二氧化氯释放速度控制的研究

摘要

二氧化氯是一种强力杀菌消毒剂,用于消毒时只发生氧化反应,不发生氯代反应,不会产生氯代烃等致癌物质,氧化能力是氯气的2.6倍。因此越来越受到人们的关注,联合国卫生组织已将其定为A级安全消毒剂。开发了一种新型脲盐-硝酸脲,研究了影响其合成的主要因素和硝酸脲的基本性质;采用了一种新型载体-麦饭石,研究了它的基本性质,并对其进行了改性研究;探讨了以固体亚氯酸钠与硝酸脲为主反应组分在常温下实现二氧化氯缓慢释放的可行性,制备出固体缓释型二氧化氯消毒剂,测定了二氧化氯的释放规律。在硝酸脲制备中,硝酸和尿素的摩尔比、硝酸的浓度、反应温度、反应时间是主要影响因素。
　　经过实验研究发现最佳工艺条件是:尿素和硝酸的摩尔比为1:1,硝酸的摩尔浓度为5.5mol/L,反应温度20℃,反应时间为20min。硝酸脲的性质和结构特征分析结果为:堆积密度为0.493g/cm3;晶体形状为棱柱状;水溶液的酸性比硝酸弱,比柠檬酸强;吸湿性比较弱;硝酸脲的X射线衍射、核磁共振碳谱、红外光谱分析表明硝酸脲是一种新的配合物,能满足固-固反应中固体二氧化氯中对H+供体的要求,可作为固体酸替代硝酸等一些无机强酸及固体有机酸应用于固体二氧化氯的制备,具有良好的市场前景。研究结果可作为工业化实施和控制释放二氧化氯酸化剂进一步改进的理论依据和参考。通过对麦饭石物性的测定发现:麦饭石主要化学成分是SiO2、Al2O3、K2O等;富含磷、钾、镁、钙、硼、锰等多种元素;X射线衍射、红外光谱分析表明南阳麦饭石主要矿物成分为钾长石和SiO2,属于架状硅酸盐矿物;麦饭石比表面为2.33m2/g、孔体积为5.637×10-3cm3/g、平均孔半径为48.35。麦饭石进改性实验发现:对麦饭石最佳改性工艺条件是100℃活化90min。研究结果表明麦饭石符合制备固体缓释型二氧化氯中对载体的要求。以改性过的麦饭石为载体,以亚氯酸钠、硝酸脲为主要反应组分,在常温下制备出可以利用环境湿度、能够缓慢释放二氧化氯气体的新型固体氧化消毒剂。对固体二氧化氯释速度控制的研究表明:硝酸脲作为酸化剂是切实可行的;亚氯酸钠与硝酸脲的最佳质量比为1:0.8;载体麦饭石对ClO2的释放速率有很明显的控制能力,载体的量对ClO2的释放量有很大的影响。本实验制备的固体二氧化氯能够彻底消除安全隐患,使用时不需进行活化,二氧化氯能够持续缓慢释放,同时也能够直接溶于水形成二氧化氯溶液用于一次性消毒,显示出良好的市场竞争力。二氧化氯的释放动力学属于流-固相非催化反应,符合收缩未反应芯模型。整个反应分为前后两部分,前期属气膜扩散控制,后期属化学动力学控制,载体的量可以改变两部分拐点的位置。

目录

摘要

Abstract

1 绪言

1.1 二氧化氯的研究背景

1.2 二氧化氯的性质

1.3 二氧化氯的制备工艺

1.3.1 电解法

1.3.2 氧化法

1.3.3 还原法

1.4 二氧化氯产品发展现状

1.4.1 稳定二氧化氯溶液

1.4.2 固体稳定二氧化氯制品

1.5 固体二氧化氯的应用

1.5.1 空气清新净化剂

1.5.2 除臭剂

1.5.3 消毒杀菌剂

1.5.4 防霉剂

1.5.5 杀菌洗涤剂

1.5.6 保鲜剂

1.6 本课题研究的目的、意义、内容及创新性

1.6.1 本课题研究的目的和意义

1.6.2 本课题研究的内容

1.6.3 创新性

2 反应物H~+供体的研究

2.1 酸性活化剂的种类

2.2 酸化剂的选择

2.3 硝酸脲的制备

2.3.1 实验原料及仪器

2.3.2 实验原理

2.3.3 硝酸脲的制备方法

2.3.4 实验步骤

2.4 硝酸脲制备过程中的影响因素

2.4.1 制备硝酸脲的考核指标

2.4.2 反应的主要影响因素

2.4.3 硝酸和尿素摩尔比的影响

2.4.4 硝酸浓度的影响

2.4.5 反应温度的影响

2.4.6 反应时间的影响

2.5 硝酸脲的测定

2.5.1 堆积密度

2.5.2 晶体形状

2.5.3 硝酸脲水溶液的酸性

2.5.4 硝酸脲的吸湿性

2.5.5 X射线衍射分析

2.5.6 核磁共振波谱分析

2.5.7 红外光谱分析

2.5.8 硝酸脲的结构

2.6 硝酸脲结构与物性的关系

2.6.1 硝酸脲结构与吸湿性的关系

2.6.2 硝酸脲结构与酸性的关系

2.7 小结

3 载体南阳麦饭石的研究

3.1 麦饭石的性质

3.1.1 麦饭石的命名及研究应用情况

3.1.2 麦饭石岩矿特征、化学成分

3.1.3 麦饭石的特征

3.2 载体的选择

3.2.1 固体二氧化氯常用载体

3.2.2 麦饭石作为载体的特点

3.3 南阳麦饭石的测定

3.3.1 麦饭石的主要化学成份

3.3.2 麦饭石原子荧光分析

3.3.3 麦饭石 X射线衍射分析

3.3.4 红外光谱

3.3.5 麦饭石比表面积测定

3.3.6 麦饭石结构与物性的关系

3.4 南阳麦饭石的改性研究

3.4.1 实验原料及仪器

3.4.2 实验原理

3.4.3 麦饭石吸附性能的检测方法

3.4.4 麦饭石吸附(水蒸汽)量与时间的关系

3.4.5 活化温度对吸附的影响

3.4.6 酸浓度对吸附的影响

3.4.7 酸改性时间的选择

3.4.8 碱浓度对吸附的影响

3.4.9 酸改性与仅进行温度活化的比较

3.5 小结

4 二氧化氯释放速度的控制

4.1 前言

4.2 固体二氧化氯的制备

4.2.1 实验原料及仪器

4.2.2 实验原理

4.2.3 二氧化氯检测手段

4.2.4 实验方法

4.3 实验步骤、结果及讨论

4.3.1 硫代硫酸钠标准滴定溶液配置及标定

4.3.2 剩余二氧化氯的计算方法

4.3.3 测定NaClO_2中ClO_2的总含量

4.3.4 硝酸脲可行性分析

4.3.5 载体麦饭石的可行性实验

4.3.6 载体的量对ClO_2释放速率的影响

4.3.7 ClO_2释放规律的研究

4.4 二氧化氯释放动力学

4.4.1 固体缓慢释放型二氧化氯反应机理

4.4.2 二氧化氯释放动力学

4.5 小结

5 结论及展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

硕士期间发表的论文及参加的项目