用农作物秸秆制备高纯度二氧化氯的方法及其使用的催化剂的制法技术

本发明专利技术公开了一种用农作物秸秆制备高纯度二氧化氯的方法，将粉碎的干燥的农作物秸秆和催化剂加入到氯酸钠溶液中，并控制氯酸钠∶农作物秸秆∶催化剂的质量比为１０∶１．２０－２．２０∶０．０１－０．１０，然后，将反应体系在水浴中加热到６０－７０℃，开始边搅拌边缓慢加入１∶１硫酸，控制反应温度为５０－９０℃，体系硫酸浓度为４．５－８．０ｍｏｌ／Ｌ，在负压导出二氧化氯，用冰水吸收，所述催化剂为配合物型柠檬酸氧钒酸铵；本发明专利技术的反应条件温和，反应速度快，平稳安全，操作简便，二氧化氯产率高、纯度高，生产成本低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及消毒剂化合物制备
，尤其是涉及一种催化剂作用下用农作物秸秆制备高纯度二氧化氯的方法及其使用的催化剂的制法。
技术介绍
二氧化氯在常温常压下是黄绿色或桔黄色气体，由于其特殊的电子层不饱和结构，在广泛的pH值范围内具有很强的氧化能力(氧化还原电极电位约1.50V)，被称为高效、广谱灭菌消毒剂，世界卫生组织(WHO)推荐其为A1级安全消毒剂。二氧化氯被广泛用于饮用水消毒，纸浆和织物漂白，食品加工，蔬菜水果保鲜，工业冷却水和废水处理，注水采油和油井解堵，卫生防疫和临床灭菌消毒，水产养殖的水体消毒等多方面应用，是一种很有发展前途的消毒剂。氯气是传统的饮用水消毒剂，但是在使用过程中常引出一些弊病：如氯与水中的有机物、腐殖质能生成致癌的氯代烷，与酚类生成有怪嗅味的氯酚。一些发达国家已限制使用氯气作为饮用水消毒剂，美国一些水处理专家早已提议，在美国水厂禁止使用氯气消毒。1982年美国环保局推荐用二氧化氯作为饮用水消毒剂。随着科学技术发展和国民生活水平提高，用二氧化氯代替氯气处理饮用水势在必行。制备二氧化氯的方法有两种：化学法和电解法。电解法生产设备复杂，投资较大，生产成本高。化学方法又分为还原氯酸钠法和氧化或酸化亚氯酸钠法。亚氯酸钠法操作简便，但生产成本高。国内外常用还原氯酸钠法批量生产二氧化氯，经过多年来的研究开发，已发展为以R系列法(R1—R13)为主的十几种生产方法，都是在强酸性介质中还原氯酸钠制备ClO2(无机盐工业，2000，5，20-23)。还原剂有多种多样，例如，SO2、a2SO3、aCl、HCl、CH3OH、EtOH、H2O2等。这些方法的缺点是生产成本高，产品纯度较低(常含有氯气)。近年来，有一些制备高纯度二氧化氯的方法报道。例如，黎瑞珍等报道(琼州大学学-->报，2003，10(2)15-17)将氯酸钠溶于一定浓度的硫酸溶液中，在催化剂作用下制备高纯度二氧化氯，催化剂是用三种过渡金属氧化物溶于盐酸，加入正丁醇，用干燥瓷管吸附处理，然后将吸附有催化剂的瓷管加入到一定温度的反应液中制备二氧化氯，二氧化氯纯度达98.4-99.8％；而在该反应中如果不采用催化剂，氯酸钠和硫酸反应剧烈难以控制，二氧化氯的产率低、纯度差；该反应中瓷管吸附催化剂制备复杂，用氮气吹出二氧化氯，用5％KI溶液吸收，会使生产成本增高，该方法只能作为方法研究，没有实用价值。现有的制备二氧化氯的方法中要么反应速度较慢，要么反应剧烈、危险性高，不仅反应条件较难控制，而且操作复杂，关键是其二氧化氯产率低、纯度差，生产成本也较高。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种用农作物秸秆制备高纯度二氧化氯的方法，其反应条件温和，反应速度快，平稳安全，操作简便，二氧化氯产率高、纯度高，生产成本低。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：将粉碎至100-120目的农作物秸秆和催化剂加入到氯酸钠溶液中，控制氯酸钠：农作物秸秆：催化剂的质量比为10:1.20-2.20:0.01-0.10，其中，农作物秸秆的质量配比是按照其含水率不超过0.5—1.0％(重量百分比)时的重量计算的；然后，将反应体系在水浴中加热到60-70℃，开始边搅拌边缓慢加入1：1硫酸(体积比)，控制反应温度为50-90℃，体系硫酸浓度为4.5-8.0mol/L，在负压下用导管将生成的二氧化氯引出，用冰水吸收，反应时间为30-120分；所述催化剂为配合物型柠檬酸氧钒酸铵。进一步，所述农作物秸秆采用甘蔗渣、稻草、小麦秆、玉米秆、花生壳和常青草其中的一种；采用甘蔗渣时，控制氯酸钠：甘蔗渣：催化剂的质量比为10:1.20-1.80:0.01-0.10；采用稻草时，控制氯酸钠：稻草：催化剂的质量比为10:1.20-2.00:0.01-0.10；采用小麦秆时，控制氯酸钠：小麦秆：催化剂的质量比为10:1.30-2.00:0.01-0.10；采用玉米秆时，控制氯酸钠：玉米秆：催化剂的质量比为10:-->1.40-2.00:0.01-0.10；采用花生壳时，控制氯酸钠：花生壳：催化剂的质量比为10:1.30-2.00:0.01-0.10；采用常青草时，控制氯酸钠：常青草：催化剂的质量比为10:1.50-2.20:0.01-0.10。本专利技术的另一目的在于提供所述用农作物秸秆制备高纯度二氧化氯的方法过程中使用的催化剂的制备方法，技术方案如下：将偏钒酸钠和柠檬酸溶于水，然后加入适量氨水，在室温下用电磁搅拌器搅拌反应后制得本专利技术的有益效果是：本专利技术是用农作物秸秆水解还原氯酸钠制备二氧化氯，同时开发出一种配合物型柠檬酸氧钒(V)酸铵作催化剂，在催化剂作用下，在硫酸溶液介质中，用甘蔗渣、稻草、麦杆、玉米杆、花生壳、常青草水解还原氯酸钠制备高纯度二氧化氯，反应条件温和，反应速度快，平稳安全，操作简便，二氧化氯纯度高，生产成本低。我国中西部地区以农业为主，有着丰富的农作物秸秆、糠壳和青草资源没有得到合理利用，有些被焚烧掉或扔掉，造成严重浪费。选用甘蔗渣、稻草、麦杆、玉米杆、花生壳和青草作还原剂，是废物利用，变废为宝，大大降低了生产成本。这种新技术的开发对中西部地区发展特色农业，促进农副产品深加工业，延长农业产业链，带动农业增产增收具有重要的现实意义。本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过说明书、权利要求书或者附图中所特别指出的结构来实现和获得。具体实施方式实施例1：取20mL 500克/L的氯酸钠溶液加入到装有电动搅拌的250mL三颈烧瓶中，再加入1.40克干燥的120目甘蔗渣和0.06克催化剂，边搅拌边在水浴中加热至60℃，用恒-->压分液漏斗向三颈烧瓶中滴加31.5mL 1：1硫酸，同时开动真空泵，用导气管将新生成的二氧化氯引出，用五级冰水吸收。当1：1硫酸加完时(体系硫酸浓度约为5.5mol/L)，将水浴温度升高到70℃继续反应，待三颈烧瓶的反应液的黄绿色褪去，呈浅蓝色透明溶液，结束反应，大约用70mi.。将五个吸收瓶的二氧化氯水溶液混合均匀后，取样，用碘量法测定二氧化氯的含量。二氧化氯产率85.59％，纯度99.08％。实施例2：取20mL 500克/L的氯酸钠溶液加入到装有电动搅拌的250mL三颈烧瓶中，再加入1.50克干燥的120目甘蔗渣和0.06克催化剂，边搅拌边在水浴中加热至60℃，用恒压分液漏斗向三颈烧瓶中滴加25.0mL 1：1硫酸，同时开动真空泵，用导气管将新生成的二氧化氯引出，用五级冰水吸收。当1：1硫酸加完时(体系硫酸浓度约为5.0mol/L)，将水浴温度升高到65℃继续反应，待三颈烧瓶的反应液的黄绿色褪去，呈浅蓝色透明溶液，结束反应，大约用66mi.。将五个吸收瓶的二氧化氯水溶液混合均匀后，取样，用碘量法测定二氧化氯的含量。二氧化氯产率85.64％，纯度97.99％。实施例3：取20mL 500克/L的氯酸钠溶液加入到装有电动搅拌的250mL三颈烧瓶中，再加入1.35克干燥的120目的稻草和0.06克催化剂，边搅拌边在水浴中加热至70℃，用恒压分液漏斗向三颈烧瓶中滴加31.5m本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用农作物秸杆制备高纯度二氧化氯的方法，其特征在于：将粉碎至１００－１２０目的农作物秸秆和催化剂加入到氯酸钠溶液中，并控制氯酸钠：农作物秸秆：催化剂的质量比为１０∶１．２０－２．２０∶０．０１－０．１０，其中，农作物秸秆的质量配比是按照其含水率不超过０．５－１．０％（重量百分比）时的重量计算的；然后，将反应体系在水浴中加热到６０－７０℃，开始边搅拌边缓慢加入１∶１硫酸（体积比），控制反应温度为５０－９０℃，体系硫酸浓度为４．５－８．０ｍｏｌ／Ｌ，在负压下用导管将生成的二氧化氯引出，用冰水吸收，反应时间为３０－１２０分；所述催化剂为配合物型柠檬酸氧钒酸铵。

【技术特征摘要】
1.一种用农作物秸杆制备高纯度二氧化氯的方法，其特征在于：将粉碎至100-120目的农作物秸秆和催化剂加入到氯酸钠溶液中，并控制氯酸钠：农作物秸秆：催化剂的质量比为10:1.20-2.20:0.01-0.10，其中，农作物秸秆的质量配比是按照其含水率不超过0.5—1.0％(重量百分比)时的重量计算的；然后，将反应体系在水浴中加热到60-70℃，开始边搅拌边缓慢加入1：1硫酸(体积比)，控制反应温度为50-90℃，体系硫酸浓度为4.5-8.0mol/L，在负压下用导管将生成的二氧化氯引出，用冰水吸收，反应时间为30-120分；所述催化剂为配合物型柠檬酸氧钒酸铵。2.根据权利要求1所述的用农作物秸秆制备高纯度二氧化氯的方法，其特征在于：所述农作物秸秆采用甘蔗渣、稻草、小麦秆、玉米秆、花生壳和常青草其中的一种；采用甘蔗渣时，控...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴本来，张鸿云，牛云垠，张铁财，王凤珍，徐金霞，张超，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：41[中国|河南]