Chlordioxid ist eine Chemische Verbindung mit der Formel ClO2. Dieses rötlich-gelbe Gas kristallisiert als orangefarbene Kristalle bei -59 °C. Als eines von mehreren Chloroxiden ist es ein starkes und nützliches Oxidationsmittel, das bei der Wasseraufbereitung und beim Bleichen verwendet wird.
Verwendungen
Hauptsächlich wurde Chlordioxid (>95%) zum Bleichen von Zellstoff verwendet, wird aber auch zum Bleichen von Mehl und zur Desinfektion von kommunalem Trinkwasser verwendet., Die Wasseraufbereitungsanlage in Niagara Falls, New York, verwendete erstmals 1944 Chlordioxid zur Trinkwasseraufbereitung zur Phenolzerstörung. Chlordioxid wurde 1956 als Trinkwasser-Desinfektionsmittel in großem Maßstab eingeführt, als Brüssel, Belgien, von Chlor zu Chlordioxid wechselte. Seine häufigste Verwendung in der Wasseraufbereitung ist als Voroxidationsmittel vor der Chlorierung von Trinkwasser, um natürliche Wasserverunreinigungen zu zerstören, die Trihalomethane bei Exposition gegenüber freiem Chlor produzieren., Trihalomethane sind krebserregende Desinfektionsnebenprodukte, die mit der Chlorierung von natürlich vorkommenden organischen Stoffen im Rohwasser verbunden sind. Chlordioxid ist auch Chlor überlegen, wenn es über pH7, in Gegenwart von Ammoniak und Aminen und/oder zur Kontrolle von Biofilmen in Wasserverteilungssystemen betrieben wird. Chlordioxid wird in vielen industriellen Wasseraufbereitungsanwendungen als Biozid einschließlich Kühltürmen, Prozesswasser und Lebensmittelverarbeitung verwendet. Chlordioxid ist weniger ätzend als Chlor und überlegen für die Kontrolle von Legionellenbakterien.,
Es ist wirksamer als Desinfektionsmittel als Chlor in den meisten Fällen gegen Wasser übertragene pathogene Mikroben wie Viren, Bakterien und Protozoen, einschließlich der Zysten von Giardia und die Oozysten von Cryptosporidium.
Der Einsatz von Chlordioxid in der Wasseraufbereitung führt zur Bildung des Nebenprodukts Chlorit, das in den USA derzeit auf maximal 1 ppm Trinkwasser begrenzt ist. Dieser EPA-Standard beschränkt die Verwendung von Chlordioxid in den USA auf relativ hochwertiges Wasser oder Wasser, das mit Gerinnungsmitteln auf Eisenbasis behandelt werden soll., (Eisen kann Chlorit zu Chlorid reduzieren.)
Es kann auch zur Luftdesinfektion verwendet werden und war das Hauptmittel bei der Dekontamination von Gebäuden in den Vereinigten Staaten nach den Milzbrandanschlägen von 2001. Vor kurzem, nach der Katastrophe des Hurrikans Katrina in New Orleans, Louisiana und der umliegenden Golfküste, wurde Chlordioxid verwendet, um gefährliche Schimmelpilze aus Häusern zu entfernen, die von Wasser durch massive Überschwemmungen überschwemmt wurden.,
Chlordioxid wird als Oxidationsmittel zur Phenolzerstörung in Abwasserströmen, zur Kontrolle von Zebra-und Quagga-Muscheln in Wassereinlässen und zur Geruchskontrolle in den Luftwäschern tierischer Nebenprodukte (Rendering) – Pflanzen verwendet.
Stabilisiertes Chlordioxid kann auch in einer Mundspülung zur Behandlung von oralen Erkrankungen und Malodor verwendet werden, seine nachteiligen Nebenwirkungen werden jedoch noch untersucht.
Zubereitung
Chlordioxid ist eine hochendotherme Verbindung, die sich bei Abtrennung von verdünnenden Substanzen extrem heftig zersetzen kann., Infolgedessen werden häufig Zubereitungsmethoden bevorzugt, bei denen Lösungen davon hergestellt werden, ohne eine Gasphasenstufe zu durchlaufen.
Im Labor wird ClO2 durch Oxidation von Natriumchlorit hergestellt:
2NaClO2 + Cl2 → 2ClO2 + 2 NaCl
Über 95% des weltweit produzierten Chlordioxids werden heute aus Natriumchlorat hergestellt und zum Zellstoffbleichen verwendet. Es wird mit hoher Effizienz hergestellt, indem Natriumchlorat in einer starken Säurelösung mit einem geeigneten Reduktionsmittel wie Salzsäure und Schwefeldioxid reduziert wird., Die Reaktion von Natriumchlorat mit Salzsäure verläuft in einem Reaktor über den folgenden Weg:
HClO3 + HCl → HClO2 + HOCl
HClO3 + HClO2 → 2ClO2 + Cl2 + 2H2O
HOCl + HCl → Cl2 + H2O
Ein viel kleiner, aber wichtiger Markt für Chlordioxid ist für den Einsatz als Desinfektionsmittel. Seit 1999 wird ein wachsender Anteil des weltweit für die Wasseraufbereitung und andere kleine Anwendungen hergestellten Chlordioxids unter Verwendung der Chlorat -, Wasserstoffperoxid-und Schwefelsäuremethode hergestellt, die ein chlorfreies Produkt mit hoher Effizienz herstellen kann.,fection Anwendungen wurde durch eine von drei Methoden unter Verwendung von Natriumchlorit oder die Natriumchlorit – Hypochlorit – Methode gemacht:
2NaClO2 + 2HCl + NaOCl → 2ClO2 + 3NaCl + H2O
oder die Natriumchlorit-Salzsäure-Methode:
5NaClO2 + 4HCl → 5NaCl + 4ClO2 + 2H2O
Alle drei Natriumchlorit-Chemiker können Chlordioxid mit hohem Chlorit-Gehalt produzieren.Umwandlungsausbeute, aber im Gegensatz zu den anderen Verfahren erzeugt das Chlorit-HCl-Verfahren vollständig chlorfreies Chlordioxid, leidet jedoch unter dem Bedarf an 25% mehr Chlorit, um eine äquivalente Menge Chlordioxid zu erzeugen.,
Sehr reines Chlordioxid kann auch durch Elektrolyse einer Chloritlösung hergestellt werden:
2NaClO2 + 2H2O → 2ClO2 + 2NaOH + H2
Hochreines Chlordioxidgas (7,7% in Luft oder Stickstoff) kann durch das Gas hergestellt werden: Feste Methode, die verdünntes Chlorgas mit festem Natriumchlorit reagiert.
2NaClO2 + Cl2 → 2ClO2 + 2NaCl
Diese Prozesse und einige geringfügige Abweichungen wurden überprüft.
Handhabungseigenschaften
Bei Konzentrationen von mehr als 15% Volumen in der Luft bei STP zersetzt sich ClO2 explosionsartig in Chlor und Sauerstoff. Die Zersetzung wird durch Licht ausgelöst., Somit wird es nie in konzentrierter Form gehandhabt, sondern wird fast immer als gelöstes Gas in Wasser in einem Konzentrationsbereich von 0,5 bis 10 Gramm pro Liter verwendet. Seine Löslichkeit nimmt bei niedrigeren Temperaturen zu: Es ist daher üblich, gekühltes Wasser (5 °C oder 41 °F) zu verwenden, wenn es in Konzentrationen über 3 Gramm pro Liter gelagert wird. In vielen Ländern wie den USA darf Chlordioxidgas in keiner Konzentration transportiert werden und wird fast immer am Einsatzort mit einem Chlordioxidgenerator hergestellt., In einigen Ländern kann Chlordioxidlösung unter 3 Gramm pro Liter Konzentration auf dem Landweg transportiert werden, sind jedoch relativ instabil und verschlechtern sich schnell.
Stabilisiertes Chlordioxid
Eine Reihe von Produkten wird als „stabilisiertes Chlordioxid“ (SCD) vermarktet. Die meisten dieser Lösungen enthalten eigentlich kein Chlordioxid, sondern bestehen aus Lösungen von gepuffertem Natriumchlorit. Eine schwache Säure kann zu SCD hinzugefügt werden, um sie zu“ aktivieren “ und Chlordioxid in situ ohne Chlordioxidgenerator herzustellen., Stabilisiertes Chlordioxid wird als Breitbanddesinfektionsmittel und antimikrobielles Mittel verwendet; Diese Form von Chlordioxid wird derzeit gegen bakterielle und virale Ausbrüche wie MRSA, Legionellen und Norovirus eingesetzt Die Verwendung von SCD ist wirksam, wenn der Bedarf an Chlordioxid gering ist und Verunreinigungen wie geringe Mengen Natrium toleriert werden können. Für Anwendungen, die über 5 kg Tag-1 ClO2 erfordern, ist Chlordioxid, das von einem Generator entweder mit Natriumchlorit oder Natriumchlorat erzeugt wird, typischerweise wirtschaftlicher.,
Elektronische Struktur
Das Molekül ClO2 hat eine ungerade Anzahl von Valenzelektronen und ist daher ein paramagnetisches Radikal. Seine elektronische Struktur hat Chemiker seit langem verblüfft, weil keine der möglichen Lewis-Strukturen sehr zufriedenstellend ist. 1933 schlug L. O. Brockway eine Struktur vor, die eine Drei-Elektronen-Bindung beinhaltete. Pauling entwickelte diese Idee weiter und kam zu zwei Resonanzstrukturen, die eine Doppelbindung auf der einen Seite und eine einzelne Bindung plus Dreielektronenbindung auf der anderen Seite beinhalteten., Aus Paulings Sicht sollte die letztere Kombination eine Bindung darstellen, die etwas schwächer ist als die Doppelbindung. In der molekularen Orbitaltheorie ist diese Idee üblich, wenn das dritte Elektron in einem Anti-Bonding-Orbital platziert wird. Spätere Arbeiten haben bestätigt, dass der HOMO tatsächlich ein unvollständig gefülltes Orbital ist.,
| Hazard: | Flammable – | Will not explode |
| Classification: | Health – | Extremely toxic |
| Oxidizing – | Oxidizing agent | |
| Synonyms: | Anthium Dioxide, Chlorine Oxide, Chlorine Peroxide | |
| Exposure limits: | (OSHA) | PEL\TWA: 0.1 ppm |
| (ACGIH) | STEL: 3 ppm. | |
| (OSHA) | IDLH: 30 ppm / 30 min., | |
| Industries: | Pulp and Paper Mills, Waste Water Treatment Plants |
Effects of Various CLO2 Levels
| Chlorine Dioxide Level in PPM | Resulting Conditions on Humans |
| .1 | Odor threshold and Permissible Exposure Limit (PEL). |
| .25 | Worsen exciting mild respiratory ailments |
| .,3 | Kurzzeitexposition (STEL) |
| 5 | 5 Deutliche Reizung der Atemwege Unmittelbar lebens-und gesundheitsgefährdend (IDLH) |
| >5 | Reizung von Augen, Nase und Rachen; Husten; Keuchen; Atemnot; Bronchitis; Lungenödem; Kopfschmerzen; Erbrechen. |