DE102008026546B4 - Process for the preparation of a hypohalite-containing biocide, biocide obtainable by this process and its use - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung eines Biozids umfassend die Schritte: a) Bereitstellen von Wasser oder einer wässrigen Lösung mit einer Konzentration an zwei- und höherwertigen Ionen von in der Summe maximal 5,0 mg/l, b) Zugabe von Halogenidsalz zu der in dem Schritt a) bereitgestellten Lösung und c) anodische Oxidation der in dem Schritt b) hergestellten Mischung, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schritt b) eine Mischung aus einem Bromidsalz und einem Iodidsalz zugegeben wird oder eine Bromidionen und Iodidionen enthaltende wässrige Lösung zugegeben wird.A process for producing a biocide comprising the steps of: a) providing water or an aqueous solution having a concentration of divalent and higher valent ions of not more than 5.0 mg / l in total, b) adding halide salt to that in step a ) and c) anodic oxidation of the mixture prepared in step b), characterized in that in step b) a mixture of a bromide salt and an iodide salt is added or an aqueous solution containing bromide ions and iodide ions is added.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines hypohalogenithaltigen Biozids, ein mit diesem Verfahren erhältliches Biozid, und dessen Verwendung.The present invention relates to a method for producing a hypohalite-containing biocide, a biocide obtainable by this method, and to the use thereof.
Wegen ihrer hohen bioziden Wirkung werden hypochlorige Säure, hypobromige Säure, Hypochlorit und Hypobromit enthaltende wässrige Lösungen seit geraumer Zeit zur Desinfektion von beispielsweise Wasser, wie Trinkwasser, Prozesswasser in der Industrie, Schwimmbadwasser und dergleichen, eingesetzt. Aufgrund ihrer in der Neigung zur Disproportionierung begründeten geringen Stabilität werden hypochlorige Säure und hypobromige Säure zu diesem Zweck zumeist am Ort der Verwendung hergestellt.Because of their high biocidal activity, hypochlorous acid, hypobromous acid, hypochlorite and hypobromite-containing aqueous solutions have been used for some time to disinfect, for example, water such as drinking water, process water in industry, swimming pool water and the like. Because of their low stability, due to the propensity for disproportionation, hypochlorous acid and hypobromous acid are mostly prepared for this purpose at the point of use.
Ein Weg hierfür ist beispielsweise die Zersetzung von Chlor- und/oder Brom aufweisenden organischen Substanzen, wie 1-Brom-3-chlor-5,5-dimethylhydantoin (BCDMH), durch Hydrolyse unter Bildung von hypochloriger und/oder hypobromiger Säure am Ort der Verwendung. Ein Nachteil dieses Verfahrens liegt jedoch darin begründet, dass die organischen Vorläufersubstanzen für hypochlorige bzw. hypobromige Säure sehr teuer sind und die Hydrolyse nicht vollständig erfolgt. Darüber hinaus können unkontrollierte Nebenreaktionen mit dem organischen Hydantoinrest stattfinden und die Endprodukte ein Gefahrenpotential darstellen.One way to do this is, for example, to decompose chlorine and / or bromine-containing organic substances, such as 1-bromo-3-chloro-5,5-dimethylhydantoin (BCDMH), by hydrolysis to form hypochlorous and / or hypobromous acid at the site of the invention Use. However, a disadvantage of this method is that the organic precursors for hypochlorous or hypobromous acid are very expensive and the hydrolysis is not complete. In addition, uncontrolled side reactions can take place with the organic hydantoin residue and the end products pose a potential hazard.
Zur Überwindung dieser Nachteile ist es bereits vorgeschlagen, Hypohalogenit enthaltende, wässrige Lösung an dem Ort der Verwendung durch anodische Oxidation von halogenidhaltigen wässrigen Lösungen herzustellen. In der Praxis wird hierzu üblicherweise aus dem zu desinfizierenden Wasser ein Teilstrom, wie beispielsweise ein Teilwasserstrom eines Schwimmbeckens, entnommen, diesem Teilstrom ein Halogenidsalz, wie Natriumchlorid, zugesetzt und dieser Teilwasserstrom durch eine Elektrolysezelle geführt, um die in dem Teilwasserstrom enthaltenen Halogenidionen elektrochemisch zu Hypohalogenitionen umzusetzen, bevor der so behandelte Teilwasserstrom wieder dem Wasser zugeführt wird. Ein Nachteil dieser Verfahren liegt jedoch darin, dass sich in der Elektrolysezelle und insbesondere auf den Elektroden schon nach kurzer Betriebszeit Ablagerungen abscheiden, infolge dessen die Effizienz der Elektrolysezelle drastisch abnimmt. Um diesem Problem zu begegnen, werden in der Praxis die Elektroden in der Elektrolysezelle periodisch umgepolt, um die gebildeten Ablagerungen aufzulösen. Bei diesen Umpolungen geht jedoch im Laufe der Betriebszeit durch Auflösung ein signifikanter Anteil des teuren Elektrodenmaterials verloren, weswegen die Lebensdauer der so verwendeten Elektroden mit weniger als 3 Monaten extrem kurz ist. Ein weiterer Nachteil dieser Verfahrensführung liegt darin, dass aufgrund der periodischen Umpolungen die Effizienz der Elektroden über die Betriebsdauer nicht konstant ist. Vielmehr weisen die Elektroden nach der Entfernung des Belags kurz nach einer Umpolung eine höhere Effizienz auf als kurz vor der nächsten Umpolung, wenn sich auf den Elektroden bereits wieder signifikante Mengen an Ablagerungen abgeschieden haben. Aus diesem Grund variiert die Effizienz der Elektrolysezelle während der Betriebsdauer, so dass in der Elektrolysezelle Lösungen mit über die Betriebsdauer variierendem Gehalt an Hypohalogenitionen hergestellt werden. Um die Hypohalogenitionenkonzentration in der hergestellten Lösung über die Betriebsdauer zumindest einigermaßen konstant zu halten, ist eine sehr aufwendige und daher teure und störanfällige Regelung notwendig.To overcome these disadvantages, it has already been proposed to prepare hypohalite-containing aqueous solution at the site of use by anodic oxidation of halide-containing aqueous solutions. In practice, for this purpose, usually from the water to be disinfected, a partial flow, such as a partial water flow of a swimming pool removed, this partial flow a halide salt, such as sodium chloride, added and this partial water flow passed through an electrolytic cell to the halide ions contained in the partial water flow electrochemically hypohalogenations before the thus treated partial water flow is returned to the water. A disadvantage of these methods, however, is that deposit deposits in the electrolysis cell and in particular on the electrodes after a short period of operation, as a result of which the efficiency of the electrolytic cell decreases dramatically. To address this problem, in practice, the electrodes in the electrolytic cell are periodically reversed to dissolve the deposits formed. In these polarity reversals, however, a significant portion of the expensive electrode material is lost in the course of the operating time by dissolution, which is why the life of the electrode thus used is extremely short with less than 3 months. Another disadvantage of this procedure is that due to the periodic reversals, the efficiency of the electrodes over the service life is not constant. Rather, the electrodes have a higher efficiency after the removal of the coating shortly after a polarity reversal than shortly before the next polarity reversal, when deposited again on the electrodes again significant amounts of deposits. For this reason, the efficiency of the electrolytic cell varies during the operating period, so that in the electrolytic cell solutions are produced with varying over the operating time content of hypohalogenations. In order to keep the hypohalogenation concentration in the prepared solution at least reasonably constant over the service life, a very complicated and therefore expensive and fault-prone control is necessary.
Aus der
Aus der
In der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines Hypohalogenitionen enthaltenden Biozids mittels anodischer Oxidation einer Halogenidionen enthaltenden Lösung, bei dem die vorgenannten Nachteile vermieden werden können, und welches insbesondere ohne Umpolung der Elektroden betrieben werden kann sowie über dessen Betriebsdauer einen konstant hohen Wirkungsgrad aufweist.The object of the present invention is therefore to provide a method for producing a biocide containing hypohalogenation by means of anodic oxidation of a halide ion-containing solution, in which the aforementioned disadvantages can be avoided, and which can be operated in particular without reversing the polarity of the electrodes and a constantly high over its service life Efficiency has.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die Bereitstellung eines Verfahrens nach Patentanspruch 1 und insbesondere durch die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines Biozids umfassend die Schritte:
- a) Bereitstellen von Wasser oder einer wässrigen Lösung mit einer Konzentration an zwei- und höherwertigen Ionen von in der Summe maximal 5,0 mg/l,
- b) Zugabe von Halogenidsalz zu der in dem Schritt a) bereitgestellten Lösung und
- c) anodische Oxidation der in dem Schritt b) hergestellten Mischung,
- a) providing water or an aqueous solution having a concentration of divalent and higher valent ions of not more than 5.0 mg / l in total,
- b) adding halide salt to the solution provided in step a) and
- c) anodic oxidation of the mixture prepared in step b),
Diese Lösung beruht auf der Erkenntnis, dass eine Ablagerung in der Elektrolysezelle und insbesondere auf den Elektroden während der anodischen Oxidation zuverlässig verhindert werden kann und so auf eine Umpolung der Elektroden während der anodischen Oxidation verzichtet werden kann, wenn zunächst Wasser bzw. eine wässrige Lösung mit einer Konzentration an zwei- und höherwertigen Ionen von in der Summe maximal 5,0 mg/l bereitgestellt wird, bevor dieser Lösung Halogenidsalz zugegeben wird und die so erzeugte Mischung anodisch oxidert wird, d. h. wenn zu Beginn und während der anodischen Oxidation die Konzentration an zwei- und höherwertigen Ionen in der bei der anodischen Oxidation eingesetzten Mischung in der Summe maximal 5,0 mg/l beträgt. Wasser ist niemals vollkommen rein. Selbst Trinkwasser enthält signifikante Mengen an Verunreinigungen, wie organische Verbindungen und insbesondere Ionen. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben herausgefunden, dass die bei der anodischen Oxidation in der Elektrolysezelle und insbesondere auf den Elektroden gebildeten Ablagerungen überwiegend aus Salzen zwei- und höherwertiger Kationen, insbesondere aus Erdalkalimetallcarbonaten, Erdalkalimetallsulfaten, Erdalkalimetallphosphaten und dergleichen, bestehen, wohingegen in den Ablagerungen Salze einwertiger Kationen nicht enthalten sind. Indem diese zwei- und höherwertiger Kationen vor der Durchführung der anodischen Oxidation und insbesondere vor der Zugabe des Halogenidsalzes bzw. der Halogenidsalze bis auf einen geringen Restgehalt entfernt werden, kann eine Ablagerung in der Elektrolysezelle und insbesondere auf den Elektroden während der anodischen Oxidation zuverlässig verhindert werden. Da aus diesem Grund auf eine Umpolung der Elektroden während der anodischen Oxidation verzichtet werden kann, wird die Lebensdauer der teuren Elektroden beträchtlich erhöht, und zwar auf 50 Monate und länger. Zudem wird ein während der gesamten Betriebsdauer der Elektrolysezelle konstanter Wirkungsgrad erreicht, so dass das Produkt bzw. das Biozid nach der anodischen Oxidation eine konstante Menge an Hypohalogenitionen enthält. Zudem konnte im Rahmen der vorliegenden Erfindung überraschenderweise festegestellt werden, dass durch die Vermeidung von Umpolungen aktiveres Biozid erhalten wird. Ohne an eine Theorie gebunden werden zu wollen, wird vermutet, dass dies darauf zurückzuführen ist, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bei der anodischen Oxidation neben Hypohalogenitverbindungen auch gewisse Mengen an aktiven Sauerstoffverbindungen, wie beispielsweise Peroxide und/oder Ozon, gebildet werden, welche die Aktivität der gebildeten Hypohalogenitverbindungen erhöhen. Es wird vermutet, dass dies bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren deshalb nicht erfolgt, weil durch die Umpolungen die Bildung dieser aktiven Sauerstoffverbindungen unterbleibt. Zudem konnte im Rahmen der vorliegenden Erfindung herausgefunden werden, dass eine Hypobromitionen und Hypoioditionen (welche durch die anodische Oxidation aus den Bromidionen und Iodidionen entstehen) enthaltende Lösung überraschenderweise eine sehr viel höhere biozide Wirkung aufweist als eine, eine der Summe der Menge von Hypobromitionen und Hypoioditionen entsprechende Menge von ausschließlich Hypobromitionen oder Hypoioditionen enthaltende wässrige Lösung.This solution is based on the finding that deposition in the electrolysis cell and in particular on the electrodes can be reliably prevented during the anodic oxidation and can be dispensed with a polarity reversal of the electrodes during anodic oxidation, if initially water or an aqueous solution with a concentration of divalent and higher valent ions of at most 5.0 mg / l is provided before halide salt is added to this solution and the mixture so produced is anodically oxidized, i. H. if, at the beginning and during the anodic oxidation, the concentration of divalent and higher valent ions in the mixture used in the anodic oxidation is a maximum of 5.0 mg / l in total. Water is never completely pure. Even drinking water contains significant amounts of impurities, such as organic compounds and especially ions. The inventors of the present invention have found that the deposits formed in anodic oxidation in the electrolytic cell and in particular on the electrodes consist predominantly of salts of divalent and higher valent cations, especially of alkaline earth metal carbonates, alkaline earth metal sulfates, alkaline earth metal phosphates and the like, whereas in the deposits salts Monovalent cations are not included. By removing these bivalent and higher valency cations prior to performing the anodic oxidation, and especially before adding the halide salt (s) to a low residual level, deposition in the electrolytic cell and particularly on the electrodes during anodic oxidation can be reliably prevented , For this reason, since polarity reversal of the electrodes during the anodic oxidation can be dispensed with, the life of the expensive electrodes is considerably increased to 50 months or more. In addition, a constant efficiency is achieved throughout the operating life of the electrolysis cell, so that the product or the biocide after the anodic oxidation contains a constant amount of Hypohalogenitionen. In addition, it has surprisingly been found within the scope of the present invention that by avoiding reversals, more active biocide is obtained. Without wishing to be bound by theory, it is believed that this is due to the fact that in the method according to the invention in the anodization in addition to Hypohalogenitverbindungen certain amounts of active oxygen compounds, such as peroxides and / or ozone, are formed which the activity increase the formed Hypohalogenitverbindungen. It is assumed that this does not occur in the processes known from the prior art, because the polarity reversal prevents the formation of these active oxygen compounds. In addition, it has been found within the scope of the present invention that a solution containing hypobromite ions and hypoiodite ions (which are formed by the anodic oxidation from the bromide ions and iodide ions) surprisingly has a much higher biocidal activity than one, one of the sum of the amount of hypobromite ions and hypoiodite ions corresponding amount of exclusively hypobromite ions or Hypoioditionen containing aqueous solution.
Unter Bereitstellung von Wasser oder einer wässrigen Lösung mit einer Konzentration an zwei- und höherwertigen Ionen von in der Summe maximal 5,0 mg/l wird die Herstellung einer solchen Lösung verstanden. Dabei kann das entsprechend reine Wasser unmittelbar vor der Durchführung des Verfahrensschritt b) hergestellt werden oder in entsprechend reiner Form kommerziell bezogen werden. Der Begriff Bereitstellung soll insbesondere auch den letztgenannten Fall umfassen.Providing water or an aqueous solution having a concentration of divalent and higher valent ions of not more than 5.0 mg / l in total is understood to mean the preparation of such a solution. In this case, the correspondingly pure water can be prepared immediately before carrying out process step b) or can be obtained commercially in a correspondingly pure form. The term provision should in particular also include the latter case.
Vollkommen reines Wasser, also Wasser, welches keinerlei Fremdmoleküle oder Fremdionen enthält, ist in makroskopischen Mengen nicht herstellbar, so dass Wasser, selbst wenn dieses eine Konzentration an zwei- und höherwertigen Ionen von in der Summe maximal 5,0 mg/l aufweist, immer messbare Mengen an Fremdmolekülen und Fremdionen aufweist. Mithin handelt es sich bei Wasser gleich welchen Reinheitsgrades im engeren Sinn immer um eine wässrige Lösung. Diesem Sachverhalt wird durch die Formulierung wässrige Lösung in dem Verfahrensschritt a) Rechnung getragen.Completely pure water, ie water which contains no foreign molecules or foreign ions, can not be produced in macroscopic amounts, so that water, even if it has a concentration of divalent and higher valent ions of not more than 5.0 mg / l in total, always has measurable amounts of foreign molecules and foreign ions. Thus, regardless of the degree of purity, water is always an aqueous solution in the narrower sense. This fact is taken into account by the formulation aqueous solution in process step a).
Die Einstellung der Konzentration an zwei- und höherwertigen Ionen in dem Wasser auf einen Wert von in der Summe maximal 5,0 mg/l in dem Schritt a) kann durch jedes dem Fachmann bekannte Verfahren erfolgen. Gute Ergebnisse werden insbesondere erhalten, wenn die Einstellung der Konzentration an zwei- und höherwertigen Ionen in dem Wasser durch Ionenaustausch, durch Osmose oder durch Nanofiltration erfolgt. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Konzentration an zwei- und höherwertigen Ionen in dem Wasser durch eine Kombination verschiedener Verfahren und insbesondere durch eine Kombination von zwei oder mehr Verfahren, welche aus der aus Ionenaustausch, Osmose und Nanofiltration bestehenden Gruppe ausgewählt sind, einzustellen. Ferner kann auch durch vorherige Destillation hergestelltes, deionisiertes Wasser eingesetzt werden.The adjustment of the concentration of divalent and higher valent ions in the water to a value of no more than 5.0 mg / l in step a) can be achieved by any method known to the person skilled in the art respectively. In particular, good results are obtained when the concentration of divalent and higher valent ions in the water is adjusted by ion exchange, osmosis or nanofiltration. Of course, it is also possible to adjust the concentration of divalent and higher valent ions in the water by a combination of various methods and, in particular, by a combination of two or more methods selected from the group consisting of ion exchange, osmosis and nanofiltration. Furthermore, deionized water produced by prior distillation can also be used.
In Weiterbildung des Erfindungsgedankens wird vorgeschlagen, in dem Verfahrensschritt a) Wasser oder eine wässrige Lösung mit einer Konzentration an zwei- und höherwertigen Ionen von in der Summe maximal 3,0 mg/l und bevorzugt maximal 1,0 mg/l bereitzustellen.In a further development of the concept of the invention, it is proposed to provide water or an aqueous solution having a concentration of divalent and higher valent ions of not more than 3.0 mg / l in total and preferably not more than 1.0 mg / l in process step a).
Zwei- und höherwertige Ionen, welche üblicherweise in nennenswerten Mengen in Wasser enthalten sind und deren Konzentrationen in dem bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Wasser verringert werden, sind beispielsweise Aluminiumionen, Eisenionen, Manganionen und insbesondere Calciumionen und Magnesiumionen, und abgesehen davon auch Siliziumverbindungen. Vorzugsweise beträgt die Konzentration an Calciumionen in dem in dem Verfahrensschritt a) bereitgestellten Wasser weniger als 3,0 mg/l und bevorzugt weniger als 1,0 mg/l. Ebenso ist es bevorzugt, dass die Konzentration an Magnesiumionen in dem in dem Verfahrensschritt a) bereitgestellten Wasser weniger als 3,0 mg/l und bevorzugt weniger als 1,0 mg/l beträgt.Two- and higher-valent ions, which are usually present in appreciable amounts in water and whose concentrations are reduced in the water used in the process according to the invention, for example, aluminum ions, iron ions, manganese ions and especially calcium ions and magnesium ions, and apart from silicon compounds. Preferably, the concentration of calcium ions in the water provided in step a) is less than 3.0 mg / l and preferably less than 1.0 mg / l. It is also preferred that the concentration of magnesium ions in the water provided in process step a) is less than 3.0 mg / l and preferably less than 1.0 mg / l.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält das in dem Verfahrensschritt a) bereitgestellte Wasser bzw. die in dem Schritt a) bereitgestellte wässrige Lösung weniger als 0,001 Gew.-% organische Verbindungen. Dadurch wird ein möglicher negativer Einfluss von organischen Verbindungen auf die anodische Oxidation zuverlässig verhindert.According to a further preferred embodiment of the present invention, the water or the aqueous solution provided in step a) contains less than 0.001% by weight of organic compounds. This reliably prevents a possible negative influence of organic compounds on the anodic oxidation.
Wie bereits dargelegt, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in dem Verfahrensschritt a) die Konzentration an zwei- oder höherwertigen Ionen soweit wie möglich, aber mindestens auf einen Wert von in der Summe weniger als 5,0 mg/l reduziert und bevorzugt auch die Konzentration an organischen Verbindungen so weit wie möglich verringert, wohingegen der Gehalt an einwertigen Ionen nicht reduziert werden muss, weil diese die nachfolgende anodische Oxidation nicht stören. Ein Parameter, welcher die Gesamtionenkonzentration in dem Wasser zuverlässig widerspiegelt, ist die Leitfähigkeit des Wassers. Gute Ergebnisse werden insbesondere erhalten, wenn das in dem Verfahrensschritt a) bereitgestellte Wasser vor der Zugabe des Halogenidsalzes eine bei 25°C mit einem Standardverfahren gemessene Leitfähigkeit von weniger als 800 μS/cm, bevorzugt von weniger als 400 μS/cm und besonders bevorzugt von weniger als 300 μS/cm aufweist.As already stated, in the method according to the invention in method step a), the concentration of divalent or higher valent ions is reduced as much as possible, but at least to a value of less than 5.0 mg / 1 in total, and preferably also the concentration reduced organic compounds as far as possible, whereas the content of monovalent ions need not be reduced because they do not interfere with the subsequent anodic oxidation. One parameter that reliably reflects the total ion concentration in the water is the conductivity of the water. Good results are obtained, in particular, when the water provided in process step a) before the addition of the halide salt has a conductivity measured at 25 ° C. by a standard method of less than 800 μS / cm, preferably less than 400 μS / cm and particularly preferably less than 300 μS / cm.
Das Halogenidsalz, also die Mischung aus Bromidsalz und Iodidsalz, kann in dem Verfahrensschritt b) in der Form von Feststoff (also als Salz im engeren Sinn) oder in der Form einer wässrigen Lösung zu dem in dem Verfahrensschritt a) bereitgestellten Wasser zugegeben werden. Da die Zugabe eines Feststoffs ein Abwiegen erfordert und Salze bei längerer Lagerung Feuchtigkeit aus der Umgebungsluft aufnehmen, weswegen das spätere Abwiegen aufgrund eines undefinierten Feuchtigkeitsgehalts des Salzes zu einem signifikanten Fehler führen kann, hat es sich in der Praxis als vorteilhaft erwiesen, das Halogenidsalz dem Wasser in dem Verfahrensschritt b) in der Form einer wässrigen (Stamm)lösung mit einer vorzugsweise definierten Konzentration zuzugeben. Vorzugsweise beträgt die Konzentration der Halogenidionen in der Stammlösung 10 bis 200.000 mg/l, besonders bevorzugt 10.000 bis 100.000 mg/l und besonders bevorzugt 5.000 bis 50.000 mg/lThe halide salt, that is to say the mixture of bromide salt and iodide salt, can be added to the water provided in process step a) in process step b) in the form of solid (ie as salt in the narrower sense) or in the form of an aqueous solution. Since the addition of a solid requires weighing and salts absorb moisture from the ambient air over prolonged storage, therefore, subsequent weighing may result in a significant error due to an undefined moisture content of the salt, it has been found advantageous in practice to include the halide salt in the water in process step b) in the form of an aqueous (stock) solution having a preferably defined concentration. Preferably, the concentration of halide ions in the stock solution is 10 to 200,000 mg / l, more preferably 10,000 to 100,000 mg / l, and particularly preferably 5,000 to 50,000 mg / l
Vorzugsweise wird die in dem Verfahrensschritt b) hergestellte Mischung anschließend bis zur Homogenität vermischt, bevor die anodische Oxidation gemäß dem Verfahrensschritt c) durchgeführt wird.Preferably, the mixture prepared in process step b) is then mixed until homogeneous, before the anodic oxidation according to process step c) is carried out.
Um die Konzentration an zwei- oder höherwertigen Ionen in dem Wasser bzw. in der wässrigen Lösung vor der in dem Verfahrensschritt c) durchgeführten anodischen Oxidation nicht zu erhöhen, wird in Weiterbildung des Erfindungsgedankens vorgeschlagen, in dem Verfahrensschritt b) erdalkalimetallfreie Alkalimetallhalogenide oder Ammoniumhalogenide einzusetzen. Auch in dem Fall, dass in dem Verfahrensschritt b) Halogenidsalze von zwei- oder höherwertigen Metallen eingesetzt werden, ist darauf zu achten, dass die Konzentration an zwei- und höherwertigen Ionen in der in dem Verfahrensschritt b) hergestellten Mischung in der Summe maximal 5,0 mg/l beträgt.In order not to increase the concentration of divalent or higher valency ions in the water or in the aqueous solution prior to the anodization carried out in process step c), it is proposed in a further development of the inventive idea to use alkaline earth metal-free alkali metal halides or ammonium halides in process step b). Even in the case in which halide salts of divalent or higher valent metals are used in process step b), care should be taken that the concentration of divalent and higher valent ions in the mixture prepared in process step b) is not more than 5, 0 mg / l.
Erfindungsgemäß wird in dem Verfahrensschritt b) eine Mischung aus einem Bromidsalz und einem Iodidsalz zugegeben bzw. eine Bromidionen und Iodidionen enthaltende wässrige Lösung. Wie dargelegt, konnte im Rahmen der vorliegenden Erfindung herausgefunden werden, dass eine Hypobromitionen und Hypoioditionen (welche durch die anodische Oxidation aus den Bromidionen und Iodidionen entstehen) enthaltende Lösung überraschenderweise eine sehr viel höhere biozide Wirkung aufweist als eine, eine der Summe der Menge von Hypobromitionen und Hypoioditionen entsprechende Menge von ausschließlich Hypobromitionen oder Hypoioditionen enthaltende wässrige Lösung. Dieser Effekt wird insbesondere dann erzielt, wenn die Menge der Hypobromitionen die Menge der Hypoioditionen um ein Vielfaches, beispielsweise um den Faktor 100, übersteigt.According to the invention, a mixture of a bromide salt and an iodide salt is added in process step b) or an aqueous solution containing bromide ions and iodide ions is added. As stated, it has been found within the scope of the present invention that hypobromite ions and hypoiodite ions (which are formed by the anodic oxidation from the bromide ions and iodide ions) can be found Surprisingly enough, the solution has a much higher biocidal activity than an aqueous solution containing the sum of the amount of hypobromite ions and hypoiodite ions, which contains only hypobromite ions or hypoiodite ions. This effect is achieved in particular when the amount of hypobromite ions exceeds the amount of hypoiodite ions by a multiple, for example by a factor of 100.
Vorzugsweise enthält die in dem Verfahrensschritt b) als Feststoff oder als wässrige Lösung zugegebene Mischung ein aus der aus Natriumbromid, Kaliumbromid, Ammoniumbromid und beliebigen Kombinationen hiervon bestehenden Gruppe ausgewähltes Salz und wenigstens ein aus der aus Natriumiodid, Kaliumiodid, Ammoniumiodid und beliebigen Kombinationen hiervon bestehenden Gruppe ausgewähltes Salz.Preferably, the mixture added in step b) as a solid or as an aqueous solution contains a salt selected from the group consisting of sodium bromide, potassium bromide, ammonium bromide and any combinations thereof and at least one of the group consisting of sodium iodide, potassium iodide, ammonium iodide and any combinations thereof selected salt.
Wie vorstehend dargelegt, wird die sehr hohe biozide Wirkung einer Hypobromitionen und Hypoioditionen enthaltenden wässrigen Lösung verglichen mit einer nur Hypobromitionen oder nur Hypoioditionen enthaltenden wässrigen Lösung insbesondere dann erreicht, wenn die wässrige Lösung mehr Hypobromitionen als Hypoioditionen enthält. Gute Ergebnisse werden bei dieser Ausführungsform insbesondere dann erhalten, wenn die in dem Verfahrensschritt b) hergestellte Mischung eine Bromidionenkonzentration zwischen 0,4 und 10.000 mg/l, bevorzugt zwischen 400 und 4.000 mg/l und besonders bevorzugt zwischen 200 und 2.000 mg/l, und eine Iodidionenkonzentration zwischen 0,1 und 10 mg/l, bevorzugt zwischen 0,5 und 5 mg/l und besonders bevorzugt zwischen 0,8 und 2,4 mg/l, aufweist. Dabei beträgt das Verhältnis zwischen der Bromidionenkonzentration und der Iodidionenkonzentration bevorzugt zwischen 4.000:1 und 10:1, besonders bevorzugt zwischen 2.000:1 und 100:1 und ganz besonders bevorzugt zwischen 2.000:1 und 800:1.As stated above, the very high biocidal activity of an aqueous solution containing hypobromite ions and hypoiodinates compared to an aqueous solution containing only hypobromite ions or hypoiodite ions is achieved especially when the aqueous solution contains more hypobromite ions than hypoiodite ions. Good results are obtained in this embodiment in particular when the mixture prepared in process step b) has a bromide ion concentration between 0.4 and 10,000 mg / l, preferably between 400 and 4,000 mg / l and particularly preferably between 200 and 2,000 mg / l, and an iodide ion concentration of between 0.1 and 10 mg / l, preferably between 0.5 and 5 mg / l and more preferably between 0.8 and 2.4 mg / l. The ratio between the bromide ion concentration and the iodide ion concentration is preferably between 4,000: 1 and 10: 1, more preferably between 2,000: 1 and 100: 1 and most preferably between 2,000: 1 and 800: 1.
Bei der in dem Verfahrensschritt c) durchgeführten anodischen Oxidation können alle dem Fachmann zu diesem Zweck bekannten Elektrodenmaterialien eingesetzt werden. Beispielsweise kann bei der anodischen Oxidation als Anode eine Elektrode aus Rutheniumoxid und/oder Platinoxid eingesetzt werden, wobei es aus Kostengründen bevorzugt ist, eine Anode aus auf einem inerten Trägermaterial, wie beispielsweise auf Titan oder auf einer Titanlegierung, getragenem Rutheniumoxid und/oder Platinoxid einzusetzen. Beispiele für geeignete Kathoden sind Elektroden aus Titanmetall.In the anodization carried out in process step c), all electrode materials known to the person skilled in the art for this purpose can be used. For example, in the case of anodic oxidation, an electrode of ruthenium oxide and / or platinum oxide can be used as the anode, and it is preferred for reasons of cost to use an anode of ruthenium oxide and / or platinum oxide supported on an inert carrier material, for example on titanium or on a titanium alloy , Examples of suitable cathodes are titanium metal electrodes.
Bezüglich des bei der anodischen Oxidation angelegten Stroms ist die vorliegende Erfindung nicht besonders beschränkt. Insofern kann die anodische Oxidation bei für anodische Oxidationen von Halogenidionen enthaltenden Lösungen üblichen Stromflüssen durchgeführt. Beispielsweise hat es sich als praktikabel erwiesen, die anodische Oxidation in dem Verfahrensschritt c) bei einem Stromfluss zwischen 10 und 200 A, besonders bevorzugt zwischen 20 und 60 A und ganz besonders bevorzugt zwischen 25 und 50 A durchzuführen.With respect to the current applied in the anodic oxidation, the present invention is not particularly limited. In this respect, the anodic oxidation can be carried out in current flows which are usual for anodic oxidations of halide ions. For example, it has proven to be practicable to carry out the anodic oxidation in process step c) at a current flow between 10 and 200 A, particularly preferably between 20 and 60 A and very particularly preferably between 25 and 50 A.
Vorzugsweise wird die anodische Oxidation in dem Verfahrensschritt c) bei einer Temperatur zwischen 10 und 60°C durchgeführt.Preferably, the anodic oxidation in the process step c) is carried out at a temperature between 10 and 60 ° C.
Gute Ergebnisse hinsichtlich der bioziden Wirkung des hergestellten Biozids werden insbesondere dann erreicht, wenn das in dem Verfahrensschritt c) hergestellte Biozid eine Konzentration an Hypohalogenitionen zwischen 10 und 1.000 mg/l, bevorzugt zwischen 50 und 700 mg/l und besonders bevorzugt zwischen 100 und 700 mg/l aufweist.Good biocidal efficacy results of the biocide produced are achieved in particular if the biocide produced in process step c) has a concentration of hypohalite ions between 10 and 1000 mg / l, preferably between 50 and 700 mg / l and particularly preferably between 100 and 700 mg / l.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Biozid, welches mit dem zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren erhältlich ist, wobei in dem Verfahren die in dem Schritt b) hergestellte Mischung eine Bromidionenkonzentration zwischen 400 und 4.000 mg/l und eine Iodidionenkonzentration zwischen 0,5 und 5 mg/l aufweist.A further subject of the present invention is a biocide which is obtainable by the method according to the invention described above, in which method the mixture prepared in step b) has a bromide ion concentration between 400 and 4000 mg / l and an iodide ion concentration between 0.5 and 5 mg / l.
Das erfindungsgemäße Biozid kann mit Vorteil als Zusatz in Abwasser, als Zusatz in Prozesswasser, als Zusatz in Frischwasser, als Zusatz in Schwimmbadwasser, als Zusatz in Kühlwasser oder als Zusatz in Sperrwasser in der Papierindustrie, in der Metallindustrie und allen anderen wässrigen Systemen zahlreicher Industriezweige verwendet werden.The biocide according to the invention can be advantageously used as an additive in wastewater, as an additive in process water, as an additive in fresh water, as an additive in swimming pool water, as an additive in cooling water or as an additive in sealing water in the paper industry, in the metal industry and all other aqueous systems of numerous industries become.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einer Vorrichtung zur Herstellung eines Biozids durchgeführt werden, welche umfasst:
- a) eine Wasserenthärtungseinrichtung,
- b) einen Mischbehälter zur Vermischung von enthärtetem Wasser mit Halogenidsalz bzw. einer wässrigen Halogenidsalzlösung sowie
- c) eine wenigstens zwei Elektroden aufweisende Elektrolysezelle zur anodischen Oxidation einer Halogenidionen enthaltenden wässrigen Lösung.
- a) a water softening device,
- b) a mixing vessel for mixing softened water with halide salt or an aqueous halide salt solution and
- c) an electrolytic cell having at least two electrodes for the anodic oxidation of an aqueous solution containing halide ions.
Vorzugsweise ist die Wasserenthärtungseinrichtung derart ausgestaltet, dass diese die Konzentration an zwei- und höherwertigen Ionen in Wasser auf einen Wert von in der Summe maximal 5,0 mg/l verringert. Preferably, the water softening device is designed such that it reduces the concentration of divalent and higher valent ions in water to a value of not more than 5.0 mg / l in total.
Bevorzugt ist die Wasserenthärtungseinrichtung ein Ionenaustauscher, eine Osmoseeinrichtung oder eine Nanofiltrationseinrichtung.The water softening device is preferably an ion exchanger, an osmosis device or a nanofiltration device.
Es wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung ferner einen, eine Halogenidionen enthaltende wässrige Lösung enthaltenden Behälter aufweist, wobei der Behälter mit dem Mischbehälter über eine Leitung verbunden ist, wobei die Wasserenthärtungseinrichtung über eine Leitung mit dem Mischbehälter verbunden ist und wobei der Mischbehälter mit der Elektrolysezelle über eine Leitung verbunden ist.It is proposed that the device further comprises a container containing a halide ion containing aqueous solution, wherein the container is connected to the mixing container via a line, wherein the water softening device is connected via a line to the mixing container and wherein the mixing container with the electrolytic cell via a line is connected.
Die Vorrichtung weist vorzugsweise ferner einen zumindest ein Halogenidsalz enthaltenden Vorratsbehälter auf, wobei von dem Vorratsbehälter eine Feststoffzufuhrleitung in den Behälter führt und von der Wasserenthärtungseinrichtung eine Leitung in den Behälter führt.The device preferably further comprises a reservoir containing at least one halide salt, wherein a solids feed line leads from the reservoir into the container and leads from the water softening device a line into the container.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung rein beispielhaft anhand vorteilhafter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.Hereinafter, the present invention will be described purely by way of example with reference to advantageous embodiments and with reference to the accompanying drawings.
Dabei zeigt die:It shows:
Die in der
Der Ionenaustauscher
Von dem Mischbehälter
Zudem weist die Vorrichtung
Beim Betrieb der Vorrichtung
Über die Leitung
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von einem die vorliegende Erfindung erläuternden, diese aber nicht einschränkenden Beispiel und anhand zweier Vergleichsbeispiele erläutert.Hereinafter, the present invention will be explained with reference to an illustrative embodiment of the present invention, but not limiting, and with reference to two comparative examples.
Vergleichsbeispiel 1Comparative Example 1
In einer der in der
Dazu wurde der Vorratsbehälter
Diese Lösung wurde über die Leitung
Die Hypobromitionenkonzentration des aus der Elektrolysezelle abgezogenen Biozids wurde laufend gemessen. Dabei wurde festgestellt, dass die Hypobromitionenkonzentration in dem abgezogenen Biozid über eine Betriebszeit von 24 Stunden praktisch gleich bei 410 mg/l lag. Die Abweichung der Hypobromitionenkonzentration in dem Biozid betrug während der gesamten Betriebszeit weniger als ±2%.The hypobromite concentration of the biocide withdrawn from the electrolysis cell was continuously measured. It was found that the hypobromite concentration in the withdrawn biocide was practically equal to 410 mg / l over an operating time of 24 hours. The deviation of the hypobromite concentration in the biocide was less than ± 2% throughout the operating time.
An den beiden Elektroden
Die biozide Wirkung des so hergestellten Biozids wurde ermittelt, indem dieses industriellem Prozesswasser in einer Menge von 0,158 mg/l Wirksubstanz/Biozid zugesetzt wurde und nach 10 Tagen die aerobe Gesamtkeimzahl des Prozesswassers bestimmt wurde. Zum Vergleich wurde auch die aerobe Gesamtkeimzahl von mit 0,168 mg/l BCDMH versetztem Prozesswasser bestimmt.The biocidal activity of the biocide thus produced was determined by adding this industrial process water in an amount of 0.158 mg / l of active substance / biocide and after 10 days the total aerobic bacterial count of the process water was determined. For comparison, the total aerobic bacterial count of process water mixed with 0.168 mg / l BCDMH was also determined.
Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 dargestellt.The results are shown in Table 1.
Beispiel 1example 1
Ein Biozid wurde auf die gleiche Weise wie in dem Vergleichsbeispiel 1 beschrieben hergestellt, ausgenommen, dass in dem Salzvorratsbehälter
Die Hypobromitionenkonzentration und Hypoioditionenkonzentration des aus der Elektrolysezelle abgezogenen Biozids wurden laufend gemessen. Dabei wurde festgestellt, dass die Summe der Hypobromitionenkonzentration und der Hypoioditionenkonzentration in dem abgezogenen Biozid über eine Betriebszeit von 24 Stunden praktisch gleich bei 423 mg/l lag. Die Abweichung der Hypobromitionenkonzentration bzw. Hypoioditionenkonzentration in dem Biozid betrug während der gesamten Betriebszeit weniger als ±2%.The hypobromite concentration and hypoiodite ion concentration of the biocide withdrawn from the electrolysis cell were continuously measured. It was found that the sum of the hypobromite concentration and the hypoiodite ion concentration in the withdrawn biocide was practically equal to 423 mg / l over an operating time of 24 hours. The deviation of the hypobromite concentration or hypoiodite ion concentration in the biocide was less than ± 2% during the entire operating time.
An den beiden Elektroden
Die biozide Wirkung des so hergestellten Biozids wurde auf die gleiche Weise wie in dem Vergleichsbeispiel 1 ermittelt.The biocidal effect of the biocide thus prepared was determined in the same manner as in Comparative Example 1.
Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 1
Vergleichsbeispiel 2Comparative Example 2
Ein Biozid wurde auf die gleiche Weise wie in dem Vergleichsbeispiel 1 beschrieben hergestellt, ausgenommen, dass kein Ionenaustauscher eingesetzt wurde, sondern dem Behälter
Die Hypobromitionenkonzentration des aus der Elektrolysezelle abgezogenen Biozids wurde laufend gemessen, wobei bereits nach 15 Stunden Betriebszeit eine signifikante Abnahme der Hypobromitionenkonzentration in dem Biozid festgestellt wurde, welche danach kontinuierlich weiter absank. Nach 24 Stunden wurde beobachtet, dass die beiden Elektroden vollständig mit einer dicken Schicht von Ablagerungen überzogen waren.The hypobromite concentration of the biocide withdrawn from the electrolysis cell was continuously measured, whereby a significant decrease in the hypobromite concentration in the biocide was observed after only 15 hours of operation, which subsequently continued to decrease further. After 24 hours, it was observed that the two electrodes were completely covered with a thick layer of deposits.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Vorrichtung zur Herstellung von BiozidDevice for the production of biocide
- 1212
- Ionenaustauscherion exchanger
- 1313
- Vorratsbehälter für SalzReservoir for salt
- 1414
- Behälter für HalogenidstammlösungContainer for halide stock solution
- 1616
- Mischbehältermixing tank
- 18, 18'18, 18 '
- Elektrodenelectrodes
- 2020
- Elektrolysezelleelectrolysis cell
- 2222
- Zufuhrleitung für FrischwasserSupply line for fresh water
- 2424
- Abfuhrleitung für ionenausgetauschtes WasserDischarge line for ion-exchanged water
- 2525
- (erste) Teilstromleitung für ionenausgetauschtes Wasser(first) partial flow line for ion-exchanged water
- 2626
- Zufuhrleitung für HalogenidstammlösungFeed line for halide stock solution
- 2828
- FeststoffzufuhrleitungSolid supply line
- 3030
- (zweite) Teilstromleitung für ionenausgetauschtes Wasser(second) partial flow line for ion-exchanged water
- 3232
- Zufuhrleitung zu der ElektrolysezelleSupply line to the electrolysis cell
- 3434
- DurchflussmessgerätFlowmeter
- 3636
- Abfuhrleitung für BiozidDischarge line for biocide
- 3838
- Steuereinrichtungcontrol device
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Representative=s name: MANITZ FINSTERWALD PATENTANWAELTE PARTMBB, DE Effective date: 20140225 Representative=s name: MANITZ, FINSTERWALD & PARTNER GBR, DE Effective date: 20140225 |