JP2005087982A - Method for producing chlorine dioxide-containing solution - Google Patents
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Description
本発明は二酸化塩素含有溶液の生成法に関するThe present invention relates to a method for producing a chlorine dioxide-containing solution.
二酸化塩素は強力な殺菌効果を持ち、その殺菌効果がpHの影響を受けず、有機物により失活しにくいこと、さらに有機物と接触した場合も有毒なトリハロメタンを生成しないなど、優れた性質を持っている。そのために、広く利用されてきた塩素による殺菌の代替物質として有望視され、欧米では既に広い利用がなされており、日本でも水の殺菌など徐々に広がりつつある。Chlorine dioxide has a strong bactericidal effect, its bactericidal effect is not affected by pH, it is hard to deactivate by organic matter, and it has excellent properties such as not producing toxic trihalomethane even when contacted with organic matter. Yes. For this reason, it is regarded as a promising alternative to chlorine, which has been widely used, and has already been widely used in Europe and the United States.
その生成方法は多数知られており、それらの内代表的なものを示す。特許文献1は、亜塩素酸、次亜塩素酸および鉱酸の反応を利用したもの、特許文献2は塩素酸イオンを過酸化水素で還元する方法に関するもの、特許文献3は塩素酸イオンを鉱酸で還元する方法、特許文献4は隔膜式電解槽で亜塩素酸ソーダを電解する方法、特許文献5は亜塩素酸イオンと酸の反応を利用する方法である。これらの他にも次のような生成反応が知られている。
2NaClO2+Cl2→ClO2+2NaCl
2NaClO3+H2SO4→2ClO2+2NaHSO4 There are many known generation methods, and typical ones are shown. Patent Document 1 uses a reaction of chlorous acid, hypochlorous acid, and mineral acid, Patent Document 2 relates to a method of reducing chlorate ions with hydrogen peroxide, and
2NaClO 2 + Cl 2 → ClO 2 + 2NaCl
2NaClO 3 + H 2 SO 4 → 2ClO 2 + 2NaHSO 4
しかし、これら従来法は特殊な化学物質を原料とし、複雑な反応制御、複雑で大規模な装置を必要とした。そのために原料物質の保管や生成反応に危険性を伴うことがあり、装置も大型でかつ高価なものが多かった。従って、安全手軽に、広範囲に二酸化塩素の優れた性質の恩恵を受けることは困難だった。
本発明者が課題としたのは、殺菌剤として優れた性質を持つ、二酸化塩素を安全手軽にかつ安価に利用できる方法を提供することである。The inventor has sought to provide a method that can use chlorine dioxide safely and easily at low cost, which has excellent properties as a disinfectant.
本発明者は、殺菌剤として優れた性質を持つ、二酸化塩素を安全手軽にかつ安価に利用できる方法を提供するために鋭意研究を重ねる中で、塩素イオンを無隔膜電解槽で電解することにより、所定の電圧以上で電解すると二酸化塩素が生成されることに気付いた。そこで生成の機構を詳しく調査した結果、塩素イオンを好適な条件で電解することにより、塩素酸が発生することを確認し、該塩素酸と、原液として供給された塩酸もしくは電解により生成した塩素と水との反応で二次的に生成した塩酸と次の反応により二酸化塩素が生成されていることを確認しこの方法の妥当性を確信した。
2HClO3+HCl→2ClO 2 +HClO+H2O
さらに、効率よく二酸化塩素を発生させるために研究を重ねた結果、該無隔膜電解槽において、電極一対当たりの陽極と陰極間に印加する電圧は4V以上が望ましいこと、より望ましくは8V以上50V未満であること、より一層望ましくは10V以上50V未満であることも確認した。さらに、二酸化塩素の発生効率および電解操作には使用する塩素イオンの濃度も密接に関係し、望ましい濃度は、2.5モル濃度以下0.005モル濃度以上であること、より望ましくは1モル濃度以下0.005モル濃度以上、より一層望ましくは1モル濃度以下0.03モル濃度以上であることも確認した。さらに、塩素イオン溶液としては塩酸溶液もしくは食塩溶液もしくは塩酸と食塩の混合溶液であることが、電解中に電極面へのスケール付着を防止し、生成した二酸化塩素含有溶液に余分な種類のイオンや化合物を含有しないので好都合であることも確認した。さらに、本技術に使用される該無隔膜電解槽が、電解原液が槽の下から入り上に向かって流れるように構成された槽内に、陽極が下に、陰極が上になるように、電極が上下の位置に配置されていること、あるいは電解原液が槽の手前から奥に向かって流れるように構成された槽内に、陽極が手前に、陰極が奥になるように、電極が前後の位置に配置されていること、あるいはまた不透水、不電導の隔壁で陽極と陰極が隔てられており、途中で2に枝分かれし、1が陽極隔室、他の1が陰極隔室に接合された構造の原液の供給手段を具備し、陽極隔室と陰極隔室を出た電気分解液が最後に合一されるように構成された排出手段を具備していること等によって、陽極側で生成した塩素酸が、すぐに還元消失することもなく効率的に塩酸と反応することで、二酸化塩素の発生に望ましいことを確認した。さらにまた、該無隔膜電解槽が、電解槽内部に配置された複数の電極のうち、少なくとも1が、電源と直接結線されていない、いわゆる複極式電解槽であることも電解操作や電解水効率の点優れていることを確認した。これらの確認に基づき本発明者は本発明を完成した。The present inventor conducted an electrolysis of chlorine ions in a diaphragm electrolyzer in the course of earnest research to provide a safe and convenient method for using chlorine dioxide with excellent properties as a disinfectant. He noticed that chlorine dioxide is produced when electrolysis is performed at a predetermined voltage or higher. As a result of detailed investigation of the mechanism of formation, it was confirmed that chloric acid was generated by electrolyzing chlorine ions under suitable conditions, and the chloric acid and hydrochloric acid supplied as a stock solution or chlorine produced by electrolysis It was confirmed that chlorine dioxide was produced by the next reaction with hydrochloric acid produced secondarily by the reaction with water, and the validity of this method was confirmed.
2HClO 3 + HCl → 2ClO 2 + HClO + H 2 O
Furthermore, as a result of repeated research to generate chlorine dioxide efficiently, the voltage applied between the anode and cathode per electrode pair is preferably 4 V or more, more preferably 8 V or more and less than 50 V in the diaphragm membrane electrolytic cell. It was also confirmed that it is more desirably 10V or more and less than 50V. Furthermore, the chlorine dioxide generation efficiency and the electrolysis operation are also closely related to the concentration of chlorine ions to be used. The desirable concentration is 2.5 mol concentration or less and 0.005 mol concentration or more, more desirably 1 mol concentration. It was also confirmed that the concentration was 0.005 molar concentration or higher, more desirably 1 molar concentration or lower and 0.03 molar concentration or higher. Furthermore, the chlorine ion solution should be a hydrochloric acid solution, a salt solution, or a mixed solution of hydrochloric acid and sodium salt to prevent the scale from adhering to the electrode surface during electrolysis. It was also confirmed that it is convenient because it does not contain a compound. Further, the diaphragm electrolyzer used in the present technology is configured such that the electrolytic stock solution enters from the bottom of the tank and flows upward, so that the anode is on the bottom and the cathode is on the top. In the tank where the electrode is placed in the upper and lower positions, or the electrolytic stock solution flows from the front of the tank toward the back, the electrode is moved back and forth so that the anode is at the front and the cathode is at the back. The anode and the cathode are separated by a water-impervious and non-conducting partition, branching into 2 in the middle, 1 is joined to the anode compartment, and the other is joined to the cathode compartment A supply means for the stock solution having the structure as described above, and a discharge means configured so that the electrolytic solution exiting from the anode compartment and the cathode compartment is finally united, etc. The chloric acid produced in step 1 reacts efficiently with hydrochloric acid without immediately reducing and disappearing In the, it was confirmed that the desirable to the generation of chlorine dioxide. Furthermore, the diaphragmless electrolytic cell is a so-called bipolar electrolytic cell in which at least one of the plurality of electrodes arranged inside the electrolytic cell is not directly connected to the power source. It was confirmed that the efficiency was excellent. Based on these confirmations, the present inventor has completed the present invention.
本発明の効果は、殺菌剤として優れた性質を持つ二酸化塩素を安全手軽にかつ安価に利用できる方法を提供することにより、pHに影響されず、有機物による殺菌力の低下も受けにくく、さらに有害なトリハロメタンの生成も抑えて効果的な殺菌を行うことを可能にすることにより、環境および人に対する影響を最小にした公衆衛生向上への寄与である。The effect of the present invention is that it is safe to use chlorine dioxide having excellent properties as a bactericidal agent at a low cost. This contributes to the improvement of public health by minimizing the impact on the environment and people by enabling effective sterilization while suppressing the production of trihalomethane.
本発明を実施するための最良の形態は、濃度が2.5モル濃度以下0.005モル濃度以上、より望ましくは1モル濃度以下0.005モル濃度以上、より一層望ましくは1モル濃度以下0.03モル濃度以上の濃度の塩素イオン溶液を、無隔膜電解槽で、電極一対当たりの陽極と陰極間に印加する電圧が4V以上で、より望ましくは8V以上50V未満で、より一層望ましくは10V以上50V未満の電圧で電解することである。さらに、該無隔膜電解槽が、電解原液が槽の下から入り上に向かって流れるように構成された槽内に、陽極が下に、陰極が上になるように、電極が上下の位置に配置されていることも最良の態様の一つである。さらにまた、該無隔膜電解槽が、電解原液が槽の手前から奥に向かって流れるように構成された槽内に、陽極が手前に、陰極が奥になるように、電極が前後の位置に配置されていることも最良の態様の一つである。さらにまた、該無隔膜電解槽が、不透水、不電導の隔壁で陽極と陰極が隔てられており、途中で2に枝分かれし、1が陽極隔室、他の1が陰極隔室に接合された構造の原液の供給手段を具備し、陽極隔室と陰極隔室を出た電気分解液が最後に合一されるように構成された排出手段を具備していることも最良の態様の一つである。さらにまた、該無隔膜電解槽が、電解槽内部に配置された複数の電極のうち、少なくとも1が、電源と直接結線されていない、いわゆる複極式電解槽であることも最良の態様の一つである。
次に本発明の理解をさらに深めるために、実施例を示して説明するが、これは本特許の範囲をこの実施例で限定する趣旨ではない。The best mode for carrying out the present invention is that the concentration is 2.5 molar concentration or less 0.005 molar concentration or more, more desirably 1 molar concentration or less 0.005 molar concentration or more, and even more desirably 1 molar concentration or less 0. The voltage applied between the anode and the cathode per electrode pair in a non-diaphragm electrolytic cell is a chlorine ion solution having a concentration of 0.03 molar or higher, more preferably 8 V or more and less than 50 V, and even more preferably 10 V. The electrolysis is performed at a voltage lower than 50V. Further, the diaphragm membrane electrolytic cell is configured so that the electrolytic stock solution enters from the bottom of the cell and flows upward, and the electrodes are positioned at the upper and lower positions so that the anode is on the lower side and the cathode is on the upper side. Arrangement is also one of the best modes. Furthermore, the diaphragm membrane electrolytic cell is configured so that the electrolytic stock solution flows from the front side of the bath toward the back side, and the electrodes are arranged at the front and rear positions so that the anode is at the front side and the cathode is at the back side. Arrangement is also one of the best modes. Further, the non-membrane electrolytic cell has an anode and a cathode separated by a water-impervious and non-conducting partition wall, branching into 2 in the middle, 1 being joined to the anode compartment and the other being joined to the cathode compartment. It is also one of the best modes that it comprises a supply means for the stock solution having the structure described above, and a discharge means configured so that the electrolysis solution exiting from the anode compartment and the cathode compartment is finally united. One. Furthermore, it is also one of the best modes that the diaphragmless electrolytic cell is a so-called bipolar electrolytic cell in which at least one of the plurality of electrodes arranged inside the electrolytic cell is not directly connected to the power source. One.
Next, in order to further deepen the understanding of the present invention, examples will be shown and described. However, this is not intended to limit the scope of this patent.
生成装置の一つを図1にブロック図で示した。電解槽4は次のように構成されている。電極は30mm×150mmのチタン平板を白金および酸化イリジウムで被覆したもの3枚を、それぞれ10mm間隔で平行に配置し、両端の2枚のみをそれぞれ電源5の陽極または陰極に接続してある。中央の電極12は電源と接続されていない。また電極と電極の間には整流板11が配置してあり、電極間の溶液の流れを一部分離している。電解槽の下部には塩酸溶液の導入手段3が、また、上部には電解液排出手段6が配置されている。装置の動作は次の通りである。塩酸溶液貯留手段1から定量ポンプ2によって一定量の塩酸溶液を電解槽4に連続的に供給する。電解槽4の電極には電源5から直流電流が供給される。このとき供給される電流は電流測定手段8で測定され、信号として制御手段9に伝送される。制御手段9は、予め指定された電流値と電流測定手段8で測定された実際の電流値を比較し、実際の電流値が不足の場合は塩酸溶液の供給量を増やし、過剰の場合は減らすように定量ポンプを制御し、電流値を一定状態になるように制御し、而して電解状態を一定に保つように構成されている。この装置で、塩酸濃度を1%、各電極間の電圧が12Vになるように、電源から電解槽に24Vの直流を供給し、電解電流値を2Aに設定し、電解を行った結果、32ppmの二酸化塩素を含んだ溶液が、毎分450mlの割合で連続的に得られた。One of the generation devices is shown in a block diagram in FIG. The electrolytic cell 4 is configured as follows. Three electrodes, each of which is a 30 mm × 150 mm titanium plate coated with platinum and iridium oxide, are arranged in parallel at intervals of 10 mm, and only two at both ends are connected to the anode or cathode of the power source 5, respectively. The
他の実施例を図2によって説明する。この実施例は電解槽および電解槽と電源との接続を除いて実施例1と同一の構成であるので図2には電源と電解槽のみを示した。電解槽の電極は30mm×200mmの電極板3枚を20mm間隔で平行に配置し、全部を端子棒で接続したものを1構成とし、2構成を上下の位置で、相互に長さ50mm分が、10mmの間隔で交互に平行に組み合わされるように配置し、下部の構成15が電源の陽極、上部の構成14が電源の陰極にそれぞれ接続されている。この装置で、塩酸濃度を1%、電極間に10Vの電圧を印可し、電解電流値を2Aに設定し、電解を行った結果、50ppmの二酸化塩素を含んだ溶液が、毎分450mlの割合で連続的に得られた。Another embodiment will be described with reference to FIG. Since this example has the same configuration as that of Example 1 except for the electrolytic cell and the connection between the electrolytic cell and the power source, only the power source and the electrolytic cell are shown in FIG. The electrodes of the electrolytic cell are arranged in parallel with three electrode plates of 30 mm × 200 mm at intervals of 20 mm, all connected by terminal rods as one configuration, and two configurations at the upper and lower positions, and a length of 50 mm. They are arranged so as to be alternately combined in parallel at intervals of 10 mm, and the
さらに他の実施例を図3によって説明する。この実施例は電解槽および電解槽と電源との接続を除いて実施例1と同一の構成であるので図3には電源と電解槽のみを示した。20は上面からの透視図、21は側面透視図である。陽極17、陰極16は、液の流れに対して平行にかつ上流下流にずらして設置してある。矢印18は液の流れの方を示している。この装置で、1モル食塩溶液を、電極間に15Vの電圧を印可し、電解電流値を1.5Aに設定し、電解を行った結果、20ppmの二酸化塩素を含んだ溶液が、毎分200mlの割合で連続的に得られた。Still another embodiment will be described with reference to FIG. Since this example has the same configuration as that of Example 1 except for the electrolytic cell and the connection between the electrolytic cell and the power source, only the power source and the electrolytic cell are shown in FIG. 20 is a perspective view from above, and 21 is a side perspective view. The
1 塩酸溶液貯留手段
2 定量ポンプ
3 塩酸溶液送液手段
4 電解槽
5 直流電源
6 電解液排出手段
7 電解液貯留手段
8 電流測定手段
9 制御手段
10 電源に接続された電極
11 整流板
12 電源に接続されない電極
13 電源
14 陰極構成
15 陽極構成
16 陰極
17 陽極
18 溶液の流れ
19 電源
20 電解槽上面からの透視図
21 電解槽側面からの透視図DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Hydrochloric acid solution storage means 2
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JP2003362568A JP2005087982A (en) | 2003-09-16 | 2003-09-16 | Method for producing chlorine dioxide-containing solution |
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Cited By (1)
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KR101909963B1 (en) * | 2017-04-04 | 2018-10-19 | 주식회사 프레시즘 | Apparatus for producing chlorine dioxide in system for producing sterilized water |
-
2003
- 2003-09-16 JP JP2003362568A patent/JP2005087982A/en active Pending
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