СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РАСТВОРА ГИПОХЛОРИТА НАТРИЯ
METHOD OF PRODUCING SODIUM HYPOCHLORITE SOLUTION

Изобретение относится к электрохимии, а именно к электрохимическим способам получения гипохлорита натрия, предназначенного для использования в качестве дезинфектанта в процессах водоподготовки и очистки сточных вод.
Для получения гипохлорита натрия широко используются электрохимические способы, основанные на электролизе водного раствора хлорида натрия.
Так, известен электрохимический способ получения раствора гипохлорита натрия [UA 80486].
Способ включает электролиз водного раствора хлорида натрия в проточном электролизере с неразделенными анодным и катодным пространствами с использованием анода из титана, покрытого слоем рутения, модифицированного ионогенным полимером. При этом регулируют скорость потока электролита и токовую нагрузку таким образом, чтобы целевой продукт - раствор гипохлорита натрия - имел концентрацию 200-1000 мг/л и значение водородного показателя (pH), лежащее в диапазоне от 6 до 8.
Рассматриваемый способ обеспечивает получение раствора гипохлорита натрия медицинского назначения с относительно низкой концентрацией и с указанным выше значением pH.
Однако рассматриваемый способ требует использования специфического оборудования, а получаемый раствор гипохлорита натрия имеет узкую сферу применения.
Известен способ получения раствора гипохлорита натрия [RU 2125120], который выбран в качестве ближайшего аналога.
Способ включает электролиз водного раствора хлорида натрия в проточном электролизере с неразделенными анодным и катодным пространствами. При этом осуществляют электролиз исходного водного раствора хлорида натрия, а затем электролиз полученного электролита при разбавлении его водой. В качестве целевого продукта отбирают полученный в ходе электролиза водный раствор гипохлорита натрия.
Рассматриваемый способ обеспечивает высокую степень конверсии исходной соли и, как следствие, высокий выход целевого продукта.
Однако данный способ не предусматривает возможность получения растворов гипохлорита натрия с заданным значением pH.
Между тем, от величины pH в значительной степени зависят такие характеристики раствора гипохлорита натрия, как его биоцидная активность и стабильность, которые в свою очередь определяют сферу применения раствора гипохлорита натрия в качестве дезинфектанта.
Задачей изобретения является возможность получения водных растворов гипохлорита натрия с заданным значением pH.
Сущность изобретения заключается в том, в способе получения водного раствора гипохлорита натрия, включающем электролиз водного раствора хлорида натрия в проточном электролизере с неразделенными анодным и катодным пространствами, при этом осуществляют электролиз исходного водного раствора хлорида натрия, после чего проводят электролиз полученного электролита при разбавлении его водой и отбирают в качестве целевого продукта полученный в ходе электролиза водный раствор гипохлорита натрия, согласно изобретению процесс электролиза при разбавлении электролита водой осуществляют, контролируя величину его pH, отслеживают изменение pH электролита и осуществляют отбор водного раствора гипохлорита натрия с заданным значением pH после того, как в ходе контроля pH электролита выявляют тенденцию к снижению его величины.
Особенностью предлагаемого способа является возможность доведения pH получаемого раствора гипохлорита натрия до заданного значения, что достигается за счет проведения электролиза под контролем pH при разбавлении электролита водой.
Как показали экспериментальные исследования, изменение в ходе электролиза величины pH электролита по мере увеличения количества воды в нем носит сложный характер. Указанная зависимость вначале имеет тенденцию к возрастанию величины pH от значений, свойственных исходному раствору электролита, лежащих в нейтральной области (около 7), до более высоких значений, лежащих в щелочной области (более 8), а затем имеет тенденцию к снижению величины pH от значений, лежащих в щелочной области, к более низким значениям, лежащим в нейтральной области. При этом переход от тенденции к росту величины pH электролита к тенденции к снижению указанной величины происходит после достижения высокой степени конверсии хлорида натрия и, соответственно, высокого выхода гипохлорита натрия.
Принципиально важным в предлагаемом способе является то, что отбор раствора гипохлорита натрия с заданным значением pH осуществляют после того, как тенденция к росту величины pH изменяется на тенденцию к снижению величины pH. Это позволяет получить раствор гипохлорита натрия с требуемым значением pH, лежащим в диапазоне от щелочных значений до нейтральных значений и при этом обеспечить высокий выход гипохлорита натрия.
Таким образом, техническим результатом, достигаемым при использовании предлагаемого способа, является возможность получения водных растворов гипохлорита натрия с различными заданными значениями pH при обеспечении высокой степени конверсии исходной соли и высокого выхода гипохлорита натрия.
При этом, получая раствор гипохлорита натрия с тем или иным значением pH, можно добиться такой совокупности его свойств, которая требуется для определенной сферы его применения в качестве дезинфектанта.
Так, при использовании раствора гипохлорита натрия для дезинфекции питьевой воды требуется обеспечить его пролонгированное действие, которое достигается при относительно высокой стабильности гипохлорита натрия. Как показывают эксперименты, относительно высокая стабильность гипохлорита натрия характерна для его водных растворов, имеющих щелочную реакцию.
При использовании раствора гипохлорита натрия для обработки сточных вод требуется сочетание его относительно высокой активности с относительно низкой стабильностью, обуславливающей быстрое разложение соединений активного хлора, что предотвращает загрязнение окружающей среды экологически опасными хлорсодержащими соединениями. Это достигается, как показывают эксперименты, при значениях pH водного раствора гипохлорита натрия, близких к нейтральным или к кислым.
Способ осуществляют следующим образом.
Способ осуществляют в электролизере с неразделенными анодным и катодным пространствами.
Готовят исходный электролит - водный раствор хлорида натрия.
Приготовленный исходный водный раствор хлорида натрия загружают в электролизер. Проводят электролиз исходного водного раствора хлорида натрия, а затем продолжают электролиз при разбавлении электролита водой. Таким образом, в ходе электролиза все время возрастает количество воды в электролите.
При проведении электролиза осуществляют контроль pH электролита, в частности с помощью pH-метра.
После того, как в ходе контроля pH электролита выявляют тенденцию к снижению величины его pH, процесс электролиза ведут до достижения заданного значения pH электролита, после чего осуществляют отбор целевого продукта - водного раствора гипохлорита натрия.
Контроль величины pH электролита можно осуществлять периодически через равные или различные временные интервалы. При этом периодичность замера величины pH можно устанавливать с учетом предварительно полученных экспериментальных данных применительно к конкретному процессу электролиза.
После отбора раствора гипохлорита pH можно осуществить его подкисление с помощью соляной кислоты до величин pH, лежащих в области кислых значений (<7).
Возможность реализации способа показана в примерах конкретного выполнения.
Пример 1
Получали путем электролиза водный раствор гипохлорита натрия с заданным значением pH, лежащим в диапазоне 7,9-7,8.
2
Электролиз проводили в электролизере непрерывного действия с неразделенными анодным и катодным пространствами в режиме рециркуляции. Режим электролиза: напряжение U=22 В, плотность тока f=0,5-0,6 А/см. Производительность рециркуляционного насоса составляла 20 л/ч.
Готовили исходный электролит - водный раствор хлорида натрия с концентрацией 50 г/л.
В электролизер загружали 0,5 л исходного электролита, pH которого составляла 7,1.
Проводили электролиз исходного раствора электролита в течение 3 мин без разбавления его водой, после чего контролировали с помощью pH-метра величину pH электролита, которая составила 7,4.
Затем продолжали процесс электролиза с добавлением воды к электролиту в количестве 1 л/мин.
Контролировали величину pH электролита, которая через 30 мин от начала процесса электролиза составила 8,2, через 1 ч составила 8,6, а через 1 ч 15 мин составила 8,1.
Сравнительный анализ двух последних замеров показал наличие тенденции к снижению величины pH электролита.
Далее проводили электролиз под контролем величины pH электролита до достижения заданного значения pH, лежащего в указанном выше диапазоне. Значение pH, равное 7.9, было достигнуто через 1 ч 30 мин от начала процесса электролиза.
Отбирали полученный водный раствор гипохлорита натрия с заданным значением pH 7,9, который в дальнейшем использовали для обеззараживания питьевой воды.
Пример 2
Получали путем электролиза водный раствор гипохлорита натрия с заданным значением pH, лежащим в диапазоне 7,0-7,1.
2
Электролиз проводили в электролизере непрерывного действия с неразделенными анодным и катодным пространствами в режиме рециркуляции. Режим электролиза: напряжение U=22 В, плотность тока f=0,5-0,6 А/см. Производительность рециркуляционного насоса составляла 20 л/ч.
Готовили исходный электролит - водный раствор хлорида натрия с концентрацией 50 г/л.
В электролизер загружали 0,5 л исходного электролита, pH которого составляла 7,1.
Проводили электролиз исходного раствора электролита в течение 3 мин без разбавления его водой, после чего контролировали с помощью pH-метра величину pH электролита, которая составила 7,3.
Затем продолжали процесс электролиза с добавлением воды к электролиту в количестве 1 л/мин.
Контролировали величину pH электролита, которая через 30 мин от начала процесса электролиза составила 8,1, через 1 ч составила 8,5, а через 1 ч 30 мин составила 7,9.
Сравнительный анализ двух последних замеров показал наличие тенденции к снижению величины pH электролита.
Далее проводили электролиз под контролем величины pH электролита до достижения заданного значения pH, лежащего в указанном выше диапазоне. Значение pH, равное 7.0, было достигнуто через 2 ч от начала процесса электролиза.
Отбирали полученный водный раствор гипохлорита натрия с заданным значением pH 7,0, который в дальнейшем использовали для обеззараживания сточных вод.