Natriumchlorit

Hintergrund

Natriumchlorit ist eine Verbindung zur Wasserdesinfektion und -reinigung. Es wird in großen Mengen als Flocken oder als Lösung aus Chlordioxid und Natronlauge hergestellt. Seine Verwendung als Bleichmittel für Textilien wurde erstmals in den 1920er Jahren entdeckt. Heute ist Natriumchlorit eine wichtige Spezialchemikalie mit einem Jahresumsatz von über 18 Millionen US-Dollar.

Im getrockneten Zustand ist Natriumchlorit (NaClO ₂ ) ist ein weißer oder hellgelbgrüner Feststoff. Die grünliche Tönung kommt von Spuren von CdO2 oder Eisen, die Produktionsrückstände sind. Natriumchlorit hat ein Molekulargewicht von 90,44 und zersetzt sich bei etwa 392 °F (200 °C). Es ist im Allgemeinen in Wasser löslich, aber seine Löslichkeit nimmt mit steigender Wassertemperatur zu. Natriumchlorit ist ein starkes Oxidationsmittel, das beim Schlagen nicht explodiert. Das wasserfreie Salz nimmt kein Wasser auf und ist bis zu zehn Jahre haltbar.

Natriumchlorit wird für eine Vielzahl von Anwendungen verwendet. Es wird als Desinfektions- und Reinigungschemikalie für Wasser verwendet. Es wird auch als Textilbleichmittel und Wasser-Antifoulingmittel verwendet. Darüber hinaus wird es in der Papier- und Elektronikindustrie als Bleichmittel verwendet.

In einer sauren Lösung zersetzt sich Natriumchlorit in Chlordioxid. Wenn es einer kommunalen Wasserversorgung zugesetzt wird, hilft Chlordioxid, unerwünschten Geschmack und Geruch zu kontrollieren. Es hilft auch bei der Entfernung von Ionen wie Eisen und Mangan. Ein zusätzlicher Vorteil besteht darin, dass es hilft, Trihalogenmethane im Trinkwasser zu eliminieren.

Als Textilbleichmittel ist Natriumchlorit mit verschiedenen Fasern wirksam. Es kann auf Baumwolle verwendet werden, Bastfasern und synthetische Fasern wie Nylon, Perlon, Dralon und Rhovyl. Es hat eine oxidierende Wirkung auf viele der natürlichen Wachse und Pektine, die in Cellulosefasern enthalten sind. Es hilft, sie zu solubilisieren und macht die Faser gleichmäßiger und bearbeitbarer. Es hat den zusätzlichen Vorteil, dass es natürliche Farbsubstanzen zerstört, ohne die Fasern selbst anzugreifen. Dies macht es nützlich, um dauerhaft weiße Stoffe herzustellen, ohne die Zugfestigkeit zu beeinträchtigen.

Natriumchlorit wird auch für verschiedene industrielle Anwendungen verwendet. Es kontrolliert die mikrobielle Kontamination in industriellen Kühlsystemen und Türmen. Es wird in industriellen Ammoniakanlagen anstelle von Chlor verwendet, da es mit Ammoniak nicht negativ reagiert. Da es sich um ein Oxidationsmittel handelt, ist es häufig Bestandteil von Rauchgaswäschersystemen. Lebensmittel verarbeitende Unternehmen verwenden es zum Waschen von Obst und Gemüse, da es ein Fungizid ist. Fleisch und Geflügel werden ebenso mit einer Lösung gewaschen wie Geräte zur Lebensmittelverarbeitung. Schließlich ist es ein Mittel gegen Schimmel in Waschmittelzusammensetzungen und wurde in Zahnpasta- und Kontaktlinsenlösungen verwendet.

Verlauf

Die Entwicklung von Natriumchlorit als Industriechemikalie begann 1921, als E. Schmidt feststellte, dass sich Cellulosefasern mit Chlordioxid reinigen lassen, ohne dass sie nennenswert geschädigt werden. Leider ist Chlordioxidgas in hohen Konzentrationen extrem explosiv. Diese Entdeckungen veranlassten die Forscher, nach sicheren und wirtschaftlichen Wegen zu suchen, Chlordioxid für Bleichzwecke bereitzustellen. Das erste Unternehmen, das zu diesem Zweck Natriumchlorit einführte, war die Mathieson Chemical Corporation.

1960 wurde Natriumchlorit zum Standardmaterial für kontinuierliche Bleichvorgänge in den Vereinigten Staaten und ersetzte Wasserstoff. In den folgenden Jahren wurden andere Verwendungen für Natriumchlorit entdeckt.

Rohstoffe

Die wichtigsten Rohstoffe für die Herstellung von Natriumchlorit sind Chlordioxid, Natriumhydroxid und Wasserstoffperoxid. Chlordioxid ist bei Raumtemperatur ein Gas. Seine Farbe ist intensiv grünlich-gelb. Chlordioxid ist die Quelle für Chlor, das in Natriumchlorit umgewandelt wird. In der Produktion wird es als flüssige Lösung in emaillierten Stahlbehältern gelagert.

Natriumhydroxid ist ein geschmolzener Feststoff mit einer kristallinen Struktur. Auch als Ätznatron bekannt, ist es ätzend für Haut und Pflanzengewebe und verursacht schwere Verbrennungen. Es wird typischerweise durch Elektrolyse von Natriumchloridlösungen hergestellt. Wasserstoffperoxid ist eine farblose Flüssigkeit, die ätzend und bitter im Geschmack ist. Reines H2 02 ist eine dicke, sirupartige Flüssigkeit, die sich schnell in Sauerstoff und Wasser zersetzt. In der Natur kommt es nur in Spuren bei Schnee oder Regen vor. Es entsteht auf natürliche Weise bei Gewittern. Es wird typischerweise in verdünnten Lösungen bei der Herstellung von Natriumchlorit verwendet.

Andere Materialien werden typischerweise zu Natriumchloritpulvern oder -lösungen hinzugefügt, bevor sie verkauft werden. Kommerzielle Natriumchlorit-Bleichlösungen enthalten spezielle Inhaltsstoffe wie Korrosionsschutzmittel, Puffermittel, Chlordioxid-Dämpfe und Tenside. Korrosionsschutzmittel werden verwendet, um die Korrosion von Bleichgeräten aus Edelstahl zu verhindern. Puffersalze helfen dabei, das beim Bleichen entstehende Chlordioxid freizusetzen. Tenside helfen, Lösungen zu stabilisieren und ermöglichen Reinigungs- und Penetrationseffekte. Stabilisierte Natriumchlorit-Lösung kann ohne Aktivitätsverlust über lange Zeiträume gelagert werden. Wenn Natriumchlorit als Feststoff verkauft wird, ist oft Natriumchlorid enthalten, um die Handhabung und Lagerung sicherer zu machen.

Der Herstellungsprozess

Während eine Vielzahl von Chloriten erhältlich ist, ist Natriumchlorit das einzige kommerziell hergestellte. Es wird in Lösung oder als Feststoff verkauft. Die technische Qualität besteht zu etwa 80 % aus Natriumchlorit, der Rest aus Natriumchlorid. Die großtechnische Produktion basiert auf einer Reaktion von Chlordioxid in einer Natronlauge. Als Reduktionsmittel ist auch Wasserstoffperoxid vorhanden. Natriumchlorit wird in drei Phasen hergestellt, der Chlordioxid-Produktion, der Natriumchlorit-Erzeugung und der Rückgewinnung.

Chlordioxidproduktion

• 1 Während es fünf Hauptmethoden zur Erzeugung von Chlordioxid gibt, ist die gebräuchlichste das Hooker R-2-Verfahren, das Chlordioxid aus Natriumchlorat erzeugt. Während der Herstellung werden sowohl Natriumchlorat- als auch Natriumchlorid-Lösungen in ungefähr gleichen Verhältnissen in ein Reaktionsgefäß gepumpt. Der Reaktion wird auch konzentrierte Schwefelsäure zugesetzt. Als nächstes wird Luft in den Boden des Behälters geblasen, um eine schnelle Bewegung und Verdünnung des produzierten Chlordioxids zu bewirken. Dabei entstehen sowohl Chlordioxid als auch Chlorgas.
• 2 Diese Gase werden aus dem Reaktionsgefäß abgeschieden. Das Chlordioxid wird abgetrennt, indem es in einem herkömmlichen Wasserkühlturm absorbiert wird. Das Chlorgas wird durch Trenntürme geleitet und als Natrium- oder Calciumhypochlorit aufgenommen. Dieses Verfahren erzeugt eine Chlordioxidausbeute von etwa 95 %.

Bildung von Natriumchlorit

• 3 Das Chlordioxidgas wird in einen Behälter gepumpt, der eine gekühlte, zirkulierende Natriumhydroxidlösung enthält. Diese Verbindungen reagieren zu ungefähr gleichen Mengen zu Natriumchlorit und Natriumchlorat. Außerdem werden Wasser und Sauerstoff erzeugt. Um die Natriumchloratproduktion zu minimieren, wird ein Reduktionsmittel zugesetzt. Typischerweise wird Wasserstoffperoxid verwendet, obwohl auch Natriumperoxid und Natriumamalgam verwendet werden können. Dieser Schritt wird genau überwacht, da Natriumchlorat im Endprodukt höchst unerwünscht ist.

Isolierung und Reinigung

• 4 Obwohl Schritte unternommen werden, um seine Produktion zu minimieren, muss Natriumchlorat noch reduziert werden, bevor das Natriumchlorit verwendet werden kann Eine chemische Reaktion, die Natriumchlorit erzeugt. isoliert werden. Dies wird durch Zugabe von zusätzlichem Wasserstoffperoxid erreicht.
• 5 Die verbrauchte reaktive Lösung wird dann durch einen fraktionierten Kristallisationsturm gepumpt, um das Natriumchlorit zu reinigen. Dieses Verfahren nutzt die großen Löslichkeitsunterschiede zwischen dem Chlorit und anderen verwandten Salzen, die gebildet werden können. Nach der Reinigung wird die Natriumchloritlösung eingedampft und im Trommeltrockner getrocknet. Wenn ein wasserfreies (wasserfreies) Produkt gewünscht wird, wird das verdampfte Pulver mit Wasser bei 100 °F (38 °C) vermischt. Die Lösung wird gesättigt und auf 77 °F (25 °C) abgekühlt. Dabei kristallisiert das wasserfreie Salz spontan aus der Lösung. Ein dampfbeheizter Drehtrommeltrockner wird verwendet, um die Kristalle zu isolieren, was zu Flocken oder einem feinen Pulver führt. Gelegentlich sind mehrere Trocknungsschritte erforderlich.
• 6 Das wasserfreie Salz kann dann in Pulver, Granulat oder eine Lösung umgewandelt werden. Granulate werden häufiger verwendet, da sie sicherer sind, mit geringeren toxischen Risiken und Brandgefahren verbunden sind und eine homogene Zusammensetzung erzeugt werden kann. Mit typischen Methoden kann die Partikelgröße des Granulats genau kontrolliert werden. Vor dem Verpacken wird festes Natriumchlorit mit Natriumchlorid vermischt, um die Handhabung sicherer zu machen.
• 7 Lösungen werden durch Mischen von pulverisiertem Natriumchlorit mit verschiedenen Korrosionsschutzmitteln, Puffermitteln und Tensiden in einem Mischbehälter hergestellt. Diese Lösungen werden für kommerzielle Bleichprozesse verwendet und können extrem stabil formuliert werden.
• 8 Je nach Endverwendung wird Natriumchloritlösung in Kunststoffbehälter, Fässer, Transporttanks und Tankwagen verpackt. In den Vereinigten Staaten wird pulverisiertes oder flockiges Natriumchlorit in ausgekleideten Fässern versandt. Der Massentransport des Feststoffs ist aus Sicherheitsgründen nicht erlaubt.

Qualitätskontrolle

Um die Qualität des produzierten Natriumchlorits zu gewährleisten, wird der Produktionsprozess in jeder Phase überwacht. Sowohl die Ausgangsrohstoffe als auch das Endprodukt werden einer Vielzahl chemischer und physikalischer Tests unterzogen, um sicherzustellen, dass sie die geforderten Spezifikationen erfüllen. Zu den häufig getesteten Eigenschaften gehören Aussehen, Geruch, pH-Wert, Dichte, spezifisches Gewicht und Schmelzpunkt. Wenn das Endprodukt eine Lösung ist, wird seine chemische Aktivität getestet, um sicherzustellen, dass es die richtige Konzentration hat. Bei festen Granulaten wird die Partikelgröße bestimmt und bei Bedarf modifiziert.

Nebenprodukte/Abfälle

Bei der Herstellung von Natriumchlorit entstehen einige unerwünschte Nebenprodukte wie Chlordioxid, die nicht in die unmittelbare Umgebung abgegeben werden können. Konzentrierte Chlordioxiddämpfe sind giftig und verursachen Übelkeit, Appetitverlust und Übelkeit bei den Anlagenbetreibern. In der Produktionsanlage ist die Zirkulation von Frischluft unerlässlich. Das Chlordioxidgas ist außerdem stark korrosiv. Aus diesem Grund müssen Natriumchloritlösungen in speziell beschichteten Behältern gelagert werden. Typischerweise werden Materialien wie Glas, Porzellan, einige Kunststoffe oder Steingut verwendet. Titan ist das widerstandsfähigste Metall, das heute verwendet wird. In der Textilindustrie werden molybdänlegierte Edelstähle zur Lagerung der Natriumchlorit-Bleichlösungen verwendet.

Die Zukunft

Mit zunehmenden Anwendungen von Chlordioxid werden derzeit Verbesserungen in der Natriumchlorit-Produktion untersucht. Die Natriumchlorit-Forschung konzentriert sich darauf, die Umweltbelastung durch Bleichsysteme zu reduzieren und schnellere und kostengünstigere Produktionsmethoden zu finden. Von formulierenden Chemikern werden ständig neue Bleichformulierungen entwickelt.