Спосіб отримання перекису водню і кисневих сполук хлору

Реферат: Спосіб отримання перекису водню і кисневих сполук хлору з водного розчину солі лужного металу, який обробляють розрядом зниженого тиску 10-50 кПа на поверхні рідкої реакційної маси, при силі струму розряду 70-180 мА, напрузі 450-1000 В, товщині шару розчину солі 10-50 мм відстані від анода до поверхні оброблювального середовища 5-10 мм, температурі розчину нижче його температури кипіння і рН 2-11, при цьому концентрація хлориду натрію складає 0,017-0,17 моль/л. UA 80585 U (12) UA 80585 U UA 80585 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до хімічної і целюлозно-паперової промисловості, зокрема до способу отримання розчинів перекису водню та кисневих сполук хлору, які можуть бути використані в процесах очищення і знезараження води, при відбілюванні целюлози, а також для процесів виробництва діоксиду хлору. Відомий спосіб отримання водного підкисленого розчину, що містить хлоратні іони, спосіб електрохімічної обробки водного розчину суміші солей лужних металів, спосіб отримання діоксиду хлору (Пат. № 2108413 RU, МПК С24В 1/24. Способ получения водного подкисленного раствора, содержащего хлоратные ионы, способ электрохимической обработки водного раствора смеси солей щелочных металлов, способ получения двуокиси хлора./ Джеральд Каули [GB], Марек Липштейн [СА], Збигнев Твардовски [СА], Ричард Свинделлс [СА], Эдвард Дж. Бечбегер [СА]; заявл. 23.05.1991; опубл. 10.04.1998], який полягає в тому що для отримання водного підкисленого розчину, що містить хлоратні іони для виробництва діоксиду хлору, готують водний розчин, що містить хлорат лужного металу, сульфат лужного металу, з наступним електрохімічним окисненням зазначеного розчину в електролізері, що містить анодне і катодне відділення, розділені катіонообмінною мембраною, з подачею вихідного розчину в анодне відділення, з видаленням частини іонів лужного металу з розчину через катіонообмінну мембрану в катодне відділення, з отриманням розчину, що містить сульфат лужного металу, хлорат лужного металу і хлоратні іони, з подальшим видаленням його з анодної камери, з подальшою подачею отриманого розчину в процес утворення діоксиду хлору. Недоліками відомого способу є: - багатостадійність способу; - високі питомі енерговитрати; - високі матеріальні витрати, пов'язані з витрачанням реагентів; - складність конструкції пристрою; - неможливість отримання багатокомпонентної суміші окислювачів. Відомий спосіб отримання хлорату натрію [Пат. № 2154125 RU, МПК С25В 1/14, С25В 1/26. Способ получения хлората натрия./ Дубов Я.М., Кутянин Л.П., Денисов Ю.М., Богачев Е.В., Мильготин И.М., Краснокутский B.C., Ускач Я.Л., Попова Л.В., Соловьев А.Е., Тейшева А.А., Красилова Т.Я.; заявл 24.11.1999; опубл. 10.08.2000], суть котрого полягає в тому, що електроліз розчину хлориду нагрію здійснюють спочатку в хлорних діафрагмових електролізерах. Утворені хлоридно-лужні розчини і електролітичний хлор-газ змішують з отриманням хлорид-хлоратного розчину. Отриманий розчин змішують з маточником стадії кристалізації і направляють на бездіафрагмовий електроліз з подальшим випарюванням хлорид-хлоратних розчинів і кристалізацією хлорату натрію. Продукти діафрагмового електролізу можуть частково відводитися для отримання з хлор-газу соляної кислоти для підкислення хлоратного електролізу і використання хлоридно-лужних розчинів для зрошення санітарних колон. Недоліками відомого способу є: - багатостадійність способу; - складність конструкції пристрою; - високі матеріальні витрати, пов'язані з витратою реагентів; - високі питомі енерговитрати; - неможливість отримання багатокомпонентної суміші окислювачів. Електрохімічне отримання лужних розчинів перекису водню розкрито в патенті [США 5702585 "Способ получения смесей каустической соды и пероксида водорода путем восстановления кислорода", а також в працях Р.С. Foller et al, Journal of Applied Electrochemistry, 25 (1995), pp.613-627; C. Oloman "Electrochemical Processing for the Pulp and Paper Industry", The Electrochemical Consultancy 1996, pp.143-152.]. Проте, в цьому документі не розкритий спосіб, який був би достатньо гнучким для того, щоб отримувати різні співвідношення NaOH:H2O2 в поєднанні з можливістю отримання одного або більше інших хімічних продуктів, які можна було б використовувати на целюлозних підприємствах. Відомий спосіб отримання перекису водню та хлорату лужного металу в діафрагмовій електрохімічній ланці [Пат. № 2375500 RU, МПК С25В 1/26, С25В 1/30. Спосіб виробництва пероксиду водню та хлорату. / Росвалль Магнус (SE), Едвінссон-Альберс Рольф (SE); заявл. 02.06.2006: опубл 10.12.2009], що включає забезпечення електрохімічної ланки, що містить анод і катод у окремих анодних і катодних камерах: контакт катода з електролітом, що містить щонайменше один органічний медіатор і одну або більше органічну або неорганічну кислоту; реагування органічного медіатора на катоді з утворенням щонайменше однієї відновленої форми цього медіатора; реагування згаданої щонайменше однієї відновленої форми медіатора з киснем з утворенням перекису водню: контактування анода з анолітом, що містить хлорид 1 UA 80585 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 лужного металу; реагування хлориду на аноді з утворенням хлору, який гідролізується; та реагування гідролізованого хлору з утворенням хлорату. Недоліками відомого способу є: складність конструкції пристрою; - високі матеріальні витрати, пов'язані з витрачанням реагентів; - високі питомі енерговитрати; - необхідність додаткового введення кисню; - неможливість отримання багатокомпонентної суміші окислювачів. Найбільш близьким за технічною суттю і результатом, що досягається до корисної моделі, що заявляється, є спосіб отримання лужного розчину перекису водню та діоксиду хлору [Пат. № 2221741 RU, МПК С01В 15/01, С01В 11/02, С25В 1/26, С25В 1/30. Способ получения щелочного раствора пероксида водорода и диоксида хлора. / Хаммер-Ольсен Рой (SE), Сокол Джон К. (US), Сундстрем Йеран (SE), Сундквист Йохан (SE); заявл. 01.11.2000; опубл. 20.01.2004]. Суттю прототипу є непереривне отримання лужною розчину перекису водню та підкисленого розчину солі лужного металу в електрохімічній ланці, що включає анодне відділення, забезпечене анодом, і катодне відділення, забезпечене відновлюючим кисень катодом, при цьому спосіб включає наступні стадії: (а) подачу водного розчину солі лужного металу, що містить хлорат, в анодне відділення: (b) взаємодія на аноді зазначеного водного розчину солі + лужного металу з отриманням при цьому H і утворенням в анодному відділенні підкисленого + водного розчину солі лужного металу; (с) перенесення Н та іонів лужного металу з анодного відділення в катодне відділення; (d) подачу кисню або кисневмісної рідини і води в катодне відділення; (e) взаємодія на катоді зазначеного кисню і води з утворенням при цьому в катодному відділенні водного лужного розчину, який містить перекис водню (H2O2) і гідроксид лужного металу (МОН): (f) видалення підкисленого водного розчину солі лужного металу, що утворився в анодному відділенні, і (q) видалення лужного водного розчину перекису водню, що утворився в катодному відділенні, при цьому молярне співвідношення МОН: H2O2 в кінцевому продукті, що містить гідроксид лужного металу і перекис водню, в катодному відділенні на стадії (e) підтримується на рівні від приблизно 0,1:1 до приблизно 2:1. Недоліками відомого способу є: - багатостадійність способу; - складність конструкції пристрою; - висока вартість ланки; - високі питомі енерговитрати; - можливість утворення побічного продукту - сульфату. В основу корисної моделі поставлено задачу - створення способу отримання суміші окислювачів перекису водню і кисневих сполук хлору за допомогою плазмового розряду, який генерується між електродом, що знаходиться в газовій фазі, і поверхнею рідини, в об'ємі якої розташований другий електрод. Поставлена задача вирішується у пропонованому способі отримання перекису водню і кисневих сполук хлору з водного розчину солі лужного металу, згідно з корисною моделлю, розчин обробляють розрядом зниженого тиску 10-50 кПа на поверхні рідкої реакційної маси, при силі струму розряду 70-180 мА. напрузі 450-1000 В, товщині шару розчину солі 10-50 мм, відстані від анода до поверхні оброблювального середовища 5-10 мм, температурі розчину нижче його температури кипіння і рН 2-11. При цьому концентрація хлориду нагріто складає 0,017-0,17 моль/л. При обробці водних розчинів низькотемпературною плазмою в системі генерується велика кількість реакційно-здатних часток - вільних і сольватованих електронів, прогонів, радикалів, заряджених і збуджених атомів і молекул. Процеси їх взаємодії протікають в нерівноважних умовах, обумовлених нерівноважністю плазмового розряду та необоротністю процесів взаємодії радикальних часток, як в газовій, так і в рідкій фазах. З причини досить малих значень енергій · · · · · активації процесів взаємодії таких радикалів, як Н , ОН , НО2 , О2 , Н2О , швидкості їх реагування дуже великі і після припинення контактної дії плазмовою розряду на розчин їх вміст швидко зменшується. Слід зазначити, що при стехіометричному аналізі хімічних перетворень в системі "газрідина" в умовах електричного розряду необхідно визначити всі можливі стадії хімічних взаємодій. Послідовність реалізації цих стадій визначає можливі маршрути хімічних перетворень. Підсумовування таких стадій проводять таким чином, щоб підсумкові стехіометричні рівняння не містили проміжних сполук, якими є, наприклад, радикальні частки. Тому в "активованих" контактною нерівноважною плазмою (КНП) розчинах хлориду натрію як основні реакційні компоненти слід розглядати відносно стійкі нерадикальні частки - продукти 2 UA 80585 U окиснення і відновлення молекул води і окиснення іонів хлору. Наводимо схеми їх можливих перетворень: H2 +2e H2O 1/ Cl 2 2 -2e -e H2O2 -2e O2 Cl -2e ClO -4e ClO2 O2 5 15 20 25 30 35 40 45 ClO2 -e -4e 10 -2e ClO + Також слід враховувати, що в таких редокс-процесах беруть участь іони Н і (або) ОН , зміна вмісту яких визначає кислотність розчинів і значною мірою виливає на величини редокспотенціалів, а значить і на окислювальні здібності розглянутих продуктів перетворень. Дослідження показали, що кислотність розчинів NaCl після обробки КНП швидко зменшуються, досягаючи значень 2÷3 од. рН вже через 10 хв. (креслення) і швидкість зниження рН залежить від величини тиску: чим вище тиск в реакторі, тим швидше збільшується кислотність розчину. Одним з основних технологічних параметрів процесу є сила струму розряду і товщина шару оброблюваної рідини. При збільшенні сили струму має місце зростання швидкості утворення окислювачів, однак вихід за струмом зменшується і при значеннях І>180 мА виникає дуга, що призводить до дестабілізації процесу. Враховуючи, що основний внесок ініціюючих факторів розряду реалізується на поверхні шару рідини, необхідно прагнути до максимально можливого його зниження. Також не маловажним параметром є початкова концентрація NaCl. Збільшення концентрації хлориду натрію сприяє генерації більшої кількості кисневих сполук хлору, проте перевищення інтервалу, що заявляється, сприяє руйнуванню H2O2. Наводимо приклади використання пропонованої корисної моделі: Приклад 1. Розчин хлориду натрію концентрацією 0,017 моль/л заливають в реактор періодичної дії, виконаний з молібденового скла, на катод. Анод видалений на 10 мм від поверхні рідини. Тиск у реакторі знижується до 20 кПа і запалюється розряд з характеристиками U=600 В, I=140 мА. Час дії розряду 5 хв. При цьому отримують розчин суміші окислювачів -3 перекису водню і кисневих сполук хлора з молярними концентраціями: Н2О2=1,847×10 , СlO -7 -4 -5 -5 =5,588×10 , СlО2 =4,148/10 , СlО3 =6,953 × 10 , СlO4 =1,743 × 10 . Приклад 2. Розчин хлориду натрію концентрацією 0,17 моль/л заливають в реактор періодичної дії, виконаний з молібденового скла, на катод. Анод видалений на 10 мм від поверхні рідини. Тиск у реакторі знижується до 50 кПа і запалюється розряд з характеристиками U=600 В, I=140 мА. Час дії розряду 20 хв. При цьому отримують розчин суміші окислювачів -6 перекису водню і кисневих сполук хлору з молярними концентраціями: Н 2О2=1,257×10 , СlО -3 -3 -3 -3 =8,843×10 , СlO2 =4,236 × 10 , СlO3 =2,138 × 10 , СlO4 =5,779 × 10 . Приклад 3. Розчин хлориду натрію концентрацією 0,051 моль/л заливають в реактор періодичної дії, виконаний з молібденового скла, на катод. Анод видалений на 10 мм від поверхні рідини. Тиск у реакторі знижується до 45 кПа і запалюється розряд з характеристиками U=600 В, І=140 мА. Час дії розряду 20 хв. Потім в отриманий розчин суміші окислювачів перекису водню і кисневих сполук хлору на 180 хв. занурюють кашемір (шерсть - 85 %. поліестер - 15 %) з коефіцієнтом відбиття білого світла 0,88 од. Після вилучення кашеміру з розчину, ступінь його білизни підвищується на 66 %. Таким чином в порівнянні з прототипом, корисна модель, що заявляється, не багатостадійна, більш дешевша у виробництві та експлуатації. У промисловості отримані розчини перекису водню та кисневих сполук хлору, можуть бути використані в процесах очищення та знезараження води, при відбілюванні целюлози, для процесів виробництва діоксиду хлору. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 Спосіб отримання перекису водню і кисневих сполук хлору з водного розчину солі лужного металу, який відрізняється тим, що розчин обробляють розрядом зниженого тиску 10-50 кПа на поверхні рідкої реакційної маси, при силі струму розряду 70-180 мА, напрузі 450-1000 В, 3 UA 80585 U товщині шару розчину солі 10-50 мм відстані від анода до поверхні оброблювального середовища 5-10 мм, температурі розчину нижче його температури кипіння і рН 2-11, при цьому концентрація хлориду натрію складає 0,017-0,17 моль/л. 5 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4