亚氯酸钠

背景

亚氯酸钠是一种用于水消毒和净化的化合物。它以薄片或二氧化氯和氢氧化钠溶液的形式大量生产。它在 1920 年代首次被发现用作纺织品漂白剂。今天，亚氯酸钠是一种重要的特种化学品，年销售额超过 1800 万美元。

在干燥状态下，亚氯酸钠 (NaClO 2 ) 是一种白色或浅黄绿色固体。绿色色调来自微量的 CdO2 或铁，它们是生产残留物。亚氯酸钠的分子量为 90.44，在约 392°F (200°C) 时分解。一般可溶于水，但其溶解度随水温升高而增加。亚氯酸钠是一种强氧化剂，敲击时不会爆炸。无水盐不吸水，可稳定长达十年。

亚氯酸钠用于多种应用。它用作水的消毒剂和净化化学品。它还用作纺织品漂白剂和水防污剂。此外，它还用于造纸和电子制造行业作为漂白剂。

当放入酸性溶液中时，亚氯酸钠会分解成二氧化氯。当添加到市政供水中时，二氧化氯有助于控制不需要的味道和气味。它还有助于去除铁和锰等离子。另一个好处是它有助于消除饮用水中的三卤甲烷。

作为纺织品漂白剂，亚氯酸钠对各种纤维都有效。可用于棉花， 韧皮纤维和人造纤维，如尼龙、Perlon、Dralon 和 Rhovyl。它对纤维素纤维中的许多天然蜡和果胶具有氧化作用。它有助于溶解它们并使纤维更加均匀和可加工。它还有一个额外的好处，即在不破坏纤维本身的情况下破坏天然色素。这使其可用于制造永久性白色织物而不会影响拉伸强度。

亚氯酸钠也用于各种工业应用。它控制工业冷却系统和冷却塔中的微生物污染。它在工业氨工厂中用于代替氯，因为它不会与氨发生负面反应。由于它是一种氧化剂，它通常是烟气洗涤器系统的一部分。食品加工公司使用它来清洗水果和蔬菜，因为它是一种杀菌剂。肉类和家禽也用溶液清洗，食品加工设备也是如此。最后，它是洗涤剂组合物中的防霉剂，并已用于牙膏和隐形眼镜溶液中。

历史

亚氯酸钠作为工业化学品的开发始于 1921 年，当时 E. Schmidt 发现纤维素纤维可以用二氧化氯纯化而不会受到明显损坏。不幸的是，二氧化氯气体在高浓度下极易爆炸。这些发现促使研究人员寻找安全且经济的方法来输送二氧化氯用于漂白目的。第一家为此目的引入亚氯酸钠的公司是 Mathieson Chemical Corporation。

1960 年，亚氯酸钠取代氢气成为美国连续漂白操作的标准材料。在随后的几年中，人们发现了亚氯酸钠的其他用途。

原材料

生产亚氯酸钠的主要原料是二氧化氯、氢氧化钠和双氧水。二氧化氯在室温下是一种气体。它的颜色是强烈的黄绿色。二氧化氯提供转化为亚氯酸钠的氯源。在生产中，它作为液体溶液储存在搪玻璃钢容器中。

氢氧化钠是具有晶体结构的熔融固体。也称为苛性钠，它对皮肤和植物组织具有腐蚀性，可引起严重烧伤。它通常通过电解氯化钠溶液生产。过氧化氢是一种无色液体，具有腐蚀性和苦味。纯 H2 02 是一种粘稠的糖浆状液体，可迅速分解为氧气和水。在自然界中，它仅在雪或雨中以痕量出现。它是在闪电风暴期间自然产生的。它通常用于生产亚氯酸钠的稀释溶液。

其他材料通常在出售前添加到亚氯酸钠粉末或溶液中。商用亚氯酸钠漂白溶液含有特殊成分，包括防腐剂、缓冲剂、二氧化氯烟雾控制剂和表面活性剂。防腐剂用于防止不锈钢漂白设备的腐蚀。缓冲盐有助于释放漂白过程中产生的二氧化氯。表面活性剂有助于稳定溶液并产生清洁和渗透效果。稳定的亚氯酸钠溶液可以长期储存而不会失去活性。当亚氯酸钠以固体形式出售时，通常会包含氯化钠，以使其更安全地处理和储存。

制造过程

虽然有多种亚氯酸盐可供使用，但亚氯酸钠是唯一一种商业生产的亚氯酸盐。它以溶液或固体形式出售。工业级由约 80% 的亚氯酸钠组成，其余为氯化钠。大规模生产基于二氧化氯在氢氧化钠溶液中的反应。过氧化氢也作为还原剂存在。亚氯酸钠的生产分三个阶段，即二氧化氯生产、亚氯酸钠生产和回收。

二氧化氯生产

• 1 虽然产生二氧化氯的主要方法有五种，但最常见的是 Hooker R-2 工艺，该工艺从氯酸钠中产生二氧化氯。在生产过程中，氯酸钠和氯化钠的溶液以大致相等的比例泵入反应容器中。还向反应中加入浓硫酸。接下来，将空气鼓泡到容器底部，以快速搅拌和稀释所产生的二氧化氯。在此过程中，会产生二氧化氯和氯气。
• 2 这些气体从反应容器中分离出来。二氧化氯通过在传统的水冷却塔中被吸收而分离。氯气通过分离塔并以次氯酸钠或次氯酸钙的形式被提取。该过程产生约 95% 的二氧化氯产率。

亚氯酸钠生成

• 3 将二氧化氯气体泵入装有冷却的循环氢氧化钠溶液的容器中。这些化合物反应生成大约等量的亚氯酸钠和氯酸钠。还会产生水和氧气。为了尽量减少氯酸钠的产生，添加了还原剂。通常使用过氧化氢，但也可以使用过氧化钠和钠汞齐。这一步受到密切监控，因为氯酸钠在最终产品中非常不受欢迎。

分离纯化

• 4 即使采取措施尽量减少其产量，仍必须减少氯酸钠，然后亚氯酸钠可以 一种产生亚氯酸钠的化学反应。被隔离。这是通过添加额外的过氧化氢来实现的。
• 5 然后将用过的反应溶液泵送通过分馏塔以纯化亚氯酸钠。这种方法利用了亚氯酸盐和其他可以形成的相关盐之间的巨大溶解度差异。纯化后，蒸发亚氯酸钠溶液并烘干。如果需要无水（无水）产品，则在 100°F（38°C）下将蒸发的粉末与水混合。溶液饱和并冷却至 77°F (25°C)。当这种情况发生时，无水盐会自发地从溶液中结晶出来。转鼓、蒸汽加热干燥器用于分离晶体，产生薄片或细粉。有时，需要多个干燥步骤。
• 6 然后可以将无水盐转化为粉末、颗粒或溶液。颗粒更常使用，因为它们更安全，毒性风险和火灾危险更低，并且可以产生均匀的组合物。使用典型方法，可以严格控制颗粒的粒度。在包装之前，固体亚氯酸钠与氯化钠混合以使其更安全地处理。
• 7 溶液是通过在混合容器中将亚氯酸钠粉与各种防腐剂、缓冲剂和表面活性剂混合来制备的。这些溶液用于商业漂白过程，可配制成极其稳定的溶液。
• 8 根据最终用途，亚氯酸钠溶液包装在塑料容器、圆桶、手提罐和油罐车中。在美国，粉状或片状亚氯酸钠用内衬桶装运。出于安全考虑，不允许批量运输固体。

质量控制

为确保生产的亚氯酸钠的质量，生产过程的每个阶段都受到监控。起始原料和最终产品都经过各种化学和物理测试，以确定它们符合要求的规格。一些通常测试的特性包括外观、气味、pH、密度、比重和熔点。如果最终产品是溶液，则测试其化学活性以确保其浓度正确。对于固体颗粒，根据需要确定和修改粒度。

副产品/废物

生产亚氯酸钠会产生一些不能释放到直接环境中的不良副产品，例如二氧化氯。二氧化氯的浓烟有毒，会导致线路操作员生病、食欲不振和恶心。在生产车间，新鲜空气的流通是必不可少的。二氧化氯气体也具有很强的腐蚀性。因此，亚氯酸钠溶液必须储存在有特殊涂层的容器中。通常使用玻璃、瓷器、某些塑料或陶器等材料。钛是当今使用的最耐用的金属。在纺织工业中，钼合金不锈钢用于储存亚氯酸钠漂白溶液。

未来

随着二氧化氯应用的增加，目前正在研究亚氯酸钠生产的改进。亚氯酸钠研究的重点是减少漂白系统对环境的影响，并寻找更快、更便宜的生产方法。配方化学家不断开发新的漂白配方。