулирование Ph осуществляется введением специальных добавок.

Содержание остаточного хлора в воде плавательных бассейнов должно находиться на уровне 0,3-0,5 мг/дм3. Надежное обеззараживание в течение 30 мин. обеспечивают растворы, содержащие 0,1-0,2% гипохлорита натрия. При этом содержание активного хлора в зоне дыхания не должно превышать 0,1 мг/дм3 в публичных плавательных бассейнах и 0,03 мг/м3 в спортивных плавательных бассейнах. Замена газообразного хлора гипохлоритом натрия приводит к снижению выделения хлора в воздух, и, кроме того, позволяет легче поддерживать остаточное количество активного хлора в воде. Использование растворов гипохлорита натрия для обработки питьевой воды предпочтительно на стадии предварительного окисления и для стерилизации воды перед подачей ее в распределительную сеть. Обычно в систему водоочистки растворы гипохлорита натрия вводят после разбавления примерно в 100 раз. При этом, помимо снижения концентрации активного хлора, снижается также величина Ph (c 12-13 до 10-11), что способствует повышению дезинфицирующей способности раствора. Гипохлорит натрия широко применяется: для обработки бытовых и промышленных сточных вод; для разрушения животных и растительных микроорганизмов; устранения запахов; обезвреживания промышленных стоков, в том числе содержащих цианистые соединения. Он может быть использован также для обработки воды, содержащей аммоний, фенолы и гуминовые вещества. Гипохлорит натрия также используется для обезвреживания промышленных стоков от цианистых соединений; для удаления из сточных вод ртути и для обработки охлаждающей конденсаторной воды на электростанциях.

Основные свойства гипохлорита натрия:

Гипохлорит натрия (натриевая соль хлорноватистой кислоты) – NaClO, получают хлорированием водного едкого натра (NaOH). Промышленностью выпускается в виде водных растворов различной концентрации. Малоконцентрированные растворы гипохлорита натрия получают электролизом раствора хлорида натрия (NaCl) в специальных электрохимических установках, как правило, непосредственно у потребителя. Водные растворы гипохлорита натрия стали использоваться для дезинфекции с самого зарождения хлорной промышленности. Благодаря высокой антибактериальной активности и широкому спектру действия на различные микроорганизмы, это дезинфицирующее средство находит применение во многих направлениях человеческой деятельности. Дезинфицирующее действие гипохлорита натрия основано на том, что при растворении в воде он точно так же, как хлор, образует хлорноватистую кислоту, которая оказывает непосредственное окисляющее и дезинфицирующее действие.

NaClO + H2O→← NaOH + HClO

Существуют растворы гипохлорита натрия различных марок.

Основные физико-химические показатели растворов гипохлорита натрия, выпускаемых в РФ:

Наименование показателя Норма для марок
По По
Марка А Марка Б Марка А Марка Б Марка В Марка Г Марка Э
1 2 3 4 5 6 7 8
1. Внешний вид Жидкость зеленовато-желтого цвета Бесцветная жидкость
2. Коэффициент светопропускания, %, не менее 20 20 Не регламентируется
3. Массовая концентрация активного хлора, г/дм 3, не менее 190 170 120 120 190 120 7
4. Массовая концентрация щелочи в пересчете на NaOH, г/дм 3, не менее 10-20 40-60 40 90 10-20 20-40 1
5. Массовая концентрация железа, г/дм 3, не более 0,02 0,06 120

Растворы гипохлорита натрия различных марок применяют:

  • раствор марки А по – в химической промышленности, для обеззараживания питьевой воды и воды плавательных бассейнов, для дезинфекции и отбелки;
  • раствор марки Б по – в витаминной промышленности, как окислитель;
  • раствор марки А по – для обеззараживания природных и сточных вод в хозяйственно-питьевом водоснабжении, дезинфекции воды рыбохозяйственных водоемов, в пищевой промышленности, для получения отбеливающих средств;
  • раствор марки Б по – для дезинфекции территорий, загрязненных фекальными сбросами, пищевыми и бытовыми отходами; обеззараживания сточных вод;
  • раствор марки В, Г по – для дезинфекции воды рыбохозяйственных водоемов;
  • раствор марки Э по – для дезинфекции аналогично марке А , а также дезинфекции в медико-санитарных учреждениях, предприятиях общественного питания, санаториях, детских учреждениях, бассейнах, объектах ГО и др., а также обеззараживания питьевой воды, стоков, отбеливания.

Необходимо отметить, что для изготовления растворов гипохлорита натрия марок А и Б по и растворов марки А по не допускается применение абгазного хлора от хлоропотребляющих органических и неорганических производств, а также едкого натра, полученного ртутным методом.

Растворы марки Б по получают из абгазного хлора органических и неорганических производств и диафрагменного или ртутного едкого натра.

Растворы марок В и Г по получают из абгазного хлора стадии сжижения производства хлора и диафрагменного едкого натра с добавлением стабилизирующей добавки — цитраля сорта ”Парфюмерный” по . Растворы марки Э по получают электролизом раствора поваренной соли.

Введение

Гипохлоритами называют соли хлорноватистой кислоты HClO. Наиболее распространенными из них являются гипохлорит натрия, гипохлорит кальция и гипохлорит калия. Гипохлориты широко применяются для обеззараживания питьевой воды, отбеливания, дегазации и дезинфекции. Гипохлориты являются одними из самых важных химических соединений.

Таблица 1. Наиболее распространенные гипохлориты.

Систематическое наименование Традиционное название Хим. формула CAS № М, г/моль
Гипохлорит натрия Хлорноватистокислый натрий, лабарракова вода (гипохлорит натрия в смеси с хлоридом натрия и гидроксидом натрия) NaClO 7681–52–9 74,44
Гипохлорит калия Хлорноватистокислый калий,

жавелевая вода (гипохлорит калия в смеси с гидрокарбонатом калия и хлоридом калия)

KClO 7778–66–7 90,55
Гипохлорит кальция Хлорноватистокислый кальций, хлорная известь (гипохлорит кальция в смеси с хлоридом кальция, оксихлоридом кальция и гидроксидом кальция) Ca(ClO)2 7778–54–3 142,98

История открытия

В 1774 г. шведский химик Карл Вильгельм Шееле получил хлор (Cl2) в результате взаимодействия оксида марганца(IV) MnO2 и соляной кислоты (HCl). Позже, в 1785 г. французский химик Клод Луи Бертолле обнаружил, что водный раствор газообразного хлора («хлорная вода»), содержащий хлорноватистую и хлороводородную кислоты, может отбелить белье, и сообщил о своих выводах Французской академии наук.

Cl2 + H2O = HClO + HCl

Знания об отбеливающих свойствах хлора были незамедлительно использованы Джеймсом Уаттом на текстильной фабрике в Глазго. Несмотря на то, что отбеливание с использованием хлора был значительно эффективнее традиционных способов отбеливания солнечным светом, слабыми растворами кислот и щелочей, применение хлора ограничивалось его токсичностью и разрушающим действием на ткани. Для стабилизации раствора газообразного хлора в воде и безопасности его применения, в 1787 г. на Парижском предприятии Societe Javel хлор стали пропускать через водный раствор карбоната калия (поташа)

Cl2 + K2СO3 = 2KHCO3 + KClO + KCl.

Глава предприятия Леонард Альбан назвал новый продукт «Eau de Javel» («жавелевая вода»), и вскоре белильная жидкость стала популярной во Франции и Англии.

В 1820 г. француз Антуан Лабаррак усовершенствовал способ получения отбеливателя, заменив поташ на более дешевый гидроксид натрия (каустическую соду). Полученный раствор гипохлорита и хлорида натрия получил название «Eau de Labarraque» («лабарракова вода»).

Cl2 + 2NaOH = NaClO + NaCl + H2O.

Широкое применение гипохлоритов для обеззараживания питьевой воды и дезинфекции стало возможным гораздо позже, в начале XX века, благодаря развитию промышленного производства хлора электролизом поваренной соли.

Физические свойства

Гипохлориты встречаются нам преимущественно в виде водных растворов, хотя некоторые из них можно выделить в твердом виде. Так, известен безводный гипохлорит натрия, который представляет собой неустойчивое бесцветное кристаллическое вещество. Из кристаллогидратов наиболее устойчивой формой является NaClO×5H2O. Это соединение представляет собой белые или бледно-зеленые ромбические кристаллы, расплывающиеся на воздухе. При нагревании пентагидрата гипохлорита натрия до температуры 24,4°С, он плавится. Кристаллогидрат NaClO×2,5H2O плавится при температуре 57,5°С. Моногидрат крайне неустойчив и разлагается выше 60°С, при более высоких температурах разложение протекает со взрывом.

Таблица 2. Плотности и температуры замерзания водных растворов гипохлорита натрия.

Концентрация, % 1 2 4 6 8 10 14
Плотность, г/мл (18 °С) 1,0053 1,0121 1025,8 1,0397 1,0538 1,0681 1,0977
Концентрация, % 18 22 26 30 34 38 40
Плотность, г/мл (18 °С) 1,1288 1,1614 1,1953 1,2307 1,2680 1,3085 1,3285
Концентрация, % 2 4 6 8 10 12 15,6
tзам, °С – 2,2 – 4,4 – 7,5 – 10,0 – 13,9 – 19,4 –29,7

В отличие от гипохлорита калия, известного только в растворах, гипохлорит кальция можно выделить в форме бесцветных кристаллов, устойчивых в сухой атмосфере без углекислого газа. Из водных растворов гипохлорит кальция можно выделить в виде кристаллогидратов Ca(ClO)2×2H2O, Ca(ClO)2×3H2O, Ca(ClO)2×4H2O.

Кислотно-основное равновесие между хлорноватистой кислотой и гипохлорит-ионом описывается обратимой реакцией с константой равновесия Ka = 2,63×10–8 при 20°С.

HClO = H+ + ClO–.

Используя константу равновесия Ka, можно рассчитать мольное долевое распределение хлорноватистой кислоты и гипохлорит-ионов в зависимости от рН (рис.1).

Данные свидетельствуют, что при подкислении растворов гипохлоритов увеличивается доля неустойчивой хлорноватистой кислоты. При рН < 7,58 в растворе присутствует преимущественно хлорноватистая кислота, а при рН > 7,58 существуют преимущественно гипохлорит-ионы.


Рис. 1. Мольное долевое распределение хлорноватистой кислоты и гипохлорит-ионов в зависимости от кислотности среды.

Химические свойства

Гипохлориты являются неустойчивыми соединениями, легко разлагающимися с выделением кислорода. Разложение твердых гипохлоритов натрия и кальция можно представить уравнениями

2NaClO = 2NaCl + O2 и 2Сa(ClO)2 = СaCl2 + O2.

Процессы при комнатной температуре происходят медленно, а при нагревании могут протекать со взрывом. Параллельно реакциям, сопровождающимся образованием хлоридов и свободного кислорода, могут протекать реакции диспропорционирования

3NaClO = NaClO3 + 2NaCl и 3Сa(ClO)2 = Ca(ClO3)2 + 2СaCl2.

Разложение гипохлоритов в водных растворах зависит от кислотности раствора и его температуры. В сильнокислых средах при рН ≤ 3 хлорноватистая кислота при комнатной температуре разлагается до хлора и кислорода

4HClO = 2Cl2 + O2 + 2H2O.

Если при подкислении используется соляная кислота или в растворе присутствуют хлориды, образование кислорода не происходит

HClO + HCl = Cl2 + H2O.

Хлорноватистая кислота очень слабая, поэтому она может быть вытеснена из раствора ее солей действием углекислого газа

ClO– + CO2 + H2O = HCO3– + HClO.

В слабокислых и нейтральных средах при 3 < рН < 7,5 протекает следующая окислительно-восстановительная реакция

2HClO = 2HCl + O2.

В нейтральных и щелочных растворах имеет место конкурирующая реакция образования хлоридов и хлоратов

3ClO– = ClO3– + 2Cl–.

При комнатной температуре реакция диспропорционирования протекает медленно, но при температурах выше 70°С эта реакция становится преобладающей.

В щелочных средах при рН > 7,5 в растворах преобладают гипохлорит-ионы, разлагающиеся следующим образом:

2ClO– = 2Cl– + O2.

Стабилизация гипохлоритов в водных растворах. Соли хлорноватистой кислоты значительно устойчивее самой кислоты. С ростом рН уменьшается мольная доля хлорноватистой кислоты в растворе и тем самым повышается стабильность гипохлоритов (рис. 1). В области рН > 11 содержание хлорноватистой кислоты крайне низкое, однако, и при этой кислотности наблюдается медленное разложение соединений хлора(I). Протекающие реакции можно записать в виде:

2ClO– = ClO2– + Cl–, (1)

ClO2– + ClO– = ClO3– + Cl–, (2)

2ClO– = O2 + 2Cl–. (3)

Около 95% от общего количества гипохлорит-ионов разлагается в результате последовательных реакций (1) и (2), причем реакция (1) является самой медленной (лимитирующей) и определяет общую скорость процесса. Реакция (3) не является основной, но отвечает за выделение кислорода, количество которого может быть значительным.

В присутствии некоторых ионов металлов, например, меди, никеля, кобальта наблюдается каталитическое разложение гипохлорит-ионов. Ионы железа обладают слабым каталитическим действием и являются сокатализаторами в сочетании с другими ионами металлов. В простейшем случае, при содержании ионов меди(II) в растворе в концентрации 1мг/кг порядки гомогенной реакции по гипохлориту и по меди(II) равны единице.

Гетерогенный катализ металлами и их нерастворимыми соединениями, является сложным и плохо воспроизводимым. Из нерастворимых катализаторов наибольшее мешающее влияние оказывает никель и его оксиды, которые попадают в растворы гипохлоритов при их контакте с легированными никелевыми сталями, используемыми для изготовления трубопроводов и резервуаров.

На константы скорости реакций (1)-(3) большое влияние оказывает ионная сила растворов. Высокие концентрации электролитов уменьшают константы скорости реакций и обеспечивают разумную стабильность при хранении растворов электролитов. Увеличение концентрации гипохлорит-ионов, напротив, уменьшает их стабильность в водных растворах. На рис. 2 показан феномен «кривой пересечения». Растворы гипохлорита натрия с концентрацией 9% и 5% при хранении разлагаются настолько, что через 50 недель показывают одинаковую концентрацию вещества, а через 100 недель первоначально более концентрированный раствор содержит гипохлорит-ионов меньше, чем разбавленный.


Рис. 2. Разложение гипохлорита натрия различных концентраций при 30°С.

Повышение температуры способствует ускорению процессов разложения гипохлоритов, поэтому целесообразно хранить растворы гипохлоритов в прохладном месте для обеспечения срока годности (рис. 3).


Рис. 3. Влияние температуры на разложение 5%-ного раствора NaClO.

Для стабилизации водных растворов гипохлоритов, а так же продуктов на их основе, каждый производитель применяет собственные методы, которые редко публикуются в виде статей. Однако известны некоторые запатентованные методы, которые, не претендуя на полноту, можно представить следующим списком:

  • удаление хлорид-ионов, сопутствующих гипохлорит-ионам, методом кристаллизации;
  • приготовление хлорноватистой кислоты, свободной от хлорид-ионов, методами электродиализа, дистилляции и жидкостной экстракции с последующей нейтрализацией щелочью;
  • добавление многоатомных спиртов (например галактита, маннита, сорбита, инозита и пентаэритрита);
  • добавление амидов;
  • осаждение и фильтрация после добавления соединений щелочноземельных металлов;
  • добавление перйодатов или перйодат-образующих соединений, способных образовывать комплексы с ионами металлов – катализаторов разложения гипохлоритов;
  • добавление силикатов совместно с добавками или без добавок;
  • добавление бромидов;
  • добавление арилсульфаниламидов или их производных;
  • увеличение светостойкости гипохлоритов путем добавления солей имидодисульфатов; солей церия и ЭДТА; феррицианидов; изоциануровой кислоты и цитрата натрия;
  • добавление избытка хлорида железа с последующей фильтрацией;
  • добавление гептоната натрия или боргептоната натрия;
  • добавление 2-оксазолидинонов;
  • добавление фосфата натрия;
  • добавление бихромата калия;
  • добавление солей кальция;
  • добавление полидентатных гетероароматических соединений.

Направление окислительно-восстановительных процессов с участием гипохлорит-ионов и хлорноватистой кислоты обусловлены значениями стандартных электродных потенциалов полуреакций в водной среде:

в кислой среде

2HClO + 2H+ + 2e– = Cl2 + 2H2O, E° = 1,630 В,

HClO + H+ + 2e– = Cl– + H2O, E° = 1,500 В.

в нейтральной и щелочной среде

ClO– + H2O + 2e– = Cl– + 2OH–, E° = 0,890 В,

2ClO– + 2H2O + 2e– = Cl2 + OH–, E° = 0,421 В.

Таким образом, гипохлорит-ионы и хлорноватистая кислота обладают выраженными окислительными свойствами, причем их окисляющая способность в кислой среде значительно выше, чем в нейтральной и щелочной средах.

Дезинфицирующее действие

Гипохлориты являются одними из лучших антибактериальных средств. Они убивают микроорганизмы очень быстро даже при очень низких концентрациях.

Наивысшее бактерицидное действие гипохлоритов проявляется в нейтральной среде, когда концентрации хлорноватистой кислоты и гипохлорит-ионов приблизительно равны (рис. 1). Образующиеся при разложении гипохлоритов активные частицы (атомарный кислород и хлор) обладают высоким биоцидным действием. Они уничтожают микроорганизмы, взаимодействуя с биополимерами в их структуре, способными к окислению. Аналогичным образом, например, действуют клетки человека нейтрофилы, гепатоциты и др., которые синтезируют хлорноватистую кислоту и сопутствующие высокоактивные радикалы для борьбы с микроорганизмами и чужеродными субстанциями.

Бактерицидная активность гипохлоритов настолько велика, что они способны привести к гибели дрожжеподобных грибов, вызывающих кандидоз, Candida albicans, в течение 30 секунд при действии 5,0 – 0,5%-го гипохлоритного раствора. Патогенный Enterococcus faecalis погибает через 30 секунд после обработки 5,25%-ым раствором и через 30 минут после обработки 0,5%-ым раствором. Грамотрицательные анаэробные бактерии, такие как Porphyromonas gingivalis, Porphyromonas endodontalis и Prevotella intermedia, погибают в течение 15 секунд после обработки 5,0 – 0,5%-м раствором гипохлорит-ионов.

Несмотря на высокую биоцидную активность гипохлоритов, некоторые потенциально опасные простейшие организмы, например, возбудители лямблиоза или криптоспоридиоза, к сожалению, устойчивы к его действию.

При помощи гипохлорит-ионов можно успешно обезвреживать различные токсины (табл. 3).

Таблица 3. Результаты инактивации токсинов при 30-минутной экспозиции различных концентраций гипохлорита натрия («+» – токсин инактивирован; «–» – токсин остался активен).

Методы анализа

Качественными реакциями на гипохлорит-ион могут служить:

  • окисление йодид-иона до йода в сильнокислой среде;
  • выпадение коричневого осадка метагидроксида таллия(III) (TlO(OH)) при действии щелочного раствора соли таллия (I);
  • цветная реакция с 4,4´-тетраметилдиаминодефенилметаном или N,N´-диокситрифенил метаном в присутствии бромата калия.

Наиболее распространенным методом количественного анализа гипохлорит-иона является титриметрический метод с использованием йодида калия. Для проведения испытания водный раствор или водную суспензию, содержащие гипохлорит-ион, смешивают с избытком раствора йодида калия в сернокислой среде. Выдерживают герметично закрытую смесь в течение 5 минут в темном месте. Выделившийся йод титруют стандартизированным раствором тиосульфата натрия. В качестве индикатора вблизи точки эквивалентности используют крахмальный раствор.

При количественном определении гипохлорит-иона косвенным йодометрическим методом результаты анализа пересчитывают на концентрацию «активного хлора» в ыделившегося при реакции

2H+ + ClO– + Cl– = Cl2 + H2O.

Альтернативным методом количественного определения гипохлорит-иона является потенциометрический анализ с использованием бром-ионселективного электрода. Концентрацию гипохлорит-иона находят методом добавок анализируемого раствора к стандартному раствору или методом уменьшения концентрации анализируемого раствора при его добавлении к стандартному раствору.

Способы получения наиболее важных товарных продуктов

Крупнотоннажными гипохлоритсодержащими продуктами являются гипохлорит натрия и гипохлорит кальция. Их глобальный объем производства превышает 1 млн тонн/год. При этом почти половина этого объема используется в быту, а другая половина в промышленности. Гипохлорит калия, являющийся исторически первым гипохлоритом, нашедшим промышленное применение, производится в ограниченном количестве.

Для промышленного производства гипохлорита натрия используются химический и электрохимический методы. При химическом методе производится хлорирование водных растворов гидроксида натрия. Суть химического превращения не изменилась со времен его открытия и применения Лабарраком

Cl2 + 2NaOH = NaClO + NaCl + H2O.

Существуют две производственные схемы данного метода:

  • основной процесс, в результате которого производится 16%-ный раствор гипохлорита натрия в смеси с хлоридом натрия и гидроксидом натрия (рис. 4).
  • низко-солевой или концентрированный процесс позволяет получить концентрированные растворы (25–40%) гипохлорита натрия с меньшим содержанием примесей. Его отличие от основного способа заключается в добавлении второй стадии хлорирования. Во второй реактор подается не гидроксид натрия, а раствор гипохлорита натрия из первого реактора, в результате происходит концентрирование готового продукта (рис. 5).


Рис. 4. Химический метод получения гипохлорита натрия основным процессом (рис. с сайта https://ru.wikipedia.org)

Рис. 5. Химический метод получения гипохлорита натрия концентрированным процессом (рис. с сайта https://ru.wikipedia.org)

При электрохимическом методе получения гипохлорита натрия водный раствор хлорида натрия подвергается электролизу в электролизере с открытыми электродными зонами (бездиафрагменный способ). Гидроксид натрия, образующийся на катоде, и хлор, выделяющийся на аноде, беспрепятственно смешиваются в ходе электрохимического процесса

NaCl + H2O = NaClO + H2(суммарная реакция).

Гипохлорит кальция производится в виде хлорной извести, представляющей собой смесь целевого продукта с хлоридом кальция и гидроксидом кальция. В качества сырья для получения хлорной извести используется порошкообразный гидроксид кальция (пушенка), содержащий менее 1% свободной влаги и разбавленный влажным воздухом хлор. Небольшая влажность исходных веществ обеспечивает начало реакции гидролиза хлора, сопровождающейся нейтрализацией образующихся кислот известью. Затем реакция продолжается за счет воды, выделяющейся из гидроксида кальция при хлорировании

2Сa(OH)2 + 2Cl2 = Сa(ClO)2 + СaCl2 + 2H2O (суммарно).

Хлорирование пушенки осуществляется в аппаратах непрерывного действия – механических полочных камерах Бакмана.

Таблица 4. Производители гипохлорита натрия в России.

Характеристика товарных гипохлоритов, обращение, хранение и транспортировка

В Российской Федерации гипохлориты производятся в соответствии с ГОСТ 11086–76 «Гипохлорит натрия. Технические условия» и ГОСТ 1692–85 «Известь хлорная. Технические условия». Гипохлорит натрия по назначению и показателям выпускается двух марок «А» и «Б» (табл. 5).

Таблица 5. Физико-химические показатели и назначение гипохлорита натрия по ГОСТ 11086–76

Наименование показателя Марка А Марка Б
Внешний вид Жидкость зеленовато-желтого цвета
Коэффициент светопропускания, % не менее 20 20
Массовая концентрация активного хлора, г/дм3, не менее 190 170
Массовая концентрация щелочи в пересчете на NaOH, г/дм3 10–20 40–60
Массовая концентрация железа, г/дм3, не более 0,02 0,06
Область применения В химической промышленности для обеззараживания питьевой воды и воды плавательных бассейнов, для дезинфекции и отбелки В витаминной промышленности как окислитель и для отбеливания ткани

Гипохлорит натрия должен храниться в специальных полиэтиленовых, стальных гуммированных или других, покрытых коррозионно-стойкими материалами ёмкостях, наполненных на 90% объёма и оборудованных воздушником для сброса образующегося при распаде кислорода. Емкости с гипохлоритом натрия хранят в защищённых от света закрытых складских неотапливаемых помещениях. Перевозка продукции осуществляется в соответствии с правилами транспортировки опасных грузов.

Хлорная известь в зависимости от способа получения выпускается двух марок «А» и «Б» и трех сортов для каждой марки (табл. 6).

Таблица 6. Физико-химические показатели и способ получения хлорной извести по ГОСТ 1692–85

Наименование показателя Марка А Марка Б
1-й сорт 2-й сорт 3-й сорт 1-й сорт 2-й сорт 3-й сорт
Внешний вид Порошок белого цвета или слабоокрашенный, с наличием комков
Массовая концентрация активного хлора, %, не менее 28 25 20 35 32 27
Коэффициент термостабильности, не менее 0,90 0,90 0,80 0,75 0,70 0,60
Способ получения Хлорирование пушенки в кипящем слое Хлорирование пушенки в аппаратах Бакмана

Хлорную известь упаковывают в полиэтиленовые мешки и стальные барабаны, окрашенные со всех сторон химически стойкой краской. Хлорную известь хранят в закрытых складских неотапливаемых, затемненных и хорошо проветриваемых помещениях. Не допускается хранение с хлорной известью взрывчатых веществ, огнеопасных грузов и баллонов со сжатыми газами. Гарантийный срок хранения хлорной извести марки А 1-го и 2-го сортов – 3 года со дня изготовления, марки А 3-го сорта и марки Б – 1 год со дня изготовления. Перевозка продукции осуществляется в соответствии с правилами транспортировки опасных грузов.

Требования безопасности

Гипохлориты являются окислителями, вызывающими раздражение кожных покровов и слизистых оболочек. Гипохлориты при попадании на кожу могут вызвать ожоги, а при попадании в глаза – слепоту. При попадании гипохлоритов на кожные покровы необходимо обмывать их обильной струей воды в течение 10–15 мин. При попадании гипохлоритов в глаза следует немедленно промыть их обильным количеством воды и направить пострадавшего к врачу. Приём внутрь разбавленных растворов (3 – 6%) гипохлоритов приводит обычно только к раздражению пищевода и иногда ацидозу, в то время как концентрированные растворы способны вызвать довольно серьёзные повреждения, вплоть до перфорации желудочно-кишечного тракта. При работе с гипохлоритами следует иметь специальные средства защиты: защитные очки, резиновые сапоги, резиновые перчатки, фартук из прорезиненной ткани и противогаз, а также использовать специальную одежду.

Несмотря на свою высокую химическую активность, безопасность гипохлоритов для человека документально подтверждена исследованиями токсикологических центров Северной Америки и Европы. Результаты показывают, что гипохлориты не являются мутагенными, канцерогенными и тератогенными соединениями, а также кожными аллергенами. Международное агентство по изучению рака пришло к выводу, что питьевая вода, прошедшая обработку гипохлоритом натрия, не содержит человеческих канцеро- генов.

При нагревании выше 35°С растворы гипохлоритов разлагаются с образованием хлоратов и выделением кислорода. Слабощелочной раствор достаточно устойчив. Растворы гипохлоритов негорючи и невзрывоопасны. Однако в процессе высыхания гипохлориты могут вызвать загорание органических продуктов и горючих веществ. При взаимодействии гипохлоритов с кислотами выделяется токсичный хлор (раздражающий и удушающий эффект), поэтому не допускается смешение и совместное хранение данных веществ.

При работе с гипохлоритами производственные помещения должны быть оборудованы приточно-вытяжной вентиляцией. Оборудование должно быть герметичным. Негерметичные узлы должны быть снабжены местными вентиляционными отсосами.

Применение в средствах бытовой химии

Применение гипохлоритов в средствах бытовой химии обусловлено их окислительными и дезинфицирующими свойствами. Гипохлориты являются основными действующими веществами в химических отбеливателях, пятновыводителях, средствах для обеззараживания воды в бассейнах, в чистящих и моющих средствах с дезинфицирующим эффектом.

Отбеливатели

Мировое производство гипохлорита натрия оценивается в 5 миллионов тонн. Более половины всего производимого гипохлорита натрия используется в качестве отбеливателя и пятновыводителя для тканей. Гипохлорит натрия может быть использован для многих видов тканей, включая хлопок, полиэстер, нейлон, ацетат, лен, вискозу и другие. Он эффективен для удаления следов почвы и широкого спектра пятен, в том числе, от кофе, крови, травы, горчицы, ягодных и фруктовых соков и т.д.

Содержание гипохлорита натрия в отбеливателях и пятновыводителях для тканей обычно находится в диапазоне от 2,5 до 10%. В большинстве случаев эти средства выпускаются в жидкой форме в пластиковых бутылках или канистрах. Дополнительными компонентами отбеливателей являются поверхностно-активные вещества, модификаторы реологии, оптические отбеливатели, стабилизаторы разложения и др.

Преимуществами отбеливателей на основе гипохлоритов являются:

  • быстрое и качественное отбеливание;
  • использование отбеливателя без нагревания и даже в холодной воде;
  • доступная цена;
  • более удобная форма выпуска: не «пылят», в отличие от порошков и легко дозируются;
  • многофункциональность, так как помимо отбеливания и удаления пятен подходят для дезинфекции различных поверхностей.

Недостатками отбеливателей на основе гипохлоритов являются:

  • активное использование хлорсодержащих отбеливателей приводит к тому, что ткани быстрее изнашиваются и, как следствие, легко рвутся;
  • невозможность отбеливания шёлковых, шерстяных и некоторых синтетических волокон из-за интенсивного разрушения;
  • относительно короткий срок хранения;
  • невозможность использования в автоматической стиральной машине, особенно в сочетании с современными порошками;
  • сильный специфичный запах хлора.

Моющие и чистящие средства с дезинфицирующими свойствами

Гипохлориты используются во многих жидких и порошкообразных средствах:

  • для автоматических посудомоечных машин;
  • для ухода за ванными комнатами, душевыми и туалетами;
  • для очистки кухонных плит;
  • для мытья каменных и бетонных полов;
  • для очистки коптилен и грилей;
  • очистки канализационных сливов;
  • для уборки поверхностей в кухнях и столовых и др.

Эффективность очистки средствами, содержащими гипохлорит-ионы, обусловлена их сильным окисляющим действием. При деструкции крупных молекул загрязнителей образуются низкомолекулярные продукты разложения, характеризующиеся высокой растворимостью, отсутствием окраски и запаха. Одновременно с очищающим действием, гипохлориты проявляют высокую дезинфицирующую способность. В целом эффективность гипохлоритов возрастает с увеличением концентрации и температуры раствора, а так же при понижении кислотности раствора.

Гипохлоритсодержащие средства с дезинфицирующими свойствами обладают следующими достоинствами:

  • эффективны в отношении различных бактерий, грибов и вирусов;
  • дезинфицирующая активность мало зависит от жесткости воды;
  • при использовании не образуют побочных токсичных продуктов;
  • выпускаются в жидкой, порошкообразной и гранулированной формах.

К недостаткам можно отнести:

  • нестабильность и потерю активности с увеличением температуры и при взаимодействии с органическими веществами;
  • снижение биологической активности с увеличением кислотности среды;
  • коррозия нержавеющей стали и других металлов, что допускает лишь кратковременный контакт с поверхностями и оборудованием из металлов;
  • потеря активности при хранении на свету;
  • ограниченный перечень поверхностно-активных веществ, комплексообразователей, красителей, отдушек, способных быть устойчивыми в композиции моющего или чистящего средства, содержащего гипохлориты.

В заключение следует отметить, что рост производства и потребления гипохлоритов составляет более 2,5% ежегодно. Причем более половины всех произведенных гипохлоритов используется для бытовых целей, а менее половины для промышленных. Широкое использование гипохлоритов в средствах бытовой химии стало возможным благодаря их коммерческой доступности и высокой эффективности. Гипохлорит натрия является безусловным лидером среди других солей хлорноватистой кислоты, занимая 91% мирового рынка. Почти 9% остается за гипохлоритом кальция. Использование гипохлорита калия имеет историческое значение, однако, объемы его современного применения незна- чительные.

Источники

  • от 5 канистр 1700руб
    от 10 канистр 1600руб
    от 40 канистр 1500руб
    от 80 канистр 1400руб

    1 800 руб.

  • 1 500 руб.
  • 1 000 руб.
  • 23,50 руб.

Гипохлориты обычно имеют щелочной характер и могут применяться для повышения уровня рН воды. С изменением рН воды меняются соотношения между хлорноватистой кислотой (HСlO) и ионами — гипохлорита (ClO-). С возрастанием рН хлорноватистая кислота уменьшается, распадаясь на ионы Н+ и ионы ClO-. Смотрите таблицу внизу. При высоких значениях рН в воде HСlO превращается в неактивный гипохлорит ион.

рН 4 5 6 7 8 9 10 11
OCl/- в %
HOCl в %
0,05
99,95
0,5
99,5
2,5
97,5
21
79
75
25
97
3
99,5
0,5
99,9
0,1

Избыток активного хлора в ГХН зависимости *С, времени воздействия и рН воды

Для очистки от фенолов(содержание 0,42-14,94 мг/л) используют 9% раствор гипохлорита натрия в количестве 0,2-8,6 мг/л. Степень очистки достигает 99,99%. При обработке гипохлоритом воды, содержащей фенолы, происходит образование фенолоксифенолов.

Дезинфекционные свойства гипохлорита натрия

При дозировании гипохлорита натрия идут следующие реакции:
NaClO + H2O = NaOH + HСlO,
и далее хлорноватистая кислота в в зависимости от рН воды
: HCIO = CIO- + H+
Дезинфектороми окислителем является хлорноватистая кислота HСlO, он — наиболее сильный окислитель чем гипохлорит-ион ОСl/1-
Обычно в систему водоочистки растворы ГХН вводят после разбавления примерно в 100 раз. При этом, помимо снижения концентрации активного хлора, снижается также величина рН (с 12-13 до 10-11), что способствует повышению дезинфицирующей способности раствора. Помимо значения рН на дезинфицирующие свойства раствора оказывают температура и содержание свободного активного хлора. В табл. 2 приведены данные по избытку свободного активного хлора, необходимому для полной стерилизации при различных температурах, времени воздействия и величине рН питьевой воды.

Таблица 2. Использование гипохлорита натрия при обработке воды

Технологический процесс Величина активного хлора, вносимого в воду, мг/л Регистрируемое остаточное содержание активного хлора, мг/л
Хлорирование питьевой воды 3-10 0,3-0,5
Дезинфекция трубопроводов, резервуаров чистой воды, баков водонапорных башен 75-100 0,3-0,5
Обезвреживание бытовых сточных и шахтных вод 5-10 1,5 (не менее)
Обеззараживание циансодержащих стоков 50*10 3-100*10 3

* Взаимное соотношение недисциплинированной хлорноватистой кислоты и гипохлоритного иона зависит от рН воды.
* Для полного подавления жизнедеятельности кишечной палочки, находящейся в воде при рН=8,3 в концентрации 12000 клеток в 1 л, требуется доза бактерицидного продукта по активному хлору, равная 0,8 мг/л.
* При содержании в воде взвешенных частиц требуются большие дозы ГХН.
* При обеззараживании гипохлоритом натрия вместе с одним граммом активного хлора в воду будет вводиться от 8-10 до 40-50 мг/л солей.
Количество вводимых солей зависит от типа исходного раствора хлоридов, концентрации активного хлора в готовом продукте и требуемой дозы на обеззараживание.
* При применении гипохлорита натрия полное обеззараживание наступает при рН=8.3 и дозе по активному хлору 0,8 мг/л,
* Снижение цветности наиболее интенсивно идет при длительности контакта до 30мин.
* Растворы гипохлорита натрия со временем распадаются и несколько теряют свою активность.
NaClO + H2O = NaOH + HСlO, и HСlO нестойкая по природе разлагается по трем направлениям:
хлоратный распад: 3HCIO = HCIO3 + 2HCI
кислородный распад: 2HCIO = 2HCl + O2 (при наличии микро концентрации никеля и меди)
хлорный распад ( в присутствии хлоридов): HClO + NaCl + H2O = NaOH + H2O + Cl2

На скорость разложения раствора ГХН способствуют:
* повышение температуры раствора
* солнечный свет
* наибольшее влияние оказывает концентрация гипохлорит-иона
* контакт с окружающим воздухом.
* Долго хранится 0.8% раствор ГХН, потому что в этом случае переход из ГХН 0,8% в хлорат практический нет. При этом содержание бромата должно быть до 10мг/л.
* При высокой рН воды подача ГХН в воду, присутствует кальций и магний образуется отложение в виде карбонатов и гидрооксидов.

Расчет дозы реагента для водоподготовки

Пример: расход системы водоподготовки составляет 10 м³/ч. Давление перед системой водоподготовки 5 бар.
В исходной воде концентраций железа общего (до 5,0 мг/л) и марганца (0,5 мг/л); перманганат окисляемость (6,0 мг О2/л) и землистый запах (2 балла); значение pH 7.3
С органическими соединениями, такими как оксалаты, гуминовые и фульвокислоты, железо может образовывать комплексные трудно разрушаемые соединения. Принимается решение о первичном хлорировании воды с дозой хлора, обеспечивающей полное окисление двухвалентного железа и марганца, окисление органических соединений и остаточную дозу активного свободного хлора до 0,5 мг/л. Реагенты вводятся перед фильтрами в подающий трубопровод.
Выбор дозы хлора
На окисление 1 мг двухвалентного железа расходуется 0,64 мг хлора. Продолжительность реакции для природных вод с pH = 6–8 составляет всего несколько минут, причем с увеличением pH скорость реакции возрастает.
Расход хлора на окисление 1 мг Mn²+; при отсутствии NH4+; – 1,3 мг/л. Причем надо сказать, что эффективность окисления марганца может быть высокой только при значениях pH, равных 8,0–8,5, что чаще всего потребует подщелачивания. Однако при содержании марганца до 1 мг/л, как показывает практика, при обработке воды хлором достигается практически полная очистка воды от марганца.
Дозу хлора на окисление органических веществ можно ориентировочно принять при значениях перманганатной окисляемости до 8 мг О2/л доза хлора составляет 4–8 мг/л.
Таким образом, доза хлора может быть вычислена:
0,64 ? Fe2+; + 1,3 ? Mn2+; + (4–8) + 0,5 ? 8,5 мг/л

плотность гр/л активный хлор гр/л активный хлор % плотность гр/л активный хлор гр/л активный хлор %
8 0.8 1150 100 9
1020 10 1 1160 110 9.9
1040 20 1.9 1170 120 10.7
1050 30 2.9 1180 130 11.5
1070 40 3.8 1200 140 12.3
1080 50 4.7 1210 150 13
1090 60 5.6 1220 160 13.8
1110 70 6.5 1240 170 14.5
1120 80 7.4 1250 180 15.2
1130 90 8.2 1260 190 15.9

Для приготовления раствора, как правило, используют неумягченную воду, и из раствора может выпадать осадок карбоната кальция (поскольку гипохлорит натрия содержит едкий натр, и pH раствора обычно не менее 8,5).
Особенно заметные отложения образуются после продолжительного отключения насоса, с узкими каналами проточной части, могут полностью блокироваться отложениями.

Расчет расхода дозирующего насоса

Принимаем решение дозировать раствор ГХН с концентрацией 8% по свободному активному хлору.
Необходимо рассчитать дозу ГХН с 8%-м раствором для поддержания в воде активного хлора 8,5 мг/л.
Дано:
Доза по активному хлору: n100% = 8,5 мг/л. Концентрация рабочего раствора: ?= 8% (90 г активного хлора в литре). Плотность рабочего раствора: ? = 1130 г/л. Расход воды по основной магистрали: Q = 10000 л/ч.
Решение:
Доза ГХН = (n100% ? 100%) / ? = (8,5 мг/л ? 100%) / 8% = 106,25 мг/л
Доза ГХН в гр/час = (n8% ? Qчас) / 1000 = (106,25 мг/л ? 10000 л/ч) / 1000 = 1062,5 г/ч
Доза 8% ГХН в л/ = Доза ГХН в гр/час / плотность раствора = 1062,5 г/ч : 1130 г/ч ? 0,94 л/ч
Таким образом, при расходе воды по основной магистрали 10 м?/ч для поддержания дозы свободного хлора 8,5 мг/л необходимо дозировать 0,94 л/ч рабочего 8%-ного раствора NaClO.
Надо рассчитать сколько товарного ГХН необходимо (190 г хлора на 1 л), для того чтобы получить 100 л рабочего 8%-ного раствора.
Дано:
Товарный 15.9% раствор ГХН; плотность товарного раствора ? = 1260 г/л.
1. Вычисляем массу раствора, который следует приготовить:
масса 8% раствора = объем 8% раствора ? плотность 8% раствора = 100 (л) ? 1130 (г/л) = 113000 (г)
2. Рассчитываем, сколько хлора находится в этом растворе:
масса хлора в 8% растворе = (масса 8% раствора ? концентрация раствора в %) / 100% = (113000 ? 8%) / 100 = 9040 (г)
3. Определяем массу товарного ГХН с концентрацией 15.9%:
масса товарного ГХН = (масса хлора в товарном ГХН ? 100%) / концентрация товарного ГХН в % = (9040 ? 100) / 15% ? 60266 (г)
4. Вычисляем объем требуемого товарного раствора ГХН:
объем товарного ГХН = масса товарного ГХН / плотность товарного ГХН = 60266 (г) / 1260 (г/л) ? 47,8 (л)
Такое же количество хлора должно содержаться и в товарном растворе, т. е. m1Cl2 = m2Cl2 = 9040 г.
Таким образом, для приготовления 100 л рабочего 8%-ного раствора гипохлорита натрия необходимо взять примерно 48 л его товарного раствора и 52л чистой воды.

Особые условия

Поэтому при использовании рабочего раствора гипохлорита натрия с концентрацией по активному хлору более 2% правильным будет выбор насоса с проточной частью, выполненной из поливинилхлорида PVC или акрила с уплотнениями из фторсодержащего каучука Viton.

Достоинства ГХН

• Применяется в жидком виде (товарная концентрация ГХН 10-12%), возможно получение на месте электрохимическим способом.
• эффективен против большинства болезнетворных микроорганизмов
• относительно безопасен при хранении и использовании
• при получении на месте не требует транспортировки и хранения опасных химикатов.

Гипохлоритом натрия

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *