Natriumhypokloriitti | |
---|---|
Kenraali | |
Systemaattinen nimi |
Natriumhypokloriitti |
Perinteiset nimet |
Natriumhypokloriitti, labarraque-vesi , mehuvesi [K 1] |
Chem. kaava | NaClO |
Rotta. kaava | NaOCl |
Fyysiset ominaisuudet | |
Moolimassa | 74,443 g/ mol |
Tiheys |
pentahydraatti: 1,574 [1] g/ cm3 ; 1.1 [2] |
Lämpöominaisuudet | |
Lämpötila | |
• sulaminen |
NaOCl 5H 2O [K2] : 24,4 °C ; NaOCl 2,5H 2O : 57,5 [3] |
• hajoaminen | 5 % liuos [2] : 40 °C |
Entalpia | |
• koulutus | pentahydraatti [K 3] : - 350,4 [3] kJ / mol |
Kemiallisia ominaisuuksia | |
Liukoisuus | |
• vedessä | NaOCl 5H 2O (20 °C): 53,4 [4] |
• vedessä | NaOCl 2,5H 2O (50 °C): 129,9 [4] |
Luokitus | |
Reg. CAS-numero | 7681-52-9 |
PubChem | 23665760 |
Reg. EINECS-numero | 231-668-3 |
Hymyilee | [O-]Cl.[Na+] |
InChI | InChI = 1S/ClO.Na/cl-2;/q-1;+1SUKJFIGYRHOWBL-UHFFFAOYSA-N |
RTECS | NH3486300 |
CHEBI | 32146 |
YK-numero | 1791 |
ChemSpider | 22756 |
Turvallisuus | |
Myrkyllisyys | Syövyttävä, hapettava, myrkyllinen (suurina annoksina), vaarallinen ympäristölle |
GHS-piktogrammit | |
NFPA 704 | 0 2 yksiHÄRKÄ |
Tiedot perustuvat standardiolosuhteisiin (25 °C, 100 kPa), ellei toisin mainita. | |
Mediatiedostot Wikimedia Commonsissa |
Natriumhypokloriitti ( natriumhypokloorihappo , kemiallinen kaava - NaOCl [K 4] ) on hypokloorihapon epäorgaaninen natriumsuola . Suolan vesiliuoksen triviaali (historiallinen) nimi on " Labarraque-vesi " tai " keihäänvesi " [K 1] .
Vapaassa tilassa oleva yhdiste on erittäin epästabiili, yleensä sitä käytetään suhteellisen stabiilina pentahydraattina NaOCl · 5H 2 O tai vesiliuoksena, jolla on tyypillinen pistävä haju.
Voimakas hapetin , sisältää 95,2 % aktiivista klooria [K 5] . Sillä on antiseptinen ja desinfioiva vaikutus. Sitä käytetään kotitalouksien ja teollisuuden valkaisu- ja desinfiointiaineena, vedenpuhdistus- ja desinfiointiaineena, hapettavana aineena joissakin teollisuuskemikaalien tuotantoprosesseissa. Sitä käytetään lääketieteessä bakteereja tappavana ja steriloivana aineena sekä elintarviketeollisuudessa ja maataloudessa .
The 100 Most Important Chemical Compounds -julkaisun ( Greenwood Press, 2007) [2] mukaan natriumhypokloriitti on yksi sadasta tärkeimmistä kemiallisista yhdisteistä.
Ruotsalainen kemisti Carl Wilhelm Scheele löysi kloorin vuonna 1774 [5] . Yksitoista vuotta myöhemmin, vuonna 1785 (muiden lähteiden mukaan vuonna 1787 [2] ), toinen kemisti, ranskalainen Claude Louis Berthollet , havaitsi, että tämän kaasun vesiliuoksella (katso yhtälö (1) ) on valkaisuominaisuuksia [6] [ K 6] .
Pieni pariisilainen yritys Societé Javel , joka avattiin vuonna 1778 Seinen rannalla ja jota johti Leonard Alban ( eng. Leonard Alban ), mukautti Bertholletin löydön teollisiin olosuhteisiin ja aloitti valkaisunesteen tuotannon, joka liuottaa kloorikaasua veteen. Tuloksena saatu tuote oli kuitenkin erittäin epävakaa, joten prosessia muutettiin vuonna 1787 . Kloori johdettiin potaskan (kaliumkarbonaatin) vesiliuoksen läpi (katso yhtälö (2) ), jolloin saatiin stabiili tuote, jolla on korkeat valkaisuominaisuudet. Alban antoi sille nimen "Eau de Javel" (" keihään vesi "). Uusi tuote tuli heti suosituksi Ranskassa ja Englannissa helpon kuljetuksen ja varastoinnin ansiosta [7] .
Vuonna 1820 ranskalainen apteekkari Antoine Labarraque ( fr. Antoine Germain Labarraque ) korvasi potaskan halvemmalla kaustisella soodalla (natriumhydroksidi) (katso yhtälö (3) ). Tuloksena oleva natriumhypokloriittiliuos nimettiin " Labarraque-vedeksi " ( ranska: Eau de Labarraque ). Sitä on käytetty laajalti valkaisuun ja desinfiointiin [7] . Reaktio etenee kylmässä laimeassa liuoksessa:
Huolimatta siitä, että hypokloriitin desinfioivat ominaisuudet havaittiin 1800-luvun alkupuolella, sen käyttö juomaveden desinfiointiin ja jäteveden käsittelyyn alkoi vasta vuosisadan lopulla. Ensimmäiset vedenpuhdistusjärjestelmät avattiin vuonna 1893 Hampurissa [ 2] ; Yhdysvalloissa ensimmäinen puhdistetun juomaveden tuotantolaitos ilmestyi vuonna 1908 Jersey Cityyn [8] .
Vedetön natriumhypokloriitti on epästabiili väritön kiteinen aine. Alkuainekoostumus: Na (30,9 %), Cl (47,6 %), O (21,5 %).
Liukenee hyvin veteen: 53,4 g / 100 grammaa vettä (130 g / 100 g vettä 50 °C:ssa) [9] .
Yhdisteellä on kolme tunnettua kiteistä hydraattia :
Natriumhypokloriitin vesiliuoksen tiheys 18 °C:ssa [11] :
yksi % | 2 % | neljä % | 6 % | kahdeksan % | kymmenen % | neljätoista % | |
---|---|---|---|---|---|---|---|
Tiheys , g/l | 1005.3 | 1012.1 | 1025,8 | 1039,7 | 1053,8 | 1068.1 | 1097,7 |
kahdeksantoista % | 22 % | 26 % | kolmekymmentä % | 34 % | 38 % | 40 % | |
1128,8 | 1161.4 | 1195,3 | 1230,7 | 1268,0 | 1308,5 | 1328,5 |
Eri pitoisuuksilla olevien natriumhypokloriitin vesiliuosten jäätymispiste [12] : [s. 458] :
0,8 % | 2 % | neljä % | 6 % | kahdeksan % | kymmenen % | 12 % | 15,6 % | |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Jäätymispiste , °C | −1.0 | −2.2 | −4.4 | −7.5 | −10.0 | −13.9 | −19.4 | −29.7 |
Natriumhypokloriitin termodynaamiset ominaisuudet äärettömän laimeassa vesiliuoksessa [13] :
Natriumhypokloriitti on epästabiili yhdiste, joka hajoaa helposti hapen vapautuessa :
Spontaani hajoaminen tapahtuu hitaasti jopa huoneenlämmössä: 40 päivässä pentahydraatti (NaOCl · 5H 2 O) menettää 30 % aktiivisesta kloorista [K 5] [13] . 70 °C:n lämpötilassa vedettömän hypokloriitin hajoaminen etenee räjähdyksellä [14] .
Kuumennettaessa disproportionaatioreaktio tapahtuu rinnakkain [13] :
Liukeneessaan veteen natriumhypokloriitti hajoaa ioneiksi :
Koska hypokloorihappo (HOCl) on erittäin heikkoa ( pKa = 7,537 [13] ), hypokloriitti-ioni hydrolysoituu vesiympäristössä :
Hypokloorihapon läsnäolo natriumhypokloriitin vesiliuoksissa selittää sen vahvat desinfiointi- ja valkaisuominaisuudet [13] (katso kohta " Fysiologiset ja ympäristövaikutukset ").
Natriumhypokloriitin vesiliuokset ovat epästabiileja ja hajoavat ajan myötä jopa normaaleissa lämpötiloissa (0,085 % päivässä [3] ). Hajoaminen nopeuttaa valaistusta, raskasmetalli-ioneja ja alkalimetalliklorideja ; sitä vastoin magnesiumsulfaatti , ortoboorihappo , silikaatti ja natriumhydroksidi hidastavat prosessia; samalla liuokset, joissa on voimakkaasti emäksinen ympäristö ( pH > 11) [3] , ovat stabiileimpia .
Voimakkaasti emäksisessä ympäristössä ( pH > 10), kun hypokloriitti-ionin hydrolyysi estyy, hajoaminen tapahtuu seuraavasti [15] :
Yli 35 °C:n lämpötiloissa hajoamiseen liittyy disproportionaatioreaktio [15] :
pH-alueella 5-10, kun hypokloorihapon pitoisuus liuoksessa tulee havaittavaksi, hajoaminen etenee seuraavan kaavion mukaisesti [15] :
Happamassa ympäristössä HOCl:n hajoaminen kiihtyy, ja erittäin happamassa ympäristössä (pH < 3) huoneenlämpötilassa havaitaan hajoaminen seuraavan kaavion mukaisesti [13] :
Jos happamoitukseen käytetään suolahappoa , klooria vapautuu seurauksena :
Ohjaamalla hiilidioksidia kylläisen natriumhypokloriitin vesiliuoksen läpi , saat hypokloorihapon liuoksen:
Natriumhypokloriitin vesiliuos on voimakas hapetin, joka pääsee lukuisiin reaktioihin useiden pelkistysaineiden kanssa väliaineen happo-emäsluonteesta riippumatta [16] .
Tärkeimmät vaihtoehdot redox-prosessin kehittämiseksi ja puolireaktioiden standardielektrodipotentiaalit vesiympäristössä [ 17] [K 7] :
Jotkut redox-reaktiot, joihin liittyy natriumhypokloriittia:
Hypokloriitti -ionin kvalitatiivisista analyyttisistä reaktioista voidaan havaita ruskean metahydroksidisakkan saostuminen , kun testinäyte lisätään huoneenlämpötilassa yksiarvoisen talliumsuolan emäksiseen liuokseen (havaintoraja 0,5 µg hypokloriittia):
Toinen vaihtoehto on tärkkelysjodireaktio voimakkaasti happamassa väliaineessa ja värireaktio 4,4'-tetrametyylidiaminodifenyylimetaanin tai n, n'-dioksitrifenyylimetaanin kanssa kaliumbromaatin läsnä ollessa [21] .
Yleinen menetelmä liuoksessa olevan natriumhypokloriitin kvantitatiiviseen analysointiin on potentiometrinen analyysi lisäämällä analysoitu liuos standardiliuokseen (MDA) [K 8] tai menetelmä analysoitavan liuoksen pitoisuuden vähentämiseksi lisäämällä se standardiliuokseen (MBA). ) [K 9] käyttäen bromi-ioniselektiivistä elektrodia (Br-ISE) [22] .
Käytetään myös titrimetristä menetelmää, jossa käytetään kaliumjodidia (epäsuora jodometria ) [23] .
Natriumhypokloriitilla on melko voimakas syövyttävä vaikutus erilaisiin materiaaleihin, kuten alla olevat tiedot osoittavat [24] :
Materiaali | NaOCl-pitoisuus, wt. % | Vaikutuksen muoto | Lämpötila, °C | Korroosion nopeus ja luonne |
---|---|---|---|---|
Alumiini | — | kovaa, märkää | 25 | > 10 mm/vuosi |
kymmenen; pH > 7 | vesiliuosta | 25 | > 10 mm/vuosi | |
Kupari | 2 | vesiliuosta | kaksikymmentä | < 0,08 mm/vuosi |
kaksikymmentä | vesiliuosta | kaksikymmentä | > 10 mm/vuosi | |
Kuparilejeeringit: BrA5, BrA7, L59, L63, L68, L80, LO68-1 |
kymmenen | vesiliuosta | kaksikymmentä | > 10 mm/vuosi |
Nikkeli | <34 | vesiliuosta | kaksikymmentä | 0,1-3,0 mm/vuosi |
Nikkeliseos NMZhMts28-2,5-1,5 | < 34; aktiivinen kloori: 3 | vesiliuosta | kaksikymmentä | 0,007 mm/vuosi |
Nikkeliseos N70MF | <34 | vesiliuosta | 35-100 | < 0,004 mm/vuosi |
Platina | <34 | vesiliuosta | < 100 | < 0,1 mm/vuosi |
Johtaa | < 34; aktiivinen kloori: 1 | vesiliuosta | kaksikymmentä | 0,54 mm/vuosi |
40 | 1,4 mm/vuosi | |||
Hopea | <34 | vesiliuosta | kaksikymmentä | < 0,1 mm/vuosi |
Teräs St3 | — | kiinteä, vedetön | 25-30 | < 0,05 mm/vuosi |
0,1; pH > 10 | vesiliuosta | kaksikymmentä | < 0,1 mm/vuosi | |
> 0.1 | vesiliuosta | 25 | > 10,0 mm/vuosi | |
Teräs 12X17, 12X18H10T | 5 | vesiliuosta | kaksikymmentä | > 10,0 mm/vuosi |
Teräs 10X17H13M2T | < 34; aktiivinen kloori: 2 | vesiliuosta | 40 | < 0,001 mm/vuosi |
T kiehua. | 1,0-3,0 mm/vuosi | |||
Teräs 06HN28MDT | <34 | vesiliuosta | 20-T kip. | < 0,1 mm/vuosi |
Tantaali | <34 | vesiliuosta | kaksikymmentä | < 0,05 mm/vuosi |
Titaani | 10-20 | vesiliuosta | 25-105 | < 0,05 mm/vuosi |
40 | vesiliuosta | 25 | < 0,05 mm/vuosi | |
Zirkonium | kymmenen | vesiliuosta | 30-110 | < 0,05 mm/vuosi |
kaksikymmentä | vesiliuosta | kolmekymmentä | < 0,05 mm/vuosi | |
Valuraudan harmaa | < 0,1; pH > 7 | vesiliuosta | 25 | < 0,05 mm/vuosi |
> 0.1 | vesiliuosta | 25 | > 10,0 mm/vuosi | |
Valurauta SCH15, SCH17 | <34 | vesiliuosta | 25-105 | < 1,3 mm/vuosi |
Asbesti | neljätoista | vesiliuosta | 20-100 | telineet |
Fenoli-formaldehydioligomeerillä kyllästetty grafiitti | 25 | vesiliuosta | T paali | telineet |
Polyamidit | <34 | vesiliuosta | 20-60 | telineet |
PVC | <34 | vesiliuosta | kaksikymmentä | telineet |
65 | telineiden suhteen | |||
Polyisobuteeni | <34 | vesiliuosta | kaksikymmentä | telineet |
60 | telineiden suhteen | |||
100 | epävakaa | |||
Polymetyylimetakrylaatti | <34 | vesiliuosta | kaksikymmentä | telineet |
Polyeteeni | <34 | vesiliuosta | 20-60 | telineet |
Polypropeeni | <34 | vesiliuosta | 20-60 | telineet |
Butyylikumiin perustuva kumi | kymmenen | vesiliuosta | 20-65 | telineet |
kylläinen | vesiliuosta | 65 | telineet | |
Luonnonkumiin perustuva kumi | 10-30 | vesiliuosta | 65 | telineet |
Silikonikumipohjainen kumi | minkä tahansa | vesiliuosta | 20-100 | telineet |
Fluorielastomeeripohjainen kumi | <34 | vesiliuosta | 20-93 | telineet |
Kloropreenikumipohjainen kumi _ | kaksikymmentä | vesiliuosta | 24 | telineiden suhteen |
kylläinen | vesiliuosta | 65 | epävakaa | |
Kloorisulfonoituun polyeteeniin perustuva kumi | <34 | vesiliuosta | 20-60 | telineet |
Lasi | <34 | vesiliuosta | 20-60 | telineet |
Fluoroplast | minkä tahansa | vesiliuosta | 20-100 | telineet |
Haponkestävä emali | minkä tahansa | vesiliuosta | < 100 | telineet |
T paali | telineiden suhteen |
NaOCl on yksi tunnetuimmista aineista, jolla on vahva antibakteerinen vaikutus hypokloriitti-ionin ansiosta. Se tappaa mikro -organismeja erittäin nopeasti ja jo hyvin pieninä pitoisuuksina. Vesiliuoksessa sillä on ominainen karvas-suolainen-hapan supistava maku.
Hypokloriitin suurin bakterisidinen kyky ilmenee neutraalissa ympäristössä, kun HClO:n ja hypokloriittianionien ClO - pitoisuudet ovat suunnilleen samat (katso alakohta " Hydrolyysi ja hajoaminen vesiliuoksissa "). Hypokloriitin hajoamiseen liittyy joukko aktiivisia hiukkasia ja erityisesti singlettihappi , jolla on korkea biosidinen vaikutus [25] . Tuloksena olevat hiukkaset osallistuvat mikro-organismien tuhoamiseen ja ovat vuorovaikutuksessa niiden rakenteessa hapettumiseen kykenevien biopolymeerien kanssa. Tutkimukset ovat osoittaneet, että tämä prosessi on samanlainen kuin mitä tapahtuu luonnossa kaikissa korkeammissa organismeissa. Jotkut ihmissolut ( neutrofiilit , hepatosyytit jne.) syntetisoivat hypokloorihappoa ja siihen liittyviä erittäin aktiivisia radikaaleja torjuakseen mikro-organismeja ja vieraita aineita [26] .
Hiivakaltaiset sienet, jotka aiheuttavat kandidiaasia , Candida albicans , kuolevat in vitro 30 sekunnissa, kun ne altistetaan 5,0-0,5 % NaOCl-liuokselle; aktiivisen aineen pitoisuudella alle 0,05 %, ne pysyvät stabiilina 24 tuntia altistuksen jälkeen. Vastustuskykyisempi natriumhypokloriittienterokokkien vaikutukselle . _ Esimerkiksi patogeeninen Enterococcus faecalis [K 10] kuolee 30 sekuntia 5,25 % liuoksella käsittelyn jälkeen ja 30 minuuttia 0,5 % liuoksella käsittelyn jälkeen. Gram-negatiiviset anaerobiset bakteerit, kuten Porphyromonas gingivalis , Porphyromonas endodontalis ja Prevotella intermedia [K 11] , kuolevat 15 sekunnissa 5,0-0,5 % NaOCl:lla käsittelyn jälkeen [27] .
Huolimatta natriumhypokloriitin korkeasta biosidisesta aktiivisuudesta on pidettävä mielessä, että jotkin mahdollisesti vaaralliset alkueläimet , kuten giardiaasin tai kryptosporidioosin patogeenit [28] , ovat vastustuskykyisiä sen vaikutukselle.
Natriumhypokloriitin korkeat hapettavat ominaisuudet mahdollistavat sen käytön menestyksekkäästi erilaisten myrkkyjen neutraloimiseen . Alla oleva taulukko näyttää tulokset toksiinin inaktivaatiosta 30 minuutin altistuksen aikana erilaisille NaOCl-pitoisuuksille ( "+" - toksiini on inaktivoitu; "-" - toksiini pysyi aktiivisena) [29] :
Toksiini | 2,5 % NaOCl + 0,25 N NaOH |
2,5 % NaOCl | 1,0 % NaOCl | 0,1 % NaOCl |
---|---|---|---|---|
T-2 toksiini | + | − | − | − |
Brevetoksiini | + | + | − | − |
Mikrokystiini | + | + | + | − |
Tetrodotoksiini | + | + | + | − |
Saksitoksiini | + | + | + | + |
Palitoksiini | + | + | + | + |
Ricin | + | + | + | + |
Botuliinitoksiini | + | + | + | + |
Suurina pitoisuuksina natriumhypokloriitti voi vaikuttaa haitallisesti ihmiskehoon. NaOCl-liuokset voivat olla vaarallisia hengitettynä , koska ne voivat vapauttaa myrkyllistä klooria (ärsyttävää ja tukehtuvaa). Suora kosketus hypokloriitin kanssa silmässä, erityisesti suurina pitoisuuksina, voi aiheuttaa kemiallisia palovammoja ja jopa johtaa osittaiseen tai täydelliseen näön menetykseen . NaOCl-pohjaiset kotitalouksien valkaisuaineet voivat aiheuttaa ihoärsytystä, kun taas teollisuusvalkaisuaineet voivat aiheuttaa vakavia haavaumia ja kudoskuolemia. Laimeiden natriumhypokloriittiliuosten (3-6 %) nieleminen johtaa yleensä vain ruokatorven ärsytykseen ja joskus asidoosiin , kun taas tiivistetyt liuokset voivat aiheuttaa melko vakavia vaurioita, jopa ruoansulatuskanavan perforaatiota [30] .
Korkeasta kemiallisesta aktiivisuudestaan huolimatta natriumhypokloriitin turvallisuus ihmisille on dokumentoitu Pohjois-Amerikan ja Euroopan myrkytyskeskusten tutkimuksissa, jotka osoittavat, että aineella ei ole käyttöpitoisuuksina vakavia terveysvaikutuksia tahattoman nielemisen tai kosketuksen jälkeen iho. Natriumhypokloriitti on myös vahvistettu ei- mutageeniseksi , syöpää aiheuttavaksi ja teratogeeniseksi sekä ihoallergeeniksi . Kansainvälinen syöväntutkimuslaitos on päätellyt, että NaOCl:lla käsitelty juomavesi ei sisällä ihmisille syöpää aiheuttavia aineita [31] .
Yhdisteen myrkyllisyys suun kautta [32] :
Yhdisteen suonensisäinen toksisuus [32] :
Normaalissa kotitalouskäytössä natriumhypokloriitti hajoaa ympäristössä ruokasuolaksi , vedeksi ja hapeksi . Muita aineita saattaa muodostua pieniä määriä. Ruotsin ympäristötutkimuslaitoksen mukaan natriumhypokloriitti ei todennäköisesti aiheuta ympäristöongelmia, kun sitä käytetään suositellussa järjestyksessä ja määrissä [31] .
Natriumhypokloriitti ei aiheuta palovaaraa.
NFPA 704 -luokitus tiivistetyille liuoksille (10-20 %) [33] : [K 12]
Pääasiallinen laboratoriomenetelmä natriumhypokloriitin saamiseksi on kaasumaisen kloorin johtaminen jäähdytetyn, kylläisen natriumhydroksidiliuoksen läpi [34] :
Natriumkloridin (NaCl) erottamiseen reaktioseoksesta käytetään jäähdytystä lähelle 0 °C:n lämpötilaan - näissä olosuhteissa suola saostuu. Seoksen jäädyttäminen edelleen (-40 °C) ja sen jälkeen kiteyttäminen -5 °C:ssa antaa natriumhypokloriittipentahydraattia NaOCl · 5H 2 O. Vedetön suola voidaan saada tyhjiökuivauksella väkevällä rikkihapolla [34] .
Hydroksidin sijasta natriumkarbonaattia voidaan käyttää synteesiin [35] :
Natriumhypokloriitin vesiliuos voidaan saada vaihtamalla natriumkarbonaatti kalsiumhypokloriitin kanssa [36] :
Natriumhypokloriitin kulutus maailmassa kasvaa jatkuvasti, mutta maailman tuotantovolyymin arvioiminen aiheuttaa tiettyjä vaikeuksia, koska merkittävä osa siitä valmistetaan sähkökemiallisella menetelmällä "in situ" -periaatteen mukaisesti. on sen suoran kulutuksen paikassa. Tämä johtuu natriumhypokloriittiliuosten riittämättömästä stabiilisuudesta pitkäaikaista varastointia varten, erityisesti korkeissa lämpötiloissa (katso alla). Maailman natriumhypokloriittimarkkinoiden arvo oli 261,7 miljoonaa Yhdysvaltain dollaria vuonna 2020, ja sen ennustetaan nousevan 385,6 miljoonaan dollariin vuoteen 2028 mennessä ja kasvavan keskimäärin 5 prosenttia vuodessa.
Vuodesta 2017 lähtien teolliseen käyttöön tarkoitettu natriumhypokloriitin määrä Yhdysvalloissa on 1 700 tuhatta tonnia vuodessa ja Venäjällä 87 tuhatta tonnia vuodessa. Kotitalouskäyttö kahdessa maassa: 2500 tuhatta tonnia/vuosi on Yhdysvalloissa ja vain 32 tuhatta tonnia vuodessa Venäjällä [37] .
Natriumhypokloriitin erinomaiset valkaisu- ja desinfiointiominaisuudet johtivat sen kulutuksen voimakkaaseen kasvuun, mikä puolestaan antoi sysäyksen laajamittaisen teollisen tuotannon syntymiselle.
Nykyaikaisessa teollisuudessa on kaksi päämenetelmää natriumhypokloriitin valmistamiseksi:
Kemiallisen kloorauksen menetelmä puolestaan tarjoaa kaksi tuotantojärjestelmää:
NaOCl:n saamiseksi käytettävän kemiallisen menetelmän olemus ei ole muuttunut sen jälkeen, kun Labarrac löysi sen (katso alakohta "Löytämisen historia "), ja se koostuu kaasumaisen kloorin vuorovaikutuksesta kaustisen soodan kanssa :
Nykyaikainen kemianjätti Dow Chemical Company oli yksi ensimmäisistä yrityksistä, joka asetti natriumhypokloriitin tuotannon laajamittaiselle teolliselle pohjalle. Vuonna 1898 avattiin yhtiön ensimmäinen kemiallinen NaOCl-tehdas. Clorox , Yhdysvaltojen suurin kotitalouksien valkaisuaineiden valmistaja , on toinen yritys, joka teki tästä aineesta niin suositun tänään . Perustamisestaan vuonna 1913 aina vuoteen 1957 asti, jolloin Procter & Gamble osti yrityksen , Clorox Bleach® natriumhypokloriittivalkaisuaine oli ainoa tuote valikoimassaan [2] .
Nykyaikainen teknologinen järjestelmä natriumhypokloriitin jatkuvaan tuotantoon on esitetty kuvassa [39] :[s. 442] :
Vähäsuolaisessa tuotantoprosessissa, toisin kuin yllä esitetyssä pääteknologisessa kaaviossa, sisältää kaksi kloorauksen vaihetta ja laimeaa NaOCl-liuosta syötetään ensimmäisestä reaktorista [39] kiteyttimeen (katso kuva), jossa valmis tuote on väkevöity ensimmäisestä reaktorista [39] : . 450] :
Venäjällä kaupallista natriumhypokloriittia tuottavat seuraavat yritykset[ tosiasian merkitys? ] :
Sähkökemiallinen menetelmä natriumhypokloriitin valmistamiseksi koostuu natriumkloridin tai meriveden vesiliuoksen elektrolyysistä elektrolyysilaitteessa, jossa on täysin avoimet elektrodivyöhykkeet (kalvoton menetelmä), eli elektrolyysituotteet sekoittuvat vapaasti sähkökemiallisessa prosessissa [ 43] .
Prosessi anodilla :
Prosessi katodilla :
Prosessi elektrolysaattorissa tuloksena olevien tuotteiden kemiallisen vuorovaikutuksen vuoksi:
Prosessin yleinen kaavio:
Sähkökemiallista menetelmää käytetään pääasiassa vedenkäsittelyjärjestelmien desinfiointiliuoksen saamiseksi. Tämän menetelmän mukavuus piilee siinä, että hypokloriitin tuotanto ei vaadi kloorin syöttöä, se voidaan valmistaa välittömästi vedenkäsittelypaikalla, jolloin vältetään toimituskulut; lisäksi menetelmä mahdollistaa hypokloriitin tuotannon melko laajalla tuotantomäärillä: erittäin pienestä suuriin [43] .
Maailmassa on monia erilaisia natriumhypokloriittiliuosten valmistukseen tarkoitettujen elektrolyysilaitteiden valmistajia, joista yleisimmät ovat Severn Trent De Noran järjestelmät : Seaclor ja Sanilec [44] .
Seaclor ® -järjestelmä on hallitseva tekniikka natriumhypokloriitin valmistuksessa merivedestä sähkökemiallisella prosessilla, ja sen osuus on yli 70 % maailman kokonaiskapasiteetista. Yli 400 Seaclor ® -laitteistoa käytössä 60 maassa; niiden kokonaistuottavuus on noin 450 tuhatta tonnia NaOCl:a vuodessa, yksikkökapasiteetti vaihtelee välillä 227–22680 kg/vrk [45] . Asennukset mahdollistavat aktiivisen kloorin pitoisuuden saavuttamisen liuoksessa välillä 0,1–0,25 % [46] .
Sanilecin ® -laitoksia on saatavana 1,2–21 600 kg/vrk välillä (kannettavat generaattorit) [47] , aktiivisen kloorin pitoisuus on 0,05–0,25 % [48] .
Venäjän federaatiossa natriumhypokloriittia valmistetaan standardin GOST 11086-76 "Natriumhypokloriitti" mukaisesti. Tekniset tiedot". Tämän asiakirjan mukaisesti NaOCl jaetaan tarkoituksen mukaan kahteen laatuun, joiden ominaisuudet on esitetty alla [49] :
Indikaattorin nimi | Luokka A | Mark B |
---|---|---|
Ulkomuoto | Vihertävän keltainen neste | |
Valonläpäisevyys | vähintään 20 % | |
Aktiivisen kloorin massapitoisuus, g/dm³, vähintään | 190 | 170 |
Alkalin massapitoisuus NaOH:na, g/dm³ | 10-20 | 40-60 |
Raudan massapitoisuus, g/dm³, ei enempää | 0,02 | 0,06 |
Sovellusalue | Kemianteollisuudessa veden desinfiointiin, desinfiointiin ja valkaisuun | Vitamiiniteollisuudessa (hapettavana aineena) ja kankaiden valkaisuun |
Natriumhypokloriitti tulee varastoida erityisissä polyeteenissä, kumipäällysteisissä teräksissä tai muissa korroosionkestävillä materiaaleilla peitetyissä säiliöissä, jotka on täytetty 90 % tilavuudesta ja varustettu ilmanpoistolla hajoamisen aikana muodostuneen hapen poistamiseksi valolta suojattuna . Tuotteiden kuljetus tapahtuu vaarallisten aineiden kuljettamista koskevien sääntöjen [49] mukaisesti .
Kaupallisen natriumhypokloriitin liuokset menettävät lopulta aktiivisuutensa NaOCl:n hajoamisen vuoksi. Seuraava taulukko osoittaa selvästi, että ajan myötä vaikuttavan aineen pitoisuus liuoksissa pienenee. Kuitenkin, kuten tuloksena olevasta diagrammista voidaan nähdä, hypokloriitin pitoisuuden pienentyessä myös sen hajoamisnopeus laskee ja teolliset liuokset stabiloituvat [12] :[s. 469] :
NaOCl-pitoisuus, % | Puoliintumisaika, päivää | |
---|---|---|
25°C | 35 °C | |
viisitoista | 144 | 39 |
12 | 180 | 48 |
9 | 240 | 65 |
6 | 360 | 97 |
3 | 720 | 194 |
yksi | 2160 | 580 |
Säilytyskelpoisimpia ovat hypokloriitin vesiliuokset, joiden pH on välillä 11,86–13 [12] :[s. 470] .
Natriumhypokloriitti on kiistaton johtaja muiden teollisesti merkittävien metallien hypokloriittien joukossa, sillä sen osuus maailmanmarkkinoista on 91 %. Kalsiumhypokloriitin jäännöksistä lähes 9 % , kalium- ja litiumhypokloriiteilla on merkityksettömät käyttömäärät [50] .
Natriumhypokloriitin koko laaja käyttöalue voidaan jakaa kolmeen ehdolliseen ryhmään:
Kotikäyttöön kuuluu:
Teollisiin käyttötarkoituksiin kuuluvat:
IHS :n asiantuntijoiden arkistoituna 17. joulukuuta 2014 Wayback Machine -sivustolla mukaan noin 67 % kaikesta natriumhypokloriitista käytetään valkaisuaineena ja 33 % desinfiointi- ja puhdistustarpeisiin, jälkimmäisen trendin ollessa nousussa. Yleisin hypokloriitin teollinen käyttöalue (60%) on teollisuuden ja kotitalouksien jätevesien desinfiointi. NaOCl:n teollisen kulutuksen globaalin kasvun arvioidaan olevan 2,5 % vuodessa vuosina 2012-2017. Kotitalouskäyttöön tarkoitetun natriumhypokloriitin maailmanlaajuisen kysynnän kasvun arvioidaan olevan noin 2 % vuodessa [50] .
Natriumhypokloriittia käytetään laajalti kotitalouskemikaaleissa ja se sisältyy aktiivisena aineena useisiin eri pintojen ja materiaalien valkaisuun, puhdistukseen ja desinfiointiin tarkoitettuihin tuotteisiin. Noin 80 % kaikesta Yhdysvaltojen kotitalouksien käyttämästä hypokloriitista on tarkoitettu kotitalouksien valkaisuun [51] . Tavallisesti jokapäiväisessä elämässä käytetään liuoksia, joiden hypokloriittipitoisuus on 3-6 % [52] .
Vaikuttavan aineen kaupallinen saatavuus ja korkea tehokkuus määrää sen laajan käytön eri valmistusyrityksissä, joissa natriumhypokloriittia tai siihen perustuvia tuotteita valmistetaan eri tavaramerkeillä, joista osa on esitetty taulukossa:
Tavaramerkki | Valmistaja | Tarkoitus | NaOCl-pitoisuus |
---|---|---|---|
Valkoinen [53] | JSC "Sayanskkhimplast" | Kotitalouksien valkaisuaine, tahranpoistoaine ja desinfiointiaine | 70-85 g / dm 3 aktiivista klooria |
Clorox Regular-Bleach [54] | Clorox Company | Kotitalouksien valkaisuaine, tahranpoistoaine ja desinfiointiaine | 6 % |
Clorox pesukoneen puhdistusaine [55] | Clorox Company | Pyykinpesukoneen puhdistusaine | 5-10 % |
Cascade Complete® valkaisuaineella (geeli) [56] | Procter & Gamble Company | Pesuaine automaattisille astianpesukoneille | 1-5 % |
Aquachem Chlorinizor [57] | Sunbelt Chemical Corp. | Uima-altaan desinfiointiaine | kymmenen % |
Brite Bleach [57] | Sunbelt Chemical Corp. | Kotitalouksien valkaisu- ja desinfiointiaine | 5,25 % |
Lysol Bleach wc-kulhojen puhdistusaine [58] | Reckitt Benckiser | WC:n puhdistusaine | 2 % |
Rengas [K 13] | Reckitt Benckiser | Putken tukosten poistoaine | ei dataa |
Domestos-geeli [K 13] | Unilever | Puhdistus- ja desinfiointivälineet | 5 % |
Natriumhypokloriitin käyttöä haavan desinfiointiin ehdotettiin ensimmäisen kerran viimeistään vuonna 1915 [59] . Nykyaikaisessa lääketieteellisessä käytännössä natriumhypokloriitin antiseptisiä liuoksia käytetään pääasiassa ulkoiseen ja paikalliseen käyttöön virus- , sieni- ja bakteereja tappavana aineena ihon, limakalvojen ja haavojen hoidossa [60] . Hypokloriitti on aktiivinen monia grampositiivisia ja gramnegatiivisia bakteereja , useimpia patogeenisiä sieniä , viruksia ja alkueläimiä vastaan, vaikka sen tehokkuus heikkenee veren tai sen komponenttien läsnä ollessa [61] .
Natriumhypokloriitin alhaiset kustannukset ja saatavuus tekevät siitä tärkeän ainesosan korkeiden hygieniastandardien ylläpitämisessä kaikkialla maailmassa. Tämä pätee erityisesti kehitysmaihin , joissa NaOCl:n käytöstä on tullut kriittinen tekijä koleran , punataudin , lavantautien ja muiden vedessä elävien bioottisten sairauksien estämisessä. Siten 1900-luvun lopulla Latinalaisessa Amerikassa ja Karibialla puhjenneen koleran aikana oli natriumhypokloriitin ansiosta mahdollista minimoida sairastuvuus ja kuolleisuus, mistä kerrottiin trooppisia sairauksia käsittelevässä symposiumissa , joka pidettiin järjestön suojeluksessa . Pasteur-instituutti [31] .
Lääketieteellisiin tarkoituksiin Venäjällä natriumhypokloriittia käytetään 0,06-prosenttisena liuoksena intrakavitaariseen ja ulkoiseen käyttöön sekä injektioliuoksena. Kirurgisessa käytännössä sitä käytetään kirurgisten haavojen hoitoon, pesuun tai tyhjennykseen sekä märkivien vaurioiden keuhkopussin ontelon intraoperatiiviseen puhdistamiseen; synnytys- ja gynekologiassa - emättimen perioperatiiviseen hoitoon , bartholiniitin , colpiitin , trikomoniaasin , klamydian , endometriitin , adneksiitin jne. hoitoon; otorinolaringologiassa - nenän ja kurkun huuhteluun, tiputukseen korvakäytävään ; dermatologiassa - märkäsidoksille, emulsioksille, pakkauksille erilaisiin infektioihin [61] .
Hammashoidossa natriumhypokloriittia käytetään laajimmin antiseptisenä huuhteluliuoksena (NaOCl-pitoisuus 0,5-5,25 %) endodontiassa [ K 14] [62] . NaOCl:n suosion määrää liuoksen yleinen saatavuus ja halpa, sekä bakteereja tappava ja antiviraalinen vaikutus sellaisia vaarallisia viruksia vastaan kuin HIV , rotavirus , herpesvirus , hepatiitti A- ja B -virukset [59] . Natriumhypokloriitin käytöstä virushepatiitin hoidossa on näyttöä : sillä on laaja valikoima virustenvastaisia, myrkkyjä poistavia ja antioksidanttisia vaikutuksia [63] . NaOCl-liuoksia voidaan käyttää joidenkin lääkinnällisten laitteiden, potilaiden hoitotarvikkeiden, astioiden, liinavaatteiden, lelujen, huoneiden, kovien huonekalujen, saniteettilaitteiden sterilointiin . Korkean syövyttävyyden vuoksi hypokloriittia ei käytetä metallilaitteissa ja työkaluissa. Huomioimme myös natriumhypokloriittiliuosten käytön eläinlääketieteessä : niitä käytetään karjarakennusten desinfiointiin [64] .
Natriumhypokloriitin käyttö valkaisuaineena on yksi teollisuuden painopistealueista juomaveden desinfioinnin ja puhdistuksen ohella. Pelkästään tämän segmentin maailmanmarkkinat ylittävät 4 miljoonaa tonnia [K 15] [31] .
Yleensä teollisiin tarpeisiin valkaisuaineena käytetään NaOCl:n vesiliuoksia, jotka sisältävät 10-12 % vaikuttavaa ainetta [31] .
Natriumhypokloriittia käytetään laajalti valkaisuaineena ja tahranpoistoaineena tekstiiliteollisuudessa sekä teollisissa pesuloissa ja kuivapesulaitoksissa. Sitä voidaan käyttää turvallisesti moniin kankaisiin, mukaan lukien puuvilla , polyesteri , nailon , asetaatti , pellava , viskoosi ja monet muut. Se poistaa erittäin tehokkaasti lian ja monenlaisia tahroja, kuten verta, kahvia, ruohoa, sinappia, punaviiniä jne. [31]
Natriumhypokloriittia käytetään myös sellu- ja paperiteollisuudessa puumassan valkaisuun [65] . NaOCl-valkaisu seuraa yleensä kloorausvaihetta ja on yksi puun kemiallisista prosessointivaiheista massan korkean valkoisuuden saavuttamiseksi . Kuituisten puolivalmiiden tuotteiden käsittely suoritetaan erityisissä torneissa hypokloriitin valkaisua varten alkalisessa ympäristössä (pH 8-9), lämpötilassa 35-40 ° C, 2-3 tunnin ajan. Tämän prosessin aikana tapahtuu ligniinin hapettumista ja klooraamista sekä orgaanisten molekyylien kromoforiryhmien tuhoutumista [66] .
Käytä teollisuuden desinfiointiaineenaNatriumhypokloriitin laaja käyttö teollisena desinfiointiaineena liittyy ensisijaisesti seuraaviin alueisiin [52] :
Hypokloriittia käytetään desinfiointiaineena joihinkin automatisoituihin astianpesutuotteisiin ja joihinkin muihin nestemäisiin synteettisiin pesuaineisiin [67] .
Monet valmistajat valmistavat teollisia desinfiointiaineita ja valkaisuaineita eri tuotenimillä, joista osa on esitetty taulukossa:
Tavaramerkki | Valmistaja | Tarkoitus | NaOCl-pitoisuus |
---|---|---|---|
Hypodesis [68] |
LLC "DonDez" | desinfiointi- ja desinfiointiaine | 4 % (aktiivisen kloorin suhteen) |
Forex-kloori [69] |
DNPK Alpha | desinfiointi- ja desinfiointiaine | 4 % (aktiivisen kloorin suhteen) |
STEC [70] |
Kemira Oy | välineet vedenkäsittelyyn, desinfiointiin, vedenkäsittelyyn uima-altaissa | vähintään 180 g/l (aktiivisena kloorina ilmaistuna) |
Aqua Chemical [71] |
Kemira oyj, OOO Skoropuskovsky Synthesis | vedenkäsittely ja desinfiointiaine | vähintään 180 g/l (aktiivisena kloorina ilmaistuna) |
Tiedustelu [72] |
Kemira Oy | välineet uima-altaiden vedenkäsittelyyn, vedenkäsittelyyn ja desinfiointiin | vähintään 180 g/l (aktiivisena kloorina ilmaistuna) |
Emovex [73] |
Macropool Chemicals LLC | uima-altaan desinfiointiaine | vähintään 130 g/l (aktiivisena kloorina ilmaistuna) |
Valkaisuainetiiviste [74] |
Harvard Chemical Company | teollinen valkaisuaine | 12,5-15 % (aktiivisen kloorin suhteen) |
Nestemäinen valkaisuaine [75] |
Hill Brothers Chemical Co. | teollinen valkaisu- ja desinfiointiaine | kymmenen %; 12,5 % |
Clorox Bleach [76] |
Clorox Company | valkaisuainetta pyykinpesuun | 6,5-7,35 % |
Poolchlor 1 [77] |
Hasa Inc. | altaan ja kylpylän desinfiointiaine | kymmenen % |
Oksidatiivinen desinfiointi kloorilla ja sen johdannaisilla on ehkä yleisin käytännön veden desinfiointimenetelmä , jonka massakäytön alku monissa Länsi-Euroopan maissa , USA :ssa ja Venäjällä juontaa juurensa 1900-luvun ensimmäiselle neljännekselle [78] . : [s. 17] .
Natriumhypokloriitin käyttö desinfiointiaineena kloorin sijaan on lupaavaa ja sillä on useita merkittäviä etuja:
Laimeita natriumhypokloriittiliuoksia käytetään kotitalousveden puhdistukseen: tyypillinen aktiivisen kloorin pitoisuus niissä on 0,2–2 mg/l ja kaasumaisen kloorin 1–16 mg/l [79] . Teollisuusliuosten laimennus käyttöpitoisuuteen suoritetaan suoraan paikan päällä.
Myös teknisestä näkökulmasta, ottaen huomioon käyttöolosuhteet Venäjän federaatiossa , asiantuntijat huomauttavat:
Natriumhypokloriitin käyttö veden desinfiointiin Venäjällä on tulossa yhä suositummaksi, ja maan johtavat teollisuuskeskukset ottavat sitä aktiivisesti käyttöön. Joten vuoden 2009 lopussa Lyubertsyssä aloitettiin NaOCl :n tuotantolaitoksen rakentaminen, jonka kapasiteetti on 50 tuhatta tonnia / vuosi Moskovan kunnallisen talouden tarpeisiin. Moskovan hallitus päätti siirtää Moskovan vedenkäsittelylaitosten veden desinfiointijärjestelmät nestemäisestä kloorista natriumhypokloriittiin (vuodesta 2012). Moskovan hallituksen Mosvodokanal-osakeyhtiöön siirtämä natriumhypokloriittia valmistava laitos otettiin käyttöön maaliskuussa 2015: se alkoi tuottaa Moskovan vedenkäsittelylaitoksilla veden desinfiointiin tarvittavaa reagenssia, joka peittää kokonaan. heidän tarpeitaan.
Muiden Venäjän federaation kaupunkien ja alueiden joukossa , joissa on jo käytössä tai suunnitteilla siirtyminen natriumhypokloriittiin veden desinfiointiin, mainitaan Pietari [81] [82] , Leningradin alue , Kemerovo [83] , Rostov -on-Don [84] , Ivanovo [85] , Syktyvkar [86] , Sevastopol [87] , Novgorod [88] .
Natriumhypokloriittia käytetään niin kutsutussa Raschig-prosessissa ( eng. Raschig Process , ammoniakin hapetus hypokloriitilla) - tärkein teollinen menetelmä hydratsiinin saamiseksi, jonka saksalainen kemisti Friedrich Raschig löysi vuonna 1907 . Prosessin kemia on seuraava: ensimmäisessä vaiheessa ammoniakki hapetetaan kloramiiniksi , joka sitten reagoi ammoniakin kanssa muodostaen varsinaista hydratsiinia [89] :
Yleinen kaava:
Sivureaktiona havaitaan hydratsiinin vuorovaikutus kloramiinin kanssa [89] :
Raschig-prosessi etenee emäksisessä väliaineessa ( pH 8–10), jossa on ylimäärä ammoniakkia, korotettu paine (2,5–3,0 MPa) ja lämpötila 120–160 °C [90] . Hydratsiinin saanto (hypokloriittiin perustuen) voi lopulta saavuttaa 80 % [91] .
Pienetkin määrät joidenkin raskasmetallien kationeja , erityisesti kaksiarvoista kuparia , voivat merkittävästi lisätä sivureaktion osuutta, ja siksi reaktioseokseen lisätään pieni määrä gelatiinia tai erikoisliimaa ionien sitomiseksi ei-reaktiiviseksi kompleksiksi. [91] .
Raschig-prosessin muunnos oli Hoffmann-prosessi ( englanniksi Hoffmann Process tai englantilainen Urea Process ), jossa ammoniakin sijasta käytetään ureaa [92] :
Prosessissa käytetään 43-prosenttista urealiuosta, johon on lisätty erityistä reagenssia (noin 0,5 g/l) sivureaktion estämiseksi ja lopputuotteen saannon lisäämiseksi. Natriumhypokloriittiliuosta käytetään suhteessa urealiuokseen suhteessa 4:1; reaktorin lämpötila ei ylitä 100 °C [92] .
Natriumhypokloriitin voimakkaita hapettavia ominaisuuksia käytetään teollisessa orgaanisessa synteesissä erilaisten yhdisteiden saamiseksi, mukaan lukien:
Natriumhypokloriittia käytetään laajasti laboratorioorgaanisessa käytännössä ensisijaisesti sen vahvojen hapettavien ominaisuuksiensa ja reagenssikelpoisuuden vuoksi.
NaOCl:n oksidatiivista potentiaalia käytetään seuraavissa muunnoksissa:
Muita käyttötapauksia ovat:
Muiden natriumhypokloriitin käyttöalueiden joukossa huomautamme: