CN101588989A - 一种用于制备稳定的氧化性杀生物剂的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制备稳定的氯胺的制备方法。该方法允许通过使用浓缩的氯源和浓缩的胺源并在制备期间搅拌来制备稳定的氯胺。所述方法制备了具有至少5的pH且最优选的至少7或更高的pH的氯胺。

Description

一种用于制备稳定的氧化性杀生物剂的方法

版权公告

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技术领域

本发明涉及用作杀生物组合物的稳定的氯胺的制备。本发明说明了用于制备稳定形式的氯胺的方法，这种稳定形式允许氯胺的制备、储存和运输。本发明说明了制备稳定的和功能化的(functional)氯胺的方法，所述方法允许氯胺作为杀生物组合物用于水处理系统和各种各样的其它的处理系统中，而没有氯胺的快速降解。

背景

这里描述的本发明涉及生物污垢控制剂(biofouling control agent)的制备。本发明的基础是反应物的组成和使用浓缩的反应物将两种液体溶液由其天然化学形式转化为具有改变的杀生物性能的另一种化学形式的制备条件。

整个世界中，有许多不同类型的工业用水系统。存在工业用水系统，以便能够进行必要的化学过程、机械过程和生物过程以达到所需的结果。即使用目前可得到的最好的水处理程序处理的工业用水系统也可能出现污垢。对本专利申请来说，“污垢”被定义为“在表面上的任何有机或无机材料的沉积物”。

如果这些工业用水系统不进行微生物污垢控制的处理，那么它们将会变得严重被污染。污垢对工业用水系统具有负面影响。例如，严重的矿物结垢(mineral scale)(无机材料)能够在水接触面上形成，且在任何有结垢的地方都存在微生物生长的理想环境。

污垢通过各种机理出现，所述机理包括空气传播和水传播及水形成的污染物的沉积、水停滞、过程泄露、及其它因素。如果任其发展，系统可能遭受降低的运行效率、过早的设备故障、生产率的损失、产品质量的损失和与微生物污垢相关的健康相关的风险的增加。

污垢还可由于微生物污染而产生。工业用水系统中的微生物污染源很多并且可包括但不限于，空气传播的污染、水补给、过程渗漏和不正确清洁的设备。这些微生物能够在水系统的任何潮湿或半潮湿的表面上迅速建立微生物群落。一旦这些微生物种群存在于主体水中，那么超过99％的存在于水中的微生物将以生物膜的形式存在于表面上。

当微生物群落在表面上发展时，由微生物分泌的胞外聚合物(exopolymeric substance)有助于形成生物膜。这些生物膜是复杂的生态系统，其建立用于浓缩营养物的方式(means)并对生长提供保护。生物膜能够加速结垢、腐蚀和其它污垢过程。生物膜不仅促使降低系统效率，它们还为可以包括病原菌的微生物增殖提供极好的环境。因此，重要的是，应当尽可能最大程度地减少生物膜和其它污垢过程以使过程效率达到最大并使来自水传播病原体的健康相关的风险减到最小。

若干因素促成了生物污垢问题并且决定它的程度。水温；水pH；有机营养物和无机营养物；生长条件，例如有氧条件或缺氧条件，以及在某些情况下存在或不存在阳光等，可以起到重要作用。这些因素还帮助确定何种类型的微生物可能存在于水系统中。

如前所述，生物污垢能造成不需要的过程干预并因此必须被控制。使用许多不同的方法来控制工业工程中的生物污垢。最普遍使用的方法是将杀生物化合物应用于工艺用水中。使用的杀生物剂在性质上可以是氧化性的或非氧化性。由于若干不同的因素，例如经济情况或环境的考虑，优选氧化性杀生物剂。氧化性杀生物剂例如氯气、次氯酸、溴衍生的杀生物剂以及其它氧化性杀生物剂，被广泛用于处理工业用水系统。

确立氧化性杀生物剂的功效的一个因素是在构成“需氯量”或需氧化性杀生物剂量的水基体中的组分的存在。“需氯量”定义为被水中的物质还原或以别的方式转化为氯的惰性形式的氯的量。消耗氯的物质包括但不限于微生物、有机分子、氨水和氨衍生物；硫化物、氰化物、可氧化的阳离子、纸浆木质素(pulp lignin)、淀粉、糖、油、诸如结垢抑制剂和腐蚀抑制剂的水处理添加剂等。微生物在水中和生物膜中的生长对水的需氯量和待处理的系统的需氯量有作用。在包括大量矿泥的含有高需氯量的水中，常规的氧化性杀生物剂被发现是无效的。对于这样的水，通常推荐非氧化性杀生物剂。

氯胺是有效的，并且通常在存在对诸如氯的氧化性杀生物剂的高需求量的情况下使用，或者在受益于“氧化性”杀生物剂的持久性的情况下使用。用氯胺处理生活用水系统正日益增加。氯胺通常在游离的氯与存在于或添加至水中的氨反应时形成。用于制备氯胺的许多不同的方法已载入文献。氯与氮源之间的反应的某些关键参数决定所制备的杀生物化合物的稳定性和功效。前述方法依赖于反应物稀溶液的预先形成，然后它们结合以制备氯胺溶液。反应物是以铵盐(硫酸盐、溴化物或氯化物)的形式的胺源和以气体的形式或与碱土金属(Na或Ca)结合的形式的Cl-供体(氯供体)。并且，所述方法依赖于通过添加高pH的反应物或通过单独加入苛性碱溶液来控制反应混合物的pH。如此制得的消毒剂必须立即被注入正被处理的系统，因为消毒剂迅速降解。消毒剂溶液在正被处理的系统外部产生，且然后被注入待处理的含水系统。在前述制备处理液体以控制生物污垢的方法中，出现的显著问题在于，活性杀生物成分是化学上不稳定的并且迅速分解，结果pH快速降低。杀生物成分的这种快速降解导致功效的损失。还发现，由于杀生物组分的快速分解，活性杀生物成分的pH从未＞8.0(参考US5976386)。

概述

本发明描述了以下关键方面：

1.用于制备“较稳定的”消毒剂溶液的反应物的组合物，

2.用于制备“较稳定的”形式的杀生物组分的条件，和

3.一种用于制备消毒剂的方法。

详述

本发明涉及一种用于制备稳定的氯胺的方法，其中将浓缩的氯源与浓缩的胺源结合并搅拌以制备具有5以上的pH的稳定的氯胺。本发明的氯源含有碱土金属，其中优选的氯源是次氯酸钠或次氯酸钙，且胺源优选硫酸铵(NH₄)₂SO₄或氢氧化铵NH₄OH。

本发明的方法包括反应剂(reaction means)，在所述反应剂中发生氯源与胺源的反应以形成氯胺。反应剂为液体，液体优选为水。本发明的产物是稳定的氯胺。

本发明详述了一种用于制备稳定的氯胺的方法，其中将浓缩的氯源与具有反应剂的浓缩的胺源结合并搅拌以制备具有7或7以上的pH的的稳定的氯胺。

实施例

通过参考以下实施例可更好地理解前述内容，实施例旨在说明用于实施本发明的方法且并非旨在限制本发明的范围。

实施例1

在为了理解制得的氯胺溶液的制备和稳定性的试验中，制备次氯酸盐、(NH₄)₂SO₄和NH₄OH的新鲜溶液并将它们用于制备氯胺。将制得的次氯酸盐溶液单独测试并发现其含有～110ppm的游离Cl₂，正如稀释所需要的。通过测量产物的游离Cl₂和总Cl₂来估计制得的氯胺的量。试验结果显示观察到100％转化至氯胺(总Cl₂)。此外，用(NH₄)₂SO₄和NH₄OH制备的产物的pH保持在7以上。

将制备的氯胺溶液保持在黑暗中并在1天后再次分析。再次测量游离Cl₂和总Cl₂以了解氯胺溶液的稳定性，所述氯胺溶液制备并保存在50ml试管的封闭空间中。将数据与制备时间数据进行比较，并且总Cl₂水平的损失是溶液中氯胺损失的量度。用衍生自(NH₄)₂SO₄或NH₄OH的胺制备的氯胺在1天后仅显示出轻微的降解，分别为7.7％和5.9％。作为一个观察，用衍生自溴化铵(NH₄Br)的胺制备的氯胺溶液在1天后显示出超过90％的损失/降解。

应当理解，对本领域技术人员来说，对本文所述的目前优选的实施方案的各种改变和变更将是明显的。可以进行这样的改变和变更，而不偏离本发明的精神和范围且不会减少本发明的预期优势。因此，期望这样的改变和变更被附带的权利要求所涵盖。

Claims (16)

1.一种用于制备稳定的氯胺的方法，其中将浓缩的氯源与浓缩的胺源结合并搅拌以制备具有5以上的pH的稳定的氯胺。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述氯源含有碱土金属。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述胺源是硫酸铵。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述胺源是氢氧化铵。

5.如权利要求1所述的方法，其还包括反应剂，在所述反应剂中发生所述氯源与所述胺源的反应以形成所述氯胺。

6.如权利要求5所述的方法，其中所述反应剂是液体。

7.如权利要求5所述的方法，其中所述反应剂是水。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述稳定的氯胺具有7或更高的pH。

9.如权利要求2所述的方法，其中所述氯源是次氯酸钠或次氯酸钙。

10.一种用于制备稳定的氯胺的方法，其中将浓缩的氯源与具有反应剂的浓缩的胺源结合并搅拌以制备具有7或更高的pH的稳定的氯胺。

11.如权利要求10所述的方法，其中所述氯源含有碱土金属。

12.如权利要求11所述的方法，其中所述氯源是次氯酸钠或次氯酸钙。

13.如权利要求10所述的方法，其中所述胺源是硫酸铵。

14.如权利要求10所述的方法，其中所述胺源是氢氧化铵。

15.如权利要求10所述的方法，其中所述反应剂是液体。

16.如权利要求15所述的方法，其中所述反应剂是水。