صنعت تولید هیپوکلریت

مقدمه

تولید هیپوکلریت ]1 [یکی از مهمترین فرایندهای الکتروشیمیایی است که از طریق الکترولیز محلول نمک انجام می‌شود. چارلز وات ]2 [اولین شیمیدانی بود که در سال 1851 کشف کرد که محلول‌های هیپوکلریت می ‌توانند با الکترولیز تولید شوند. پس از آن تولید الکترولیتی هیپوکلریت تا سال 1884 اجرایی نشد. از آن زمان به بعد تعدادی سل ساخته شده است اما واکنش ‌ها و اصول اولیه همان واکنش ‌های ثبت شده توسط وات بودند به طوری که الکترولیزرهایی ساخته شده فقط از نظر ساخت متفاوت بودند. برای تولید هیپوکلریت سدیم، فرآیند غیر دیافراگمی به عنوان بهترین گزینه در نظر گرفته شده است زیرا این امر مانع تخریب دیافراگم ‌های و از دست دادن انرژی می‌شود. یکی از مسائل مهم در تولید هیپوکلریت، استفاده از آندهای با پایداری ابعادی ]3 [و مقاوم به خوردگی در چگالی جریان‌های بالا است.

کاربرد

هیپوکلریت به عنوان ماده ضد عفونی قوی دارای کاربردهای خانگی، صنعتی و پزشکی است.

- سفید کننده و تمیزکننده

سفید کننده خانگی یک محلول حاوی 3 الی 8 درصد وزنی هیپوکلریت سدیم است. همچنین از آن در مواد شوینده لباس و به عنوان پاک کننده سطح استفاده می ‌شود. آلودگی‌ های آلی در معرض هیپوکلریت در آب حل و غیرفرار می ‌شوند که بوی آن را کاهش می ‌دهد و حذف آن را تسهیل می ‌کند.

- ضد عفونی

هیپوکلریت سدیم طیف گسترده ای از ویژگی ضد میکروبی خود نشان می‌ دهد و به طور گسترده‌ای در مراکز بهداشتی درمانی در محیط های مختلف مورد استفاده قرار می‌ گیرد.

- اندودنتیکس ]4 [

هیپوکلریت سدیم به دلیل اثر بخشی در برابر ارگانیسم های بیماریزا و هضم پالپ در بافت داخل دندان داروی انتخابی است. عمدتا در علم دندانپزشکی برای شست و شوی داخل کانال ریشه دندان، در مواردی نظیر برداشت لایه و بافت مرده، تمیز کردن و سفید کردن بافت سخت دندان، شست و شوی کانال های ملتهب لثه و در آخر به جهت جلوگیری از تغییر رنگ دندان ‌ها از هیپوکلریت سدیم استفاده می ‌شود.

- تصفیه فاضلاب

محلول هیپوکلریت سدیم باید برای تصفیه فاضلاب رقیق سیانید مانند آبکاری ضایعات استفاده می‌ شود. هیپوکلریت سدیم معمولاً به عنوان زیست کش ]5 [در کاربردهای صنعتی برای کنترل لجن و تشکیل باکتری در سیستم های آبی مورد استفاده در نیروگاه‌ها و کارخانه های تولید کاغذ استفاده می ‌شود.

فرایند تولید

هیپوکلریت از طریق الکترولیز محلول سدیم کلرید تولید می ‌شود. حمام توسط الکترودهای متعددی با فضای کم بین آنها (cm1)، که از طریق آنها محلول نمک برای گردش ایجاد می ‌شود، در محفظه تقسیم می شود. هر مجموعه از دو الکترود به یک سلول تبدیل می‌ شود.

- مکانیزم تولید هیپوکلریت

شماتیک مکانیزم تشکیل هیپوکلریت در شکل 1 نشان داده شده است. هنگامی که جریان مستقیم برق از محلول کلرید سدیم عبور می ‌کند، سدیم در کاتد و کلر در آند آزاد می‌ شوند. سدیم آزاد شده با یون ‌های هیدروکسیل در اثر تجزیه آب واکنش داده و تشکیل هیدرات سدیم می ‌دهد. هیدرات سدیم به نوبه خود با کلر ترکیب می شود و هیپوکلریت سدیم تشکیل می ‌شود. حداقل ولتاژ نظری مورد نیاز برای انجام واکنش 54/3 ولت است. محلول در سلول تقسیم نشده ]6 [ الکترولیز شده و محلول قلیایی NaOCl را تشکیل می‌دهد. به طور همزمان هیدروژن گازی تشکیل می ‌شود.

شکل 1- شماتیک تولید سدیم هیپوکلریت

واکنش ‌های جانبی همچون تصاعد گاز اکسیژن و تولید کلرات راندمان جریان سل را کاهش می ‌دهند. برای جلوگیری از اکسیداسیون هیپوکلریت به کلرات دو روش پیشنهاد شده است.

نخست الکترولیت در دمای بسیار پایین نگه داشته می‌ شود. دوم، لانژ پیشنهاد کرده است که هیدرات سدیم، کلسیم یا منیزیم به اندازه کافی برای جذب و استفاده از کلر اضافی که معمولاً در محلول های نمک الکترولیز شده وجود دارد، اضافه شود زیرا وجود کلر آزاد برای تبدیل هیپوکلریت به کلرات مطلوب است.

- آندهای مورد استفاده در هیپوکلریت

یکی از چالش‌های اساسی در تولید هیپوکلریت استفاده از آندهای دارای پایداری خواص مکانیکی و الکتروشیمیایی در جریان‌های بالا است. آندهای مخلوط اکسید فلزی (MMO) به عنوان یکی از بزرگترین پیشرفت ‌های حوزه الکتروشیمی در چند دهه اخیر شناخته شده‌اند. آندهای با پوشش اکسید رتینیوم روی زیرلایه تیتانیم اورپتانسیل تصاعد کلر که به عنوان اولین مرحله جهت تولید هیپوکلریت است را پایین می ‌آورند. این آندها باعث افزایش بهره‌ وری تولید هیپوکلریت می ‌شوند.

1.Hypochlorite

2. Charles Watt

3.Dimensionally Stable Anodes

4.Endodontics

5.Biocide

6.Undivided