CN101516770A - 用于制造二氧化氯的构型 - Google Patents

Abstract

本发明公开了在偏振的紫外辐射、电磁场(EMF)、连续室和螺旋构型的存在下通过一种或多种反应物反应以制造二氧化氯的方法和成分。偏振的紫外辐射和EMF有助于形成二氧化氯和减少可逆反应。

Description

用于制造二氧化氯的构型

发明人：Joseph Callerame

本申请要求以下申请的优先权：2006年5月19日提交的美国临时专利申请No.60/747,705，2006年5月19日提交的美国临时专利申请No.60/747,710，2006年6月26日提交的美国临时专利申请No.60/805,842，2006年7月10日提交的美国临时专利申请No.60/806,874和2006年8月30日提交的美国临时专利申请序号No.60/823,952，上述每个申请的公开内容引入本文作为参考。

背景技术

二氧化氯具有相当大的工业重要性，并已经发现其可用作消毒剂和用于漂白木浆、脂肪、油以及面粉，且在最近将其用于炭疽的灭菌。通常，二氧化氯用作漂白剂，以及用于从水和其它液体中去除味道和气味。最近，已将二氧化氯用作用于饮用水消毒的防污染剂。

对于二氧化氯的几种已确定的用途，合意的是原位制造气体，使得二氧化氯在形成时能够或者以气体的形式，或者在吸收后以水溶液的形式直接使用。在很多情况下，优选使用二氧化氯溶液而不是以气体的形式使用。二氧化氯在水中被吸收并形成亚氯酸，该气体能够通过加热容易地从其中驱出。在水溶液中亚氯酸的存在表明了二氧化氯与水的反应。

在此之前已经提出了几种用于制造二氧化氯的方法。美国专利No.3,648,437、3,695,839、3,828,097、4,877,500、4,874,489和3,754,079涉及二氧化氯或亚氯酸的制造，二氧化氯能够从亚氯酸驱出。

发明内容

通过使氧气和氯气的混合物经受偏振的紫外辐射制造二氧化氯。在一个实施方案中，在没有氮气的反应空间中进行反应以制造二氧化氯。氮气的存在不会阻止二氧化氯的形成，但是却有可能形成氮的含氯化合物作为副产物。这使二氧化氯产率降低，当然是不期望的。通过使氯气-氧气混合物暴露于紫外辐射下而得到的二氧化氯的产率是暴露时间、辐射强度和反应物比例的函数。

这里描述的本发明的方法涉及令人惊异的效果，其通过使反应物暴露于约200～400nm，优选240～360nm波长的偏振辐射下而获得。然而，不受本发明范围的限制，波长可在这些参数周围变化，在一个实施方案中，当偏振的UV辐射在约254nm保持恒定时，ClO₂的产量增加。偏振辐射，比如偏振的UV光，可以是约75％偏振或约80％偏振或约95％偏振或约100％偏振。取决于制造二氧化氯的产率，能使用较低或较高百分比的偏振光。偏振光角度也可相对于非偏振光源而改变。辐射强度可在约1,000～60,000μw/cm²之间改变。

本文公开的方法能原位和非原位进行。此外，形成的二氧化氯不需要从反应混合物分离；然而，整个反应混合物，包括形成的二氧化氯，在多数情况下可以作为整体使用，因为反应的其它组分不会对应用性质产生有害的影响。因此，作为偏振辐射的结果得到的含有反应产物的二氧化氯可被驱出反应空间，并转移到使用的地方，或者，如需要，在反应完成后，可使反应混合物经过水，以形成溶解的二氧化氯或亚氯酸。

可安置一个或多个UV灯，使得辐射之间存在时间间隔。可关闭和打开一个或多个UV灯，使得存在特定时期，其期间没有辐射。在此辐射循环后暂停，提高二氧化氯的产率。通过连续地或以平行构型设置一个或多个灯，以使前体进流以有时间间隔的连续方式暴露于一个或多个灯下，或者通过以周期模式打开和关闭UV灯，建立该循环辐射模式。

通过使用电磁场(EMF)或电动势，增强二氧化氯(ClO₂)制造。一方面，在基于紫外(UV)辐射制造二氧化氯期间存在电磁场。EMF被认为有助于导致二氧化氯从原料(例如氯和氧)形成的反应。

ClO₂和臭氧的同时产生增强了消毒/灭菌能力。公开了螺旋构型，该构型同时运送不干净的材料和用于二氧化氯和臭氧产生的反应混合物。辐射强度为约50～80瓦或约25～100瓦且波长范围为约254nm±100nm的大功率紫外灯是适合的。辐射亚氯酸盐溶液时，亚氯酸盐转化为ClO₂。还可存在其它特征，诸如偏振光源、附加的EMF、减少的散射、反应器的螺旋构型、多个UV灯、连续室。

外部的、较大直径的盘管包含待灭菌或待消毒的材料，而内部的、较小直径的盘管用于制造可对期望的材料进一步灭菌/消毒的ClO₂。在此实施方案中使用的所有盘管对二氧化氯、臭氧、前体无反应性，并允许UV穿过。适合的材料包括特氟隆和石英管材或其组合。可使用一个或多个UV灯。可使用任何适合数量的灯。

来自UV灯的辐射穿过反应器表面，该反应器表面由UV允许的材料例如，特氟隆管材或盘管制成，并对邻近的盘管消毒，该邻近的盘管放置在外部盘管内或紧邻外部盘管的邻域中。UV光穿过内部盘管，自亚氯酸盐制造二氧化氯，且进一步穿过外部盘管并对循环的脏材料消毒。让空气经过UV灯以使灯冷却。UV辐射产生臭氧，该臭氧可再循环或再次引入运送脏水的外部盘管用于进一步消毒/灭菌。由内部盘管制造的二氧化氯也计量加入运送脏水的外部盘管用于进一步消毒/灭菌。此外，来自UV灯的UV光功率大到足以直接对外部盘管中的脏水灭菌。通过臭氧的额外灭菌作用可用以减少ClO₂的需求和消耗。UV允许的管材最大化了ClO₂和臭氧的协同消毒作用，并且UV的直接灭菌作用也能有助于杀菌的效力。

可用特氟隆或聚四氟乙烯(PTFE)或任何适合的非腐蚀层涂覆反应室内的UV-灯，以延长灯的寿命并增强其效率，并最小化不期望的盐沉积。

ClO₂和臭氧的协同作用连同UV的直接灭菌导致了增强和有效的消毒方法。此外，在一个单元设备内可达到有效的消毒，而免除了将ClO₂输送到水处理设备或任何其它较远场所的麻烦。因此，该ClO₂-臭氧产生器组合节约了能量、成本、空间、准备时间，并提供了有利的消毒能力。

一种用于制造二氧化氯的系统，其包括：

反应室，其包括一个或多个连续室，以接收一种或多种形成二氧化氯的反应物；

紫外辐射源，安置于所述反应室内或与所述反应室相邻；

偏振器，以偏振UV辐射，安置所述偏振器使得来自该UV源的所述UV辐射经过该偏振器；和

出口元件，回收在所述反应室内制造的二氧化氯。

一种用于制造二氧化氯的系统，其包括：

反应室，其包括一个或多个连续室，以接收一种或多种形成二氧化氯的反应物；

紫外辐射源，安置于所述反应室内或与所述反应室相邻；和

电磁场源，以加速二氧化氯的形成。

样品室可包括螺旋构型。

一种用于制造二氧化氯的装置，其包括：

反应室，其包括一个或多个连续室，以接收一种或多种形成二氧化氯的反应物，且所述反应室与一个或多个下列元件相邻：

紫外辐射源，安置于所述反应室内或与所述反应室相邻；

偏振器，以偏振UV辐射，安置所述偏振器使得来自该UV源的所述UV辐射经过该偏振器；以及

电磁场源，以加速二氧化氯的形成。

一种制造二氧化氯的方法，该方法包括以下步骤：

将用于制造二氧化氯的一种或多种反应物引入反应室以形成反应混合物；和

使所述反应混合物经受一个或多个下列处理，该处理包括：

(a)使所述反应混合物暴露于偏振的紫外辐射；

(b)提供电动场(EMF)；以及

(c)在一个或多个连续室中执行反应；

以制造二氧化氯。

该反应混合物可包括氯气和氧气。该反应混合物可包括选自NaClO₂、NaClO₃、HClO₂和HClO₃的反应物。

附图说明

图1显示了用于制造二氧化氯的设备示意图。

图2显示了用于制造产生二氧化氯用雾气的雾化器构型。

图3显示了串接构型的辐射源(例如，UV灯)的示意和实际的图例，其中两个或多个灯连续排列。

图4显示了具有串接灯泡排列的ClO₂产生装置的实施方案中的螺旋构型，其中反应物质在围绕辐射源的盘管内循环。任选地，如示例性实施方案所示，冷却元件也沿圆周放置以围绕辐射源，其中循环有空气或任何适合的冷却液体。

图5显示了单独的冷却元件不存在的ClO₂产生装置的实施方案中的螺旋构型。

图6显示了ClO₂产生装置的实施方案中螺旋构型的上下排列。

图7显示了螺旋构型的ClO₂产生装置的实施方案示意图，其中包括用于氯酸盐排放的提供。

图8显示了Venturi(文丘里)效应，其中在室内通入空气流，将ClO₂吸出储存体或除去ClO₂。

图9显示了通过减少基于UV的ClO₂产生装置中的散射效应，在制造期间移除二氧化氯以提高效率的机理示意图。CO₂也可用作起泡剂，导致pH降低和形成亚氯酸与氯酸，反过来导致形成二氧化氯。

图10显示了与不存在附加EMF(B)相比，通过应用附加的EMF(A)提高了二氧化氯的转化率，以及用于产生EMF的设备(C)。当暴露于UV时，应用EMF减少了二氧化氯逆转为它的组分。

图11显示了实验设备，示出了用于基于亚氯酸盐的ClO₂产生装置的EMF的应用(A)，以及由与指示剂颜色相关的气泡表明的ClO₂的制造(B)。辐射在2个1盎司Teflon^TM(特氟隆^TM)烧杯中的25％的亚氯酸盐溶液，其中一个有电荷通过该液体。

图12显示了用于制造二氧化氯的设备的实施方案的透视图(A)；用于同时制造二氧化氯和臭氧的设备的侧视透视图(B)；以及用于同时制造二氧化氯和臭氧的设备的截面俯视图(C)。

图13显示了协同构型，其中UV源直接浸没在反应混合物中。

图14是图13实施方案的盘管构型。

具体实施方式

对于制造ClO₂的一些常规机理，包括例如，

在实验室中，通过氧化亚氯酸钠制备ClO₂：

2NaClO₂+Cl₂→2ClO₂+2NaCl

也可通过在强酸溶液中用适当的还原剂(例如，过氧化氢、二氧化硫或盐酸)还原氯酸钠来制造ClO₂：

2ClO₃ ^-+2Cl^-+4H⁺→2ClO₂+Cl₂+2H₂O

氯酸钠与盐酸反应：

2NaClO₃+4HCl→2NaCl+2ClO₂+Cl₂+2H₂O

通常，通过以下使用亚氯酸钠的三个方法之一来制备用于消毒应用的二氧化氯：亚氯酸钠-次氯酸钠法：

2NaClO₂+2HCl+NaOCl→2ClO₂+3NaCl+H₂O

或亚氯酸钠-盐酸法：

5NaClO₂+4HCl→5NaCl+4ClO₂

也可通过电解亚氯酸盐溶液来制造二氧化氯：

2NaClO₂+2H₂O→2ClO₂+2NaOH+H₂

可通过气固法制造高纯度二氧化氯气体，其使稀释的氯气与固体亚氯酸钠反应。

2NaClO₂+Cl₂→2ClO₂+2NaCl

二氧化氯制造过程可在图1所示类型的反应器中进行。该反应器包括具有阀控底部入口2和阀控顶部出口3的管式容器1。该管式容器由玻璃，钛或钢合金(例如已知名为Hastalloy C(哈氏合金C)的)，或任何适合的材料制成。紫外辐射源，诸如，一个或几个石英灯4安置在管式容器1限定的空间5内。优选任何适合形状的石英灯或其它UV辐射源。石英灯的电连接如附图标记6图解所示。如果管式容器1的壁材允许偏振的UV辐射透过，则可将UV源安置到容器外。UV辐射源与偏振滤光元件或任何适合的偏振元件关联。例如，UV灯本身可用偏振滤光元件覆盖或涂覆。任选地，可将单独的偏振滤光片置于灯外以允许UV灯发出的光穿过滤光元件。

为了强化和容纳灯发出的偏振的紫外辐射，如果反应器壁能透过偏振的UV辐射，则在管式容器1外提供光亮的反射体(例如铝的)是合乎期望的。这些反射体通常由在附图中的附图标记7所示。如果反射体的表面涂层能耐反应物，则可将其安置于反应空间内。

作为通常的建议，如果将偏振的UV源置于反应器空间外，则反应器壁材应该是能透过偏振的UV的类型。但是如果将光源放在反应器空间内，反应器壁材可以不透光。因此，壁可以是玻璃的、塑料的、钢合金或钛的，条件是材料耐反应物。如本文所述，如果材料能透过偏振的UV辐射，则将高度抛光的铝反射体应该有利地用以容纳反应器室空间内的辐射强度。

偏振滤光器可以是线性反射的偏振滤光器，例如，功能类似常规吸收偏振器的90°线性偏振器，除了它能基本上反射(而不是吸收)不能透过它的所有光。90°反射偏振滤光器基本上能透过所有偏振至90°的光波(即，“垂直”偏振光)并反射基本上所有偏振至0°的光波(即，“水平”偏振光)。偏振器可由任何适合的反射偏振材料制成，诸如双倍亮度增强膜(“DBEF”)，材料得自Minnesota Mining and Manufacturing Company(明尼苏达矿业和制造公司)(3M公司)。

适合的偏振器还包括高透光度-高效率的线性偏振器，其对非偏振光的透光度为约38％。可获得的商业级膜偏振器为中灰(25％透光度)和中棕(22％透光度)。偏振效率大于90％，优选大于95％，更优选大于99％。消光通常被描述为偏振滤光片吸收偏振光的能力，该偏振光的取向与偏振器的偏振轴呈90°。

在一个实施方案中，可使用偏振光来控制所选物种(例如，Cl₂和O₂)的反应几何学。有可能反应物之一在光离解过程中产生。另一分子反应物可在特定转振状态被激发。例如，在UV范围(例如，约100～400nm，或约200～300nm，或约250～280nm；或约280～355nm)的光离解/光分解过程中产生攻击性氧或氯原子。例如，在一个实施方案中，氯原子在355nm下的Cl₂光分解中形成。偏振的UV激发提供了最佳的反应几何学，用于自其反应组分形成ClO₂分子。

在一个实施方案中，通过连续辐射前体(例如，产生二氧化氯的亚氯酸盐或任何适合的前体)，强化前体转化为ClO₂的整个反应，其中保持特定的“暂停”时期，在该周期期间不进行辐射。该连续辐射后一段无辐射时期(例如，辐射时间的1/5～1/20)，提高了二氧化氯的产率。通过以下方式完成连续辐射或脉冲：(i)以特定时间间隔打开和关闭一个或多个UV灯，或(ii)通过设置多个UV灯，安置该灯使得用于产生二氧化氯引入的前体连续暴露于UV灯下，其中辐射之间有时间和/或空间间隔。

不受周期辐射或脉冲辐射后面基本理论的限制，人们相信于UV下的每次暴露于UV均激发了前体分子(例如，用于UV基ClO₂产生的亚氯酸盐或任何适合的前体)，通过本文公开的反应释放光子并形成ClO₂。ClO₂(微黄色)的存在可能妨碍延长的合成阶段期间其它UV的穿过。因此，当继续暴露于UV或将近制造的后期时，ClO₂产生的比率可能减少。反应不是线性的进展，而是更加有抛物线特性地进行，显示出递减的回报。下面示出有UV脉冲(实线)和没有UV脉冲(点划线)的ClO₂产率进展的假设模型。

通过暂停对被辐射溶液的辐射，使反应平静(例如，总熵降低和黄色减少)。该暂停使溶液再次“易于”被UV辐射有效地穿过，以使剩余的前体转化为ClO₂。通过脉冲辐射和重复该过程显著地增加整个反应，直至达到所需产率。偏振的UV也适于这种脉冲辐射。

取决于UV灯的强度和辐射的持续时间、容器尺寸和所期望的百分产率，可以改变辐射之间的时间间隔。例如，暂停时期可由几秒延长到几分钟。作为选择，暂停时期可以是辐射所需时间的分数。例如，暂停时期可以在辐射阶段所需时间的1/5～约1/20或1/30之间改变。脉冲频率也可改变。脉冲模式不必从开始进行到结束，可在将近制造的后期进行。

能设置一个或多个UV灯使得辐射之间存在时间间隔。能关闭和打开一个或多个UV灯，使得存在特定时期，其期间内没有辐射。该辐射周期后的暂停提高了二氧化氯的产率。通过连续地或以平行构型设置一个或多个灯，使得前体进流以带时间间隔的连续方式暴露于一个或多个灯下，或者通过以周期模式打开和关闭UV灯，建立该周期性辐射模式。

以下实施例仅用于说明目的，而不应该解释为限制本发明的范围。

实施例I：氯的光氧化

用如图1所示的反应器或设备进行本实验。用氧冲洗反应器容器1的空间5，通过入口2引入，以更换反应器内的空气气氛。然后，将气态氯和气态氧通过入口2引入室空间，打开石英灯以使氯-氧混合物暴露于偏振的紫外辐射。灯发出的辐射具有在1英寸处254nm下40,000μw/cm²的恒定强度。参考“1英寸”指的是从照明中心到测量额定强度处的距离。使该气体混合物经受5分钟辐射。然后，反应空间内的反应混合物被流动的氧气通过反应室驱出，通过出口3收集该驱出的气体混合物并分析其含量。通过分光光度法检验该分析，如果需要，可与两性滴定联用。因此，通过观察二氧化氯明显的吸收峰，证实二氧化氯的存在。如果需要，通过滴定确认结果。以不同的氯气和氧气比例重复该程序几次，以确定最有利的反应物比例，并且还确立比例的范围以提供没有未反应氯的二氧化氯。相似地，取决于反应物浓度和产率，也可改变偏振的UV光强度。任选地，当反应物浓度变得在密闭的间歇式反应室内受限时，可随时间改变偏振UV光的强度和波长。暴露于偏振紫外光的时间也可从几分钟改变至几小时。

将每个实验重复几次，以检验结果的再现性和准确度。可进行另外的测试，以确定适合的暴露时间/辐射强度。例如，120秒-20,000μw/cm²是适合的暴露时间/辐射强度组合。

也可相应地调节反应的温度和压力。例如，氯气和氧的分压可从约0.1个大气压改变至10个大气压。Cl₂/O₂比例也可改变。例如，O₂/Cl₂比例可为1∶1～约20∶1.

在一个实施方案中，在实验期间保持254nm的偏振UV的恒定波长，没有臭氧制造影响波长。如需要，可将几个灯用作偏振的UV辐射源。在一个连续实验中使用两个灯，每个额定为1英寸处20,000μw/cm²。然而，可以使用额定在4,000μw/cm²以下的灯，在这种情况下，可使用10个或甚至更多灯。

一种通过使用偏振辐射制造ClO₂的新方法。在本发明的一个实施方案中，偏振辐射是紫外(UV)。不受理论限制，提出和理解反应机理为：

此外，不受理论限制，提出和理解当暴露于偏振的UV辐射下时，O₂在其转变为O₃期间会经历角度转换。UV辐射使O₂分子分裂为两个单线态氧原子(O)，然后其撞击其它O₂分子形成臭氧。当形成O-O-O键角为约117°的弧形分子O₃时，该分子，很可能在它的过渡态，经过与ClO₂大致相同的角度，给予该临时结构较强的亲和力以形成ClO₂(Cl存在时)，然后继续形成O₃。ClO₂的O-Cl-O键角为118°，这被相信最接近于O₃复合物的形状。

通过偏振UV辐射，可防止逆反应发生。因此改进了氯原子与激发态氧原子的反应(即，该反应在一个方向上发生)。此外，不受理论限制，人们相信当偏振的UV能量撞击O₂分子时，会形成两个单独的O原子。当O与另一个O₂分子化合时，此反应在一个方向上发生，使得O₂转化为有角度的O₃(例如，将反应/键形成限制到仅两个维度)，因此它也被偏振。如果UV辐射不被偏振，则反应将在全部三个方向上发生；然后，反应合并为第三维度。该不利的第三维度允许例如逆反应发生，因为当O₃分子形成(即，处于过渡态[O₃]^TS)时，如果UV辐射从任意另一角度撞击它，则形成O₃的反应变得不利，但逆反应([O₃]^TS→O₂+O)却变得有利，因此限制了ClO₂形成。所以，偏振减少了该逆反应发生的可能性并因此优化了ClO₂的产率。在该反应中没有游离氯形成。

实施例II：氯在水中的光氧化

在此实验系列中，以氯水代替气态氯，该氯水通过将气态氯溶解于蒸馏水至2％w/v的浓度而制造。将溶液引入反应空间并使其经受强度为20,000uw/cm的偏振紫外辐射，同时将气态氧通入氯水鼓泡。然后分析所得溶液在不同暴露时间的二氧化氯含量。通过它们的吸收峰并与标准浓度对比，测量二氧化氯和氯。

用溶解在盐溶液(生理盐溶液)中的氯气，重复以上实验，产率没有明显的变化。将偏振UV的强度增加到在1英寸处254nm下40,000μw/cm。这导致了辐射时间减少时产率稳定。没有检测出氯。反应物浓度的增加不可察觉地改变反应的动力学。

实施例III：由次氯酸盐溶液制造二氧化氯

将3％的次氯酸钠水溶液酸化并用水稀释以形成1.5％的溶液。然后使该溶液在空间5内暴露于波长为254nm的，1英寸处20,000μw/cm²的偏振UV辐射。暴露时间为1分钟。得到二氧化氯溶液。重复程序几次以确定再现性。没有检测出游离氯。如需要，可加入少量外来的氧。用其它碱金属或碱土金属的次氯酸盐也可得到相应的结果。

实施例III A：基于UV自亚氯酸和氯酸制造二氧化氯。

制造二氧化氯的方法包括以下步骤：将亚氯酸或氯酸溶液引入反应室，使亚氯酸或氯酸经受紫外辐射。亚氯酸或氯酸浓度为约0.1％w/v～10％w/v。产生的二氧化氯少于约10％w/v，原位进行二氧化氯的制造。

用涂覆防蚀材料的紫外产生灯提供紫外辐射。防蚀材料是特氟隆或任何其它适合的材料。将pH保持在约pH3.5～5.0的范围内。从反应室移除制造的二氧化氯，转移到使用的场所或直接与反应室中的溶液一起使用。也可使用H⁺离子交换作为反应室用于使用亚氯酸或氯酸制造ClO₂。

可设置一个或多个UV灯使得辐射之间存在时间间隔。关闭和打开一个或多个UV灯，使得存在特定时期，其期间内没有辐射。该辐射周期后的暂停提高了二氧化氯的产率。通过连续地或以平行构型设置一个或多个灯，使得前体进流以带时间间隔的连续方式暴露于一个或多个灯下，或者通过以周期模式打开和关闭UV灯，建立该周期辐射模式。

对于二氧化氯的产生，本系统的另外一个优点是能够使用稀的HClO₂酸与水的混合物。此外，不会发生自亚氯酸盐的钠离子在灯上不期望的涂覆，使得反应室和整个反应过程只需较少的维护，降低了操作成本。

反应速度随pH降低而增加。HClO₂或HClO₃比NaClO₂对UV辐射更脆弱，因此，与NaClO₂相比，在UV辐射下HClO₂或HClO₃离解得更快。不清楚Na或其它碱金属是否在通过UV辐射的NaClO₂光分解中起催化的作用。如本文所述方程式所示，本公开证明了在UV辐射下，HClO₂或HClO₃本身可离解为二氧化氯和其它反应物。

对UV辐射，HClO₂比NaClO₂反应得快。HClO₃对辐射反应也较快，而NaClO₃反应较慢或根本不反应，并且辐射时可能只形成氯化物(极性方向)。如果UV辐射太强，NaClO₃在热量过多时会放出O₂气而不是ClO₂。

在一个实施方案中，通过连续辐射前体(例如，用于产生二氧化氯的亚氯酸盐或任何适合的前体)，强化将前体转化为ClO₂的整个反应，其中保持特定的“暂停”时期，其期间不进行辐射。该连续辐射后的无辐射时期(例如，辐射时间的1/5～1/20)，提高了二氧化氯产率。通过以下方式完成连续辐射或脉冲：(i)通过用特定的时间间隔打开和关闭一个或多个UV灯，或(ii)通过设置多个UV灯，安置该灯使得用于产生二氧化氯引入的前体连续暴露于UV灯下，其中辐射之间有时间和/或空间间隔。

不受周期辐射或脉冲辐射后基本理论的限制，人们相信每次暴露于UV下均激发了前体分子(例如，用于UV基ClO₂产生的亚氯酸盐或任何适合的前体)，释放光子并通过本文公开的反应制造ClO₂。ClO₂(微黄色)的存在妨碍了延长的合成阶段期间其它UV的穿过。因此，当持续暴露于UV或将近制造的后期时，ClO₂产生的速率降低。反应不是线性的进展，而是更加有抛物线特性地进行，显示出递减的回报。下面示出有UV脉冲(实线)和没有UV脉冲(点划线)的ClO₂产率进展的假设模型。

通过暂停对被辐射溶液的辐射，使反应平静(例如，总熵降低和黄色减少)。该暂停使溶液再次“易于”被UV辐射有效地穿过，以使剩余的前体转化为ClO₂。通过脉冲辐射和重复该过程显著地增强整个反应，直至达到所需产率。偏振的UV也适于这种脉冲辐射。

取决于UV灯的强度和辐射的持续时间、容器尺寸和所期望的百分产率，可以改变辐射之间的时间间隔。例如，暂停时期可由几秒延长到几分钟。作为选择，暂停时期可以是辐射所需时间的分数。例如，暂停时期可以在辐射阶段所需时间的1/5～约1/20或1/30之间改变。脉冲频率也可改变。脉冲模式不必从开始进行到结束，可在将近制造的后期进行。

在一个实施方案中，如下面示出的一般方程式所示，由亚氯酸制造二氧化氯：

5HClO₂→4ClO₂(气体)+Cl^-+5H⁺    (3)

在一个实施方案中，如下面示出的一般方程式所示，由氯酸制造二氧化氯：

HClO₃→ClO₂(气体)+OH^-    (4)

通过在位点将强酸加入NaClO₃制造氯酸。酸加亚氯酸盐的反应通常是化学计量的。

使用包括无机酸和有机酸的任意酸和H⁺离子交换机理，也可使用次氯酸以及由Cl₂(气体)和H₂O制得的次氯酸。

得自亚氯酸盐或氯酸盐的HClO₂的离解与输出的H⁺离子浓度呈线性。得自氯酸盐的氯酸的离解直接与酸贡献的H⁺的浓度成正比

3H⁺+ClO₃ ^-→HClO₂+H₂O+[酸/盐]

2HClO₃→(UV)→ClO₂+HCl+H₂O

亚氯酸和氯酸的稳定性对于长期的时间而言是可疑的。然而，从其各自的亚氯酸盐或氯酸盐混合物现场制造它们，提供了稳定性和长期储存性能。

通过空气流(正或负的)能实现自溶液移除作为纯气体的ClO₂气体，移除的二氧化氯气体能容易地使用，或暂时储存于冷水中以后再用。也能通过在反应室内施加持续的或周期的真空，进行ClO₂气体的移除。

还可在32℃或任何适合的环境温度和压力下使用和保养汞蒸气灯(5000V；40mA电流)。通过对ClO₂和UV辐射显惰性的材料来保护所有润湿的部件，反应表面对物流或污染物有反应性。

暴露于辐射的时间直接与[ClO₂]+[H⁺]或[ClO₃]+[H⁺]的浓度以及辐射的瓦特数成正比。

实施例IV：稳定性

在氧存在下重复实施例I以得到不同的二氧化氯浓度。直至二氧化氯浓度接近约8％，得到希望的结果。由于固有的不稳定性，可以达到8％浓度后动力学的不稳定性，这样使得反应在高浓度变得可逆和不稳定，该固有的不稳定性是由于随着O-O键距离的减小，键在连续的偏振UV辐射下接收电子，或提供电子给另一受体以产生氯的高度氧合。因此，应该选择参数使得二氧化氯浓度不超过约10％。

由上文可以理解的是，激发的氧和激发的氯在偏振的UV下结合以形成二氧化氯。激发的Cl₂可以迁移电子而不断开(O-O)键以形成二氧化氯。人们相信，随着二氧键的距离在偏振UV辐射期间增加，反应对应于氧合而不是氧化。

通过偏振的紫外辐射制造激发的氯。通过偏振的UV辐射制造激发的(O-O)。取决于辐射强度，通过偏振的UV辐射可将(O-O)键距增加至1.30A～1.62A。

氯(激发的)与氧在氧的高浓度下结合得最好。氮气的存在降低了产率，但不会停止反应。二氧化氯的回收或产率是暴露时间的直接函数。反过来，暴露时间也取决于偏振UV源的强度。

温度和压力不直接影响反应动力学。然而，它们可阻止或增加偏振UV的穿过。极端温度和减压可导致离解或电子转移至另一受体。这可能导致高氯酸盐的形成。可观察到由于氯和氧的较高浓度引起的动力学变化，这可假设为极端温度和压力变化将导致内部能量变化，反过来，这在有限容积内增加了反应的不稳定性。

在偏振的紫外辐射不存在的情况下，没有观察到有二氧化氯形成。

实施例V：雾化和ClO₂制造效率的提高

本实施例证明了在UV辐射之前或同时，将亚氯酸盐溶液或任何适合的反应混合物雾化(分散为小尺寸微滴)，会导致二氧化氯的制造增加。通过任何适合的设备诸如雾化器、配有喷头的容器等，能进行雾化或喷雾或蒸发(图2)。

例如，可使用配有细喷头和装有亚氯酸盐的喷雾瓶，通过在阳光下简单地喷雾亚氯酸盐溶液以制造ClO₂，其中阳光中存在的UV辐射足以将亚氯酸盐催化形成一些二氧化氯。

当反应的微滴暴露于阳光或任何适合的UV辐射下时，雾化的喷雾或雾气被转化为二氧化氯(图2)。一方面，在存在阳光的情况下，通过对需要消毒的农作物或其它物体进行喷雾，可将含有亚氯酸盐溶液的喷雾瓶用于农作物或任何其它物体的消毒。喷雾设备可为便携式的或者也可做成较大尺寸。

在一个实施方案中，当在阳光下喷雾亚氯酸盐溶液的雾气时，会产生ClO₂气体(微黄色)。不受作用机理的特定理论限制，人们相信由于雾气或雾化喷雾的形成引起的表面积实质的增加，UV能更好地穿过并实现ClO₂产生效率的提高。

在另一个实施方案中，稳定的亚氯酸盐(例如，亚氯酸钠)溶液被包含在喷雾或雾化容器中，并且与辐射源一起喷雾，该辐射源(例如，UV灯)功能性地结合至喷雾容器。

在另一个实施方案中，将喷雾和辐射后产生的ClO₂收集到同一或另一容器中，使得该ClO₂气体溶于液体(例如，水)中。溶解ClO₂的液体也可用作消毒剂。

如本文所公开的，增加亚氯酸盐溶液浓度或最小化光散射(即，使用偏振的UV辐射)，与雾气或雾化喷雾的形成相结合，可进一步提高ClO₂的制造效率。

在另一个实施方案中，由于Rayleigh效应和散射的Mie理论(也称为Lorenz-Mie理论)以及John Tyndall散射(穿过流体的光被悬浮的粒子散射)效应，通过最小化光散射，提高了ClO₂的制造效率。

实施例VI：通过使用连续室或串接辐射源(例如UV灯)提高ClO₂的制造效率

一方面，用于制造二氧化氯的装置包括多个室或隔间，其中，接连或连续地安置室(图3)。在图3的一个实施方案中，第一室12具有用于反应物进入的入口10。将UV辐射源诸如UV灯14安置于室12内。互接管16使第一室12与第二室20连接。第二室20也具有入口18、UV灯22和出口24。

每个室还包括辐射源，或者作为选择，周期性地将不同的辐射源引入室内。使用接连或连续的室减少了辐射源(例如，UV灯)上的沉积引起的散射效应。UV光的偏振效应在某些情况下将氯酸盐离子拉向辐射源，因此沉积在灯上。该材料的沉积往往使光散射增加，因此使偏振的UV光催化ClO₂形成的效率降低。因此，由于一些妨碍性的氯酸盐离子留在第一室中，所以将溶液从第一个灯和第一室转移到第二个灯和室得到了减少的散射。

另一方面，通过在第一和第二室中使用磁偏振和/或电偏振也可减少散射效应。

一方面，串接使用两个或多个灯。这种实施方案的示意图如图3所示。连续地连接两个UV灯，其中接连地打开和关闭UV灯，或者将含有产生ClO₂用反应混合物的溶液带入用于期望反应的灯的附近区域。

不受特定理论或功能的限制，连续使用室减少了约350nm的散射效应，该效应与光的ClO₂(微黄色或微黄棕色)散射效应(Rayleigh和Mie)以及氯酸盐散射效应相关。有些氯酸盐与亚氯酸盐(干态或液态)一起存在。氯酸盐在连续室中聚集出来。氯酸盐还向辐射源(灯)迁移并聚集在灯上，必须用酸冲洗才能将其完全去除。每个连续室构造均导致较少的氯酸盐的积聚。灯上和溶液中存在的氯酸盐散射并吸收有用的UV光。连续室降低了次级化学物质吸收或散射效应的能力。

反应物从一个灯到另一个灯的移动创造了间歇UV辐射的条件，这克服了这样的问题：对通常可得到的、带有标签警告不能暴露于光下的ClO₂产品观察到的ClO₂降解的问题。

实施例VII：通过使用ClO₂产生装置的螺旋构型来提高ClO₂制造效率。

如图4～8所示的示例性实施方案涉及ClO₂产生装置的螺旋构型。例如，容纳亚氯酸盐溶液(例如，亚氯酸钠)的细特氟隆^TM(聚四氟乙烯)盘管用作用于连续物流的具有多个室的装置。螺旋构型也减少了由于灯表面形成的微粒或沉积引起的散射效应。该螺旋装置还提高了由亚氯酸盐以及分子氧和氯气混合物制造ClO₂的有效性和效率。

在图4所示的实施方案中，显示了具有盘管构型的室30与另一室38为串接构型。室30具有UV源32和冷却元件36。该冷却元件包封了光源32。该冷却元件减少了光源(例如，UV灯)产生的热量，因此使UV灯保持在较高的操作条件。该冷却元件适于接收包括空气的各种流体。在设计和制造管材和冷却流体期间要考虑的一些因素包括(1)能透过UV光；(2)不应该显著地吸收UV能；(3)不应该显著地腐蚀反应室；(4)合意的热性能；(5)最小化UV散射；(6)能耐受反应物；和(7)相对便宜。用于制作冷却元件的适合材料包括，例如UV能透过的玻璃或塑料或聚四氟乙烯(特氟隆^TM)。该冷却元件可由特氟隆制成而冷却流体可为空气或水。冷却元件36具有空气入口34和空气出口40。第二盘管室38具有单独的UV源42。

在图5所示的实施方案中，没有冷却元件36。作为替代，反应室30内的循环反应材料本身可冷却灯32。

装置的螺旋排列还增加了暴露于UV有用的表面积，并且还最小化由散射引起的效率损失。

本文公开的所有ClO₂产生装置的构型可用于与本文公开的偏振滤光片组合。偏振滤光片的一个实施方案例如如图9所示。此外，也可执行电磁效应以提高总效率。

适用于制造ClO₂的反应混合物包括，例如，氯气和氧气；亚氯酸钠；亚氯酸钾；其它适合的亚氯酸盐。亚氯酸(HClO₂)和氯酸(HClO₃)也适于通过本文公开的UV辐射制造ClO₂气体。例如，

按照下面示出的一般反应方程式，由亚氯酸或氯酸产生二氧化氯：

xHClO₂→yClO₂(g)+xH⁺    (1)

x和y可以是任意整数。

xHClO₃→yClO₂(g)+xOH^-  (2)

x和y可以是任意整数。

在另一个实施方案中，可使用氧气浓缩机以持续供氧，以在暴露于UV时与氯形成反应混合物。

通过增大灯泡强度(例如，改变电压和功率)，能进一步提高螺旋构型装置的效率。

不受特定理论或机理的限制，人们相信一些反应副产物，例如氯酸盐和其它悬浮的粒子可以下沉到盘管(被光源偏振)的下部，由于较重粒子的重力效应。潜在光散射组分下沉到螺旋构型下部可导致散射减少，并因此提高二氧化氯的制造效率。此外，如本文所述，通过最大化表面积，盘管构型还增大了暴露于UV的反应物的量。

另一方面，盘管构型使得能在线提供反应物并使用冲洗的液体(例如，水)来冲洗管线以消除结合的粒子(例如，下沉和/或沉积并滞留的氯酸盐和其它粒子)和进一步减少散射。因为盘管水平地由顶部走向底部，所以重力能帮助副产物聚集，也有助于冲洗粒子。在盘管内，当较重的氯酸盐离子被拉向灯时，较轻的亚氯酸盐离子在盘管继续向下移动，越过聚集的氯酸盐离子。这允许室间有持续的流动，不需要停止流动来清除妨碍性物质。

通过向UV源提供薄层反应物能提高反应效率。例如，这可通过提供窄的盘管从而最大化反应物暴露于辐射的时间和面积来实现。

盘管还提供了另一个优点，使反应物和产物的流动保持移动，并且使反应室顶部没有空气间隙。空气间隙能被由液体释放的二氧化氯充满，并有可能发生爆炸。流体保持移动，并且因为没有时间使流体静止或储存从而引起危险性爆炸，所以ClO₂保留在流体中。储存停留的前体有可能释放ClO₂到容器中。

在图6所示的示例性实施方案中，盘管52和54的水平排列50提供了这样的反应条件：其中较重的副产物下沉并且使来自UV灯56的UV辐射的散射和分散最小化。具有冷却灯56的空气入口58和出口60。冷却元件62环绕灯56。

实施例VIII：最小化由于悬浮粒子的散射

如本文所公开的，有几种方式最小化悬浮粒子引起的散射。例如，在暴露于UV辐射期间和之后，使反应物流体(例如，含有亚氯酸盐)的移动任意改变了悬浮粒子相对于UV源的位置，并最小化了散射效应和增加了辐射的偏振。移动流体和搅动流体(例如，使用特氟隆TM涂覆的磁力搅拌子)使散射效应减少。

通过偏振滤光片使光源偏振也能减少散射效应。施加磁场也可使流体极化，从二氧化氯中吸出带负电的亚氯酸根。

温度和材料密度也会影响Rayleigh散射的强度，而温度波动会影响产率。ClO₂更易溶于冷水。温度和压力的变化会影响产率。减少Rayleigh散射效应、John Tyndall效应和Mie散射实质上提高了反应效率并且还消除了“可逆”效应。

在通过UV于短波长辐射亚氯酸盐或者氯与氧气产生ClO₂分子期间，初生的ClO₂分子被激发，释放的光(光子)的强度足以散射进入的UV，并降低辐射的强度。一段时间后，如果使UV辐射暂停，则初生的(激发状态)ClO₂的强度减少，Mie散射可能性降低。

实施例IX：在ClO₂产生期间氯酸盐的移除或排放

图7的示例性实施方案显示了在二氧化氯产生期间移除氯酸盐的供应。必须用硫化合物或活性炭或铁盐(如氯化亚铁)处理含氯酸盐的饮用水以移除氯酸盐。氯酸盐作为氯酸钠存在于溶液中，本文公开了它可以在ClO₂反应期间被极化和聚集。该聚集在灯上制造了白膜，并在反应后仍保留。

在图7所示的示例性实施方案中，通过管84使两个连续的盘管室66互连。UV灯70被冷却元件68环绕。反应物入口82引入用于制造二氧化氯的反应物。在持续制造二氧化氯期间，通过管72输送反应物、产物和副产物，管72用于使用螺线管控制件74移除氯酸盐，并通过氯酸盐倾卸器76移除氯酸盐。在端口78处提供用以移除废产物的洗涤溶液，并在端口80处移除亚氯酸盐前体用于再循环。

如果反应并移除亚氯酸盐，则因为与反应有关的污染减少而增强了饮用水的清洁工艺。

此外，多个隔间、盘管、偏振(使用光和/或磁的光和材料的偏振(极化))使散射减少。机理的改进-使用空气或水冷却光源，空气具有较少的散射和更好的改进。与产物相比，可使氯酸盐的聚集(通过灯上保留的薄膜可看出)分离地排放和倾卸。这允许更好的水的消毒-氧合——对于饮用水使用的改进。如图7所示，尽管在第一室后可倾卸较大浓度的氯酸盐，但是每个连续反应室中会移除更多的氯酸盐。

亚氯酸钠溶液(例如25％)通常不纯。由于其危险的爆炸性，美国法律规定亚氯酸钠本身可制备到至多80％。氯酸盐粒子，亚氯酸盐溶液的一部分，悬浮于溶液中，在反应中抑制UV光发挥100％效率的能力。这些悬浮的粒子吸收光和散射光。通过如本文公开的偏振和连续室能增加亚氯酸盐的浓度。

实施例X：在ClO₂产生期间氯酸盐的移除或排放

使用空气或惰性气体流或真空或搅动或分散能实施ClO₂的移除。可通过泵施加真空。文丘里效应的示意图如图10所示，其中，对于移除ClO₂，使空气流经过室将ClO₂吸出储存体。

实施例XI：电磁场(EMF)或电动势(EMF)对ClO₂产生的影响

不受特定的理论或机理的限制，人们相信电磁场或电动势的存在增强了ClO₂的形成。施加EMF有助于导致形成ClO₂的正反应，并最小化逆反应(即，将ClO₂分解为其组分)，如下面所示。电动势(EMF)是获得每单位电荷的能量数，该电荷以与电场相反的方向经过装置内部，该电场存在于装置外的电极之间。测量EMF以伏特计。

一方面，在一个实施方案中示出了该反应：

NaClO₂→UV→Na⁺+ClO₂(二氧化氯)；在未施加EMF的情况下，该反应具有较高的逆向几率(图4A)。

NaClO₂→UV(EMF)→Na⁺+ClO₂(二氧化氯)；当施加EMF时，该反应不可逆(图4B)。

可使用任何适合的EMF源，包括但不限于电池、磁铁、电流场和其它电源或辐射源。

在一个实施方案中，在存在和不存在附加的EMF的情况下，使用阳光和亚氯酸盐溶液制造ClO₂。在图10A中，反应不可逆，部分是因为由电池产生的EMF(未示出)，而在图10B中，因为没有加入附加的EMF，所以有一些逆转。

在另一个实施方案中，人们相信在一个室中制造的EMF可帮助其它邻近室内的ClO₂不会逆转。所需EMF的强度小。

图11示出了实验设备，该设备显示了EMF对产生ClO₂的影响。使用2个含有25％亚氯酸盐溶液的1盎司特氟隆烧杯产生ClO₂。一个烧杯有电流通过溶液以制造EMF。在一个实施方案中，将阳光用作辐射源，尽管任何适合的UV源均能产生ClO₂。具有附加的EMF的烧杯制造了较多的ClO₂，并且由于EMF，产生的ClO₂更稳定(黄色)。图11B中的p.p.m.指示剂显示了不同深浅的粉红色，也证明了施加EMF减少了朝亚氯酸盐逆转的比率。在343nm测量ClO₂的吸光率。

比较图11中测量用于制造ClO₂的亚氯酸盐溶液的毫伏(mv)的两个柱形图。当暴露于UV源(例如，阳光)时，加入少量充分的电流减少了溶液中ClO₂向亚氯酸盐的逆转。人们相信施加EMF减少了反应的总干扰，而当不施加EMF时，人们相信反应在交替比率和总辐射效应下逆转。当加入的EMF充分到足以克服逆转时，反应达到平衡并且ClO₂不会如未施加EMF那样逆转那么多。

一方面，不受特定理论或机理的限制，人们相信加入EMF似乎能使反应在较高浓度和较高效率下发生。当使施加的EMF在一段时间内保持稳定时，该稳定性使反应趋于完全。

在一个实施方案中，UV灯本身也可提供充分的EMF以最小化逆转比率。因为UV灯通过电流提供动力，所以可能存在有助于减少逆转比率的基本EMF。因此，简单地通过提供大功率UV辐射源，或者作为选择，提供连接至灯本身的EMF源，能够将附加的EMF引入反应中。

在另一实施方案中，可使用有动力的手持式UV灯引入EMF，并能结合产生ClO₂的雾化器使用。阳光也帮助减少逆转比率。

可将EMF施加到任意构型的ClO₂产生装置——单个室室、多个室、盘管、管式的和任何适合的装置。EMF的应用也可与任何其它的ClO₂产生-增强技术(例如，偏振和搅动)相结合。

实验中所用的导线用于在溶液中引起在阳极显示氧化的电流，这表明了受控的电子流和受控的反应。只在+侧氧化的溶液中氧化的导线显示了电流对氧化的作用。

人们相信UV和EMF(不管是来自于引起的直流电，或是作为由电装置如灯的通量的结果)保持反应不逆转并有助于使反应正向进行。

在一个实施方案中，反应如下所示，尽管其它反应物和其它模式也易于被本领域普通技术人员理解。

亚氯酸盐+UV＝ClO₂；

ClO₂-EMF＝亚氯酸盐；(这是双向的可逆反应)。

然而，亚氯酸盐+UV+EMF＝ClO₂；(这是用于制造ClO₂的进行完全的稳定反应)。

通常相信暴露于直射光下对基于ClO₂的产物有害，与之相反，此处本公开确定了通过提供EMF最小化逆转比率的机理。通常认为暴露于阳光下使基于ClO₂的产物逆转为含亚氯酸盐的化合物。

在另一个实施方案中，也可通过将通电的灯泡浸没于亚氯酸盐溶液中，减少散射效应(通过使用多个反应室)和极化溶液，通过极化氯酸盐——也是多个反应室的作用，施加EMF。其它改进诸如盘管、雾化器以及通过直流和交流电制造的EMF也是适合的。

人们相信亚氯酸盐能拥有来自太阳或另一UV源的电荷，当从太阳移除时，它放电。利用手持式UV灯泡和太阳光，通过UV对亚氯酸盐通电，然后放电EMF以制造ClO₂。

人们相信EMF的应用适合于在ClO₂产生过程中使用的任何光敏化学物质。例如，亚氯酸钠、亚氯酸锂、亚氯酸钙、亚氯酸镁、亚氯酸钾和其它盐。表现出优先吸收UV射线然后当它们转化回来时产生EMF的任何分子，均适于通过施加附加的EMF影响所期望的反应。例如氧和卤素(诸如Cl、Br、I和氟)均为适合的试剂。

相似的方法和途径也可用于提高太阳能电池的效率。

EMF的应用也适于其它反应性氧化剂，诸如氯气、过氧化物、臭氧和其它。

因此，EMF的应用适于任何涉及基于UV产生ClO₂的反应。EMF的应用也适于任何涉及产生ClO₂的反应。

实施例XII：油消毒中的ClO₂和对油除臭

不受特定理论或功能的限制，人们相信油会收集或保留ClO₂并且ClO₂用作消毒剂或除臭剂。因此，计量加入ClO₂或计量加入产生ClO₂的化合物的油可用于切削油，以清洁切削机械、石油钻塔切削器等。

在一个实施方案中，油(包括植物油，源自其他来源的油)适于计量加入ClO₂。通过将ClO₂气体鼓泡或通过提供会产生ClO₂的来源(例如，亚氯酸盐和弱酸的混合物)，能将ClO₂注入油中。因为较大量的ClO₂可被计量加入油中，所以，可将计量加入ClO₂的油用作运输介质或用于储存较高浓度的ClO₂。因此，在非反应性环境下油能俘获或收集ClO₂。计量加入ClO₂的油是ClO₂的稳定形式。

实施例XIII：同时产生ClO₂和臭氧以增强消毒/灭菌。

同时产生ClO₂和臭氧增强了消毒/灭菌能力。在一个实施方案中，这通过具有如图12所示环绕辐射源的同延的螺旋构型来实现。

亚氯酸盐或任何适合的二氧化氯前体的紫外辐射产生了二氧化氯。例如，辐射强度为约50～80瓦或约25～100瓦且波长范围为约254nm±100nm的紫外灯是适合的。

当辐射亚氯酸盐溶液时，亚氯酸盐转化为ClO₂。也可存在其它特征，诸如偏振光源、附加的EMF、减少的散射、反应器的螺旋构型、多个UV灯和连续反应室。

如图12所示，外部的、较大直径的盘管100用于容纳待灭菌或消毒的材料，而内部的、较小直径的盘管102用于制造可能进一步灭菌/消毒所期望材料的ClO₂。在此实施方案中使用的所有盘管对二氧化氯、臭氧、前体无反应性并允许UV穿过。适合的材料包括特氟隆和石英管材或其组合。在如图12所示的示例性实施方案中，使用四个UV灯(104)。可使用任何适合数量的灯。

来自UV灯104的辐射可穿过反应器表面，例如，特氟隆管材或盘管102并消毒邻近的盘管100。例如，UV光穿过盘管102，从亚氯酸盐制造二氧化氯，并进一步穿过盘管100且对循环的脏水消毒。此外，空气经过UV灯104以冷却灯。UV辐射产生臭氧并且该臭氧能再循环或再引入用于运送脏水的盘管100，用于进一步消毒/灭菌。将由盘管102制造的二氧化氯也计量加入运送脏水的盘管100，用于进一步消毒/灭菌。此外，来自UV灯104的UV光功率大到足以直接对盘管100内的脏水灭菌。臭氧的另外灭菌作用可用来减少ClO₂的需要和消耗。UV允许的管材最大化了ClO₂和臭氧的协同消毒作用，并且UV的直接灭菌作用也能有助于杀菌的效力。风扇106也可用于冷却灯。外部的室也可用于进一步环绕盘管和灯。

ClO₂和臭氧的协同作用连同UV的直接灭菌导致了增强和有效的消毒方法。此外，在一个单元设备内可达到有效的消毒，而免除了将ClO₂输送到水处理设备或任何其它较远场所的麻烦。因此，该ClO₂-臭氧产生器组合节约了空间、准备时间，并提供了优良的消毒能力。

也可将其它构造(诸如暂停辐射和/或偏振辐射)用于如图12所示的示例性装置中。不受周期辐射或脉冲辐射后面基本理论的限制，人们相信每次暴露于UV均激发了前体分子(例如，用于UV基ClO₂产生的亚氯酸盐或任何适合的前体)，通过本文公开的反应释放光子并形成ClO₂。ClO₂(微黄色)的存在妨碍了延长的合成阶段期间其它UV的穿过。因此，当继续暴露于UV或将近制造的后期时，ClO₂产生的比率减少。反应不是线性的进展，而是更加有抛物线特性地进行，显示出递减的回报。

实施例XIV：协同制造ClO₂

如图13～14所示，对溶液使用浸没模式(相对于照射)的UV灯泡。该构型允许控制温度梯度和控制相对于逃逸的ClO₂分散输出。浸没的灯泡通过灯泡内施加的电压来给予EMF。施加的EMF最小化了逆转比率。空气流用于移除ClO₂以进一步加速制造二氧化氯。用以移除ClO₂而添加的第二毛细管使ClO₂保持不逆转为NaClO₂，并且还允许试剂再循环以保持污染物远离光源。浸没的光源允许控制强度梯度，该构型使得能够完成ClO₂的移除。在图14中使用盘管构型，而不是图13中使用的圆柱形反应室。该构型允许协同作用，即，使用UV由试剂制造ClO₂和使用UV由吹向灯的冷却空气制造和引入O₃。空气流中的O₂进入浓度也使能控制O₃。此外，为了灭菌，也使水被暴露。

声波(声音、振动、超声、高频)，增大了二氧化氯反应的动力学。因此，也可使用声波与使用UV和亚氯酸盐(氯酸或亚氯酸)在水溶液中的ClO₂制造相结合。

保持反应混合物的温度也能提高ClO₂的制造效率。然而，如果需要使ClO₂在溶液中保持更久，要保持较冷的温度。随着温度升高，ClO₂溶解性降低。此外，随着温度升高，ClO₂可能转变为氯酸盐，降低了产率。因此，ClO₂的挥发性增加。如果温度太高，ClO₂成泡逸出，并且因为ClO₂在37℃左右形成氯酸盐，产率降低。如果温度太低，则反应逆转容易。因此，通过流动的水、间歇辐射、循环盘管、浸没灯泡、使用较冷的灯泡来保持温度梯度，帮助最大化产率并减少逆转。

相反，如果应用时要求将较多ClO₂释放到空气中，与留在液体中用于消毒的目的相比，通过保持较高温度同时平衡氯酸盐的产率，能最大化起泡和ClO₂的释放。

使用UV-ClO₂反应的副产物用于杀菌作用的协同效应也是预期的。例如，UV辐射制造的副产物O₃和UV辐射本身可用于进一步的杀菌应用。这种装置既是除味剂又是杀菌剂。该装置使得能应用ClO₂、UV和O₃。

尽管之前的说明和附图已经对实施方案进行了图解和描述，但是应该认为这些图解和描述只是示例性的，并没有限制的特征，可以理解的是，已经示出和描述的只是示例性实施方案，符合本公开精神范围内的所有变化和改变均受保护。申请人已经提供了用于解释本公开实施方案的说明和图片，但不意图理解为其包含或暗示了本公开限制于这些实施方案。由说明书叙述的各种特征可知本公开的很多优点。需要指出的是，本公开的可替代实施方案可以不包括上述所有特征，但仍受益于至少这些特征的某些优点。本领域普通技术人员无需做多余的实验，仅结合本公开的一个或多个特征和/或步骤，在本公开和所附权利要求的精神和范围内，即可自己设计实施本公开的内容和相关方法。

Claims (25)

1.一种制造二氧化氯的方法，所述方法包括：

将用于制造二氧化氯的一种或多种反应物引入反应室以形成反应混合物；和

使所述反应混合物经受下列处理中的一个或多个，所述处理包括：

(a)使所述反应混合物暴露于偏振的紫外辐射；

(b)提供电动场(EMF)；以及

(c)在一个或多个连续室中执行反应；

以制造二氧化氯。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述反应混合物包括氯气和氧气。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述反应混合物包括选自由NaClO₂、NaClO₃、HClO₂和HClO₃构成的组的反应物。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述UV辐射是间歇脉冲的，使得两个连续脉冲之间有暂停。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述偏振的紫外辐射是至少75％偏振。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述偏振的紫外辐射是至少95％偏振。

7.如权利要求1所述的方法，其中所述偏振的紫外辐射包括约200nm～约400nm范围内的波长。

8.如权利要求1所述的方法，其中产生强度在约1000μw/cm²～约60,000μw/cm²的所述偏振的紫外辐射。

9.如权利要求1所述的方法，其中在所述反应室内的所述反应物暴露于偏振的紫外辐射下约1分钟～约60分钟。

10.如权利要求1所述的方法，其中周期性地收回由所述反应所得的二氧化氯以加速二氧化氯的形成。

11.如权利要求1所述的方法，其中将由所述紫外辐射所得的二氧化氯从反应空间取出并引入水中以形成亚氯酸。

12.如权利要求1所述的方法，其中所述反应室包括盘管构型。

13.如权利要求1所述的方法，其中通过紫外灯施加所述EMF。

14.如权利要求1所述的方法，其中通过所述反应室外部的电场或磁场施加所述EMF。

15.如权利要求1所述的方法，其中通过搅拌器加速反应。

16.一种同时制造二氧化氯和灭菌水的方法，所述方法包括：

将用于制造二氧化氯的一种或多种反应物引入反应室以形成反应混合物，被暴露于紫外辐射，其中所述反应混合物包括同延的盘管构型，所述同延的盘管构型包括第一和第二盘管；和

同时使待灭菌的水在所述第二盘管内流动，使得从所述反应室内所述第一盘管制造的二氧化氯引入所述第二盘管。

17.如权利要求16所述的方法，其中还通过使空气或氧经用于制造二氧化氯的一个或多个紫外灯流动产生臭氧来实施灭菌。

18.如权利要求16所述的方法，其中所述紫外辐射被偏振。

19.如权利要求1或16所述的方法，其中通过减少紫外辐射的散射来加速二氧化氯的制造。

20.如权利要求19所述的方法，其中通过使所述反应物下沉到所述反应室底部或通过持续搅动所述反应混合物来减少散射。

21.一种用于制造二氧化氯的系统，其包括：

反应室，其包括一个或多个连续室，以接收一种或多种用于形成二氧化氯的反应物；

紫外辐射源，安置于所述反应室内或与所述反应室相邻；

偏振器，用于偏振所述紫外辐射，安置所述偏振器使得来自所述紫外源的所述UV辐射经过所述偏振器；和

出口元件，回收在所述反应室内制造的二氧化氯。

22.一种用于制造二氧化氯的系统，其包括：

反应室，其包括一个或多个连续室，以接收一种或多种用于形成二氧化氯的反应物；

紫外辐射源，安置于所述反应室内或与所述反应室相邻；和

电磁场源，用于加速二氧化氯的形成。

23.如权利要求21或22所述的系统，其中所述反应室包括螺旋构型。

24.一种用于制造二氧化氯的装置，其包括：

反应室，其包括一个或多个连续室，以接收一种或多种用于形成二氧化氯的反应物，且所述反应室与下列元件中的一个或多个相邻：

(a)紫外辐射源，安置于所述反应室内或与所述反应室相邻；

(b)偏振器，用于偏振紫外辐射，安置所述偏振器使得来自紫外源的所述紫外辐射经过所述偏振器；以及

(c)电磁场源，用于加速二氧化氯的形成。

25.如权利要求24所述的方法，其中所述反应室包括盘管构型。

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