化学 



次氯酸 

IUPAC名称 : 次氯酸,氯(I)酸,氯醌,羟基氯 
其他名称 : 次氯酸氢,氢氧化氯,电解水,电解氧化水,电激活水 
CAS编号 : 7790-92-3
摩尔质量 : 52.46 g/mol
分子式 : HOCl
外形 : 无色水溶液 
在水中的溶解度 : 易溶 
酸度 : 7.53


电解 

在化学和制造业中,电解是一种使用直流电流(DC)驱动其他非自发化学反应的技术。 电解作为从天然来源分离特定元素的方式,有很重要的商业价值。 氯化钠(NaCl)和水(H 2 O)的电解可用于产生次氯酸。 Michael Farraday在19世纪30年代制定电解法时首先解释了电解技术。 在盐水溶液中通过两个电极传导电流可能产生氯气, 次氯酸钠(漂白剂或NaOCl),次氯酸,氢氧化钠,氢气,臭氧和痕量其他新生氧化剂。 

电解的关键过程是通过从外部电路去除或添加电子来交换原子和离子。 在浸入电解质中的一对电极上施加电势。每个电极吸引具有相反电荷的离子。 带正电的离子(阳离子)向提供电子的(负)阴极移动。带负电荷的离子(阴离子)向提取电子的(正)阳极移动。 在化学中,电子损失称为氧化,而电子得到称为还原。 

例如,制造次氯酸的第一步是盐水卤水电解生产氢气和氯气,产品是气态的。 这些气体产物从电解质中起泡并被收集起来。 

2 NaCl(s) + 2 H20(l) → 2 NaOH(aq) + H2(g) + Cl2(g)



膜电池技术 

膜电解电解的化学 Chemistry of Membrane Cell Electrolysis

离子交换膜由仅允许正离子通过的聚合物制成。 这意味着只有来自氯化钠溶液的钠离子可以穿过膜,而不是氯离子。 这样做的好处是在右侧隔室中形成的氢氧化钠溶液不会被任何氯化钠溶液污染。 所使用的氯化钠溶液必须是纯净的。如果含有任何其他金属离子,它们也会穿过膜,并因此污染氢氧化钠溶液。 

氢在阴极产生 :
2H+(aq) + 2e- → H2(g)

氢氧化钠在阴极产生 :
Na+(aq) + OH-(aq) → NaOH(aq)

氯在阳极生成 :
2Cl-(aq) - 2e- → Cl2(g)

由于反应,它会被一些氧气污染 :
4OH-(aq) - 4e- → 2H2O(l) + O2(g)

向水中加入氯使盐酸(HCl)和次氯酸(HOCl) :
Cl2(g) + H2O ⇌ HOCl(aq) + HCl(aq)
Cl2(g) + 4 OH− ⇌ 2 ClO-(aq) + 2 H2O(l) + 2 e−
Cl2(g) + 2 e− ⇌ 2 Cl-(aq)

pH值可以指示存在于水溶液中的游离氯物质的种类。 在5-6的pH下,氯物质几乎是100%次氯酸(HOCl)。 当pH值降至5以下时,它开始转化为Cl2(氯气)。高于6的pH值时,它开始转变为次氯酸根离子(OCl-)。 
游离氯的pH值 Free Chlorine pH

“次氯酸是一种弱酸(pKa约为7.5),意味着它轻微地解离氢和次氯酸根离子,如方程式所示:“ : HOCl ⇌ H+ + OCl-

在pH 6.5和8.5之间,这种解离是不完全的,并且HOCl和OCl-物质都存在一定程度。 低于6.5的pH值时,不发生HOCl的解离,而高于8.5的pH时,完全解离成OCl-。 

由于HOCl的杀菌效果远高于OCl-,所以优选在较低pH下氯化。 次氯酸(HOCl)的杀菌效率远高于次氯酸根离子(OCl-)的杀菌效率。 如上所述,HOCl和OCl-之间的氯物质的分布由pH决定。 

因为HOCl在低pH下占优势,所以氯化在低pH下提供更有效的消毒。 在高pH值时,OCl占主导地位,导致消毒效率降低。 



细菌失活 

氯对于灭活细菌是非常有效的消毒剂。 在20世纪40年代进行的一项研究调查了大肠杆菌,铜绿假单胞菌,伤寒沙门氏菌和志贺氏痢疾杆菌灭活水平随时间的变化  (Butterfield et al., 1943). 研究结果表明HOCl比OCl更有效地灭活这些细菌。 这些结果已经被若干研究人员证实,其结论是HOCl比OCl有效70-80倍用于灭活细菌  (Culp/Wesner/Culp, 1986). 自1986年以来,已有数百篇出版物证实了HOCl优于OCl- (访问研究数据库 ).

最大的挑战是在接近中性的pH值下产生次氯酸而不是氯气或次氯酸盐,并且以稳定的形式进行。 次氯酸是一种亚稳态分子。它想要恢复到盐水或转化为次氯酸盐。 



单细胞技术 

最大的进步之一是单细胞技术的发展,此技术允许产生单一游离氯流而不产生氢氧化钠(NaOH)副产物。 这项技术的发展为发展更加稳定的次氯酸溶液创造了条件,同时也可以更好地控制所产生的游离氯的pH值。 由于水的pH值由于来自世界各地而不同, 改变盐水的pH可以更好地控制也就可以更好产生pH5和7之间的游离氯溶液,该溶液以次氯酸(HOCl)为主。 

单细胞电解的化学原理 

阳极反应 :
2Cl-(l) → Cl2(g) + 2e-

阴极反应 :
2H2O(l) + 2e- → H2(g) + 2OH- (aq)

游离氯生成 :
Cl2 (g) + H2O → HOCl + HCl
Cl2 (g) + 2OH-(aq) → OCl- (aq) + Cl-(aq) + H2O(l)

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