采用納米球?qū)Χ趸任张c釋放的控制技術(shù)

吳予奇++張流波++孫亞平

【摘 要】二氧化氯是廣譜高效的消毒劑，傳統(tǒng)產(chǎn)品是現(xiàn)場活化而產(chǎn)生二氧化氯；這種現(xiàn)場活化的產(chǎn)品，在生產(chǎn)、存儲、運輸、使用過程中均存在不安全風(fēng)險。近年，二氧化氯氣體直接溶存于水中，通過添加穩(wěn)定劑成為無需活化直接使用產(chǎn)品，雖然去除了不安全的風(fēng)險，也帶來了使用的方便性，但是穩(wěn)定劑的添加，降低了溶液純度，制約了產(chǎn)品在較高端領(lǐng)域的使用。采用納米球直接對二氧化氯氣體吸收，通過控制再進行釋放，不但無任何添加劑與活化，而且體積小容量大，使用方便。

【關(guān)鍵詞】二氧化氯 納米球吸收與釋放 消毒

二氧化氯是一種黃色氣體，具有強氧化性，能夠很好地氧化分解有機物和無機物，起到殺菌消毒除異味漂白保鮮的作用，是目前化學(xué)消毒劑中最理想的消毒劑之一。由于二氧化氯易揮發(fā)的特性，使二氧化氯在生產(chǎn)、流通、儲存、使用過程中，難以作為長年保質(zhì)期產(chǎn)品進行商品化流通。雖然有見專利可查到的能夠使二氧化氯保質(zhì)期能維存在二個月至十二個月的時間內(nèi)，但是添加能夠使二氧化氯維存時間的穩(wěn)定劑較多；這些較多的穩(wěn)定劑添加，雖然一方面使二氧化氯保質(zhì)期能夠維存在二個月至十二個月的時間內(nèi)，但是另一方面，這些較多的穩(wěn)定劑同二氧化氯混合在一起，在殺菌消毒時，會干擾和降低殺菌消毒效果，還會產(chǎn)生副產(chǎn)物殘留而起到負面作用。

我們在長年對二氧化氯研究實踐中，掌握了應(yīng)用納米球?qū)Χ趸葰怏w進行吸收與釋放的控制技術(shù)。這種控制技術(shù)是，釆用谷康納米炭化球?qū)Χ趸葰怏w進行吸附，用氟樹脂容器進行保存，用壓差技術(shù)進行釋放，達到二氧化氯作為單一的成份，進行吸附后長期保存，在需要時，啟動壓差開關(guān)，將吸附保存的二氧化氯氣體進行可控的釋放，起到空氣消毒和除異味的作用；同時，由于谷康納米炭化球具有降解性，還可以對水環(huán)境消毒和土壤環(huán)境進行修復(fù)。

本控制技術(shù)中二氧化氯的產(chǎn)生，是通過人們已經(jīng)共知的通過亞氯酸鈉和鹽酸進行反應(yīng)而獲取的二氧化氯氣體，其反應(yīng)方程式為：5NaClO2+4HCl=4ClO2+NaCl+2H2O

本控制技術(shù)中采用的吸附材料，是在高壓下相變和形變而形成的多壁納米碳管，包括選用聚對苯二甲酸乙二醇酯多壁納米碳管（聚對苯二甲酸乙二醇酯在高壓下相變和形變而形成）；包括選用谷康多壁納米碳管（谷康：農(nóng)作物中谷子的外殼在高壓下相變和形變而獲?。?；選用二種多壁納米碳管的直徑應(yīng)分別在6.5nm～8.5nm；多壁納米碳管在1～1.5個大氣壓下吸附氣體分子能力在9000ppm～10000ppm以上。

本控制技術(shù)中對吸附后的多壁納米碳管進行保存的容器材料是氟樹脂，氟樹脂材料容器具有承受6個大氣壓的持久抗力；為了充分說明選用的多壁納米碳管，是如何吸收與釋放二氧化氯氣體的，選用谷康多壁納米碳管做吸收與釋放的驗證如下：

1 驗證的第一步：獲取二氧化氯氣體

二氧化氯氣體的獲取，是使用符合國標GB/T20621-2006的二氧化氯發(fā)生器，是通過人們已經(jīng)共知的亞氯酸鈉NaClO2和鹽酸HCl進行反應(yīng)而獲取的二氧化氯氣體，其反應(yīng)方程式為：5NaClO2+4HCl=4ClO2+5NaCl+2H2O

2 驗證的第二步：儲罐準備和氣體的儲存

2.1 儲存二氧化氯氣體的儲罐準備

使用PVC抗氧化儲罐，儲罐體積應(yīng)不小于1個立方米（1個立方米儲罐最大儲存二氧化氯氣體在20000 ppm），儲罐左側(cè)上端設(shè)有正壓送風(fēng)孔口，儲罐右側(cè)設(shè)有負壓出氣孔口，儲罐上側(cè)設(shè)有二氧化氯氣體導(dǎo)入孔口，儲罐左側(cè)下端設(shè)有二氧化氯氣體濃度在線檢測端子接入孔口。儲存二氧化氯氣體的儲罐如圖1所示。

2.2 儲罐儲存二氧化氯氣體

利用二氧化氯氣體氣溢性強的特點，使用PVC膠管，將PVC膠管的一端同二氧化氯發(fā)生器出氣端口連接，將PVC膠管的另一端同儲罐上側(cè)設(shè)有的二氧化氯氣體導(dǎo)入孔口連接，將驗證第一步中獲取的二氧化氯氣體，通過PVC膠管導(dǎo)入到準備好的儲罐內(nèi)。儲存二氧化氯氣體如圖2所示。

3 驗證的第三步：多壁納米碳管對二氧化氯氣體的吸收

3.1 二氧化氯氣體吸收倉的準備

同樣使用PVC抗氧化膠板，制做一個同圖1相同體積的儲罐，在儲罐的右下側(cè)設(shè)有直徑不少于10cm的圓孔，園孔上設(shè)有直徑不少于15cm帶彈性壓力并且可以旋動的PVC圓板，彈性壓力作用下，使PVC圓板在封閉圓孔時，做到吸收倉內(nèi)的氣體不能泄露；這個圓孔起到放入和拿出多壁納米碳管的作用。在儲罐的上側(cè)設(shè)有二氧化氯氣體導(dǎo)入孔口，供二氧化氯氣體導(dǎo)入使用；在儲罐的左側(cè)上方設(shè)有對大氣壓儀表連接固定的孔口，供連接固定大氣壓儀表使用；在儲罐的左側(cè)下方設(shè)有對吸收倉進行空氣抽真空的孔口，供空氣抽真空時使用；二氧化氯氣體吸收倉如圖3所示。

3.2 二氧化氯氣體吸收量檢驗輔助儀器的準備

選用ZE-1033型內(nèi)抽式空氣抽真空機一臺，作用是除去氣體吸收倉內(nèi)氧氣與空氣中各種氣體，使氣體吸收倉在真空條件時進行二氧化氯氣體的進入，在此倉內(nèi)環(huán)境下計算多壁納米碳管吸收二氧化氯氣體的量；選用AWH-0-30型高精密微計量電子稱一臺，作用是對吸收二氧化氯氣體前后的多壁納米碳管進行稱重，以此計算出多壁納米碳管吸收二氧化氯氣體的重量；選用MOT500-II型二氧化氯氣體濃度在線檢測儀一臺，作用是對吸收倉內(nèi)二氧化氯氣體濃度進行時實檢測顯示（二氧化氯氣體濃度檢測儀設(shè)定高限值濃度為20000ppm，低限值濃度為18000 ppm，當達到20000ppm時則自動停止工作，當達到18000ppm時則自動開始工作）；選用ZZFJ280-1型正壓送風(fēng)機一臺，作用是對吸收倉在吸收完畢二氧化氯氣體時，對吸收倉正壓壓入，在正壓的壓力下將吸收倉內(nèi)的二氧化氯氣體跟隨負壓通過負壓孔口進入到圖3儲罐內(nèi)。

4 多壁納米碳管對二氧化氯氣體的吸收方法與驗證方法

4.1 吸收方法準備

將圖2和圖3所準備的二個儲罐置放在一起，使用PVC抗氧化膠管對各孔口進行連接固定，具體連接固定方式是：圖2中8孔口同圖3中2孔口連接固定；將大氣壓儀表連接固定在圖3中3孔口；將內(nèi)抽式空氣抽真空機連接固定在圖3中4孔口；將圖2中2孔口通過圖2中3膠管同圖2中4孔口連接固定；將正壓送風(fēng)機連接固定在圖2中6孔口；將二氧化氯氣體濃度在線檢測儀連接固定在圖2中7孔口；用高精密微計量電子稱對谷康多壁納米碳管進行稱重，記錄好重量；將稱重記錄過的谷康多壁納米碳管從圖3中1孔口放入，壓緊圓孔檔板；多壁納米碳管對二氧化氯氣體的吸收方法如圖4所示。

4.2 吸收方法開始

在確認圖2中圖3中的連接固定正確，并符合圖4的連接固定，在將稱重記錄過的谷康多壁納米碳管從圖3中1孔口放入圖3儲罐內(nèi)，在將圖3儲罐內(nèi)已經(jīng)進行了空氣抽真空，吸收開始：

開啟圖2中的1，使其開始產(chǎn)生二氧化氯氣體→開啟圖2中的7，使其對儲罐內(nèi)二氧化氯氣體濃度開始檢測顯示（二氧化氯氣體濃度檢測儀設(shè)定高限值濃度為20000ppm，高低限值濃度為18000 ppm，當達到20000ppm時圖2中的1則自動停止工作，當達到18000ppm時圖2中的1則自動開始工作）→當二氧化氯氣體濃度達到20000ppm時，開啟圖2中的6（正壓送風(fēng)機），將二氧化氯氣體通過圖2中的8（負壓出氣孔口）導(dǎo)入到圖3中2的孔口 → 對圖3中分次置放的谷康多壁納米碳管分別選擇在1min、2 min、3min、4min、5min，共5個計時段，分次取出進行稱重，對照放入前谷康多壁納米碳管的稱重量，計算出谷康多壁納米碳管的吸收二氧化氯氣體的重量；谷糠多壁納米碳管吸收二氧化氯氣體的重量結(jié)果如圖5所示。

4.3 吸收方法驗證

以上圖5中吸收方法的驗證，是在相同試驗條件下重復(fù)三次，每一次對每組號吸收量做出曲線圖，再對三次吸收量曲線是否平穩(wěn)而驗證吸收量是否穩(wěn)定；對比三次吸收量曲線的讀數(shù)值是相同的（三組號讀數(shù)誤差在2%內(nèi)），證明吸收方法適當。同時對三次吸收量曲線讀數(shù)值分析得出：選用的直徑是8.5mm，重量是300mg的谷康多壁納米碳管吸收二氧化氯氣體的最佳時間點在3 min，最佳飽和吸收量在10000mg～12000mg；多壁納米碳管吸收二氧化氯氣體的時間與吸收量如圖6所示。

5 驗證的第四步：對飽和吸收二氧化氯氣體的谷康多壁納米碳管是如何釋放二氧化氯氣體

5.1 存放谷康多壁納米碳管的容器

存放谷康多壁納米碳管的容器材質(zhì)的選擇，在具有抗氧化耐壓力的PVC材質(zhì)容器、PET材質(zhì)容器、氟樹脂材質(zhì)容器中選用；容器體積應(yīng)不小于1%立方（至少可容納二個多壁納米碳管），容器分為三部份，第一部份為瓶身，瓶身開口處直徑應(yīng)大于10nm（方便多壁納米碳管的投放）；第二部份為封閉瓶身開口的防盜開蓋子（在多壁納米碳管投進容器后進行封閉），在防盜開蓋子中部預(yù)留孔口；第二部份是對防盜開蓋子上預(yù)留孔口再封閉的帶螺旋絲扣帶花孔的雙層蓋子（第一層蓋子用作封閉和氣壓的壓入，第二層蓋子用作即對第一層蓋子孔口封閉，又在需要時進行旋轉(zhuǎn)至花孔一致，將容器內(nèi)的壓力通過壓力差的方式緩慢釋放出來，從而將多壁納米碳管中吸收的二氧化氯氣體隨著壓力差的緩慢釋放而出來。存放多壁納米碳管的容器如圖7所示。

5.2 容器內(nèi)的壓力

我們采取的是送到專業(yè)灌裝氣壓的廠家，進行容器內(nèi)加壓。

5.3 二氧化氯氣體隨著壓力差的釋放驗證

將吸收飽和二氧化氯氣體的多壁納米碳管放入容器內(nèi)→將封閉蓋旋緊→將內(nèi)花蓋在封閉蓋上旋緊→將壓力機產(chǎn)生的壓力通過內(nèi)花蓋孔口壓入到容器內(nèi)→將外花蓋對內(nèi)花蓋封閉旋緊→在需要時將外花蓋逆時針旋轉(zhuǎn)一個刻度，即內(nèi)外花蓋孔口相通→即二氧化氯氣體隨著壓力差釋放出來→在不需要時可順時針再旋轉(zhuǎn)一個刻度，即內(nèi)外花蓋孔口不通→即二氧化氯氣體不再釋放。

使用GV100S空氣采樣儀、使用GASTEC-N0.M二氧化氯氣體吸收管，對以上釋放動作多組次檢測，驗證出：二氧化氯氣體隨著壓力差釋放時間在2155小時～2165小時（90天），容器端口釋放二氧化氯氣體濃度維持在3.5mg～4.5mg/小時；二氧化氯氣體釋放濃度曲線圖如圖8所示。

6 結(jié)語

小小一粒納米球容載二氧化氯氣體量可達10000ppm以上，這一通過納米球吸收與釋放二氧化氯氣體的技術(shù)實現(xiàn)，從根本上解決了需要活化、使用不便、安全風(fēng)險的弊端；使得二氧化氯無論在高端使用或走進千家萬戶使用，具備了商品化商業(yè)化的條件；為二氧化氯殺菌、消毒、除異味、漂白、保鮮的市場應(yīng)用，拓寬了更大的商業(yè)空間。

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