Гипохлорит натрия - Применение

Химия - Гипохлорит натрия - Применение

28 февраля 2011

Оглавление:
1. Гипохлорит натрия
2. История открытия
3. Физические свойства
4. Химические свойства
5. Идентификация
6. Коррозионное воздействие
7. Физиологическое действие и воздействие на окружающую среду
8. Лабораторные методы получения
9. Применение

Обзор направлений использования

Географическая структура мирового потребления гипохлорита натрия в 2008 году

Среди четырёх неорганических гипохлоритов, имеющих промышленное значение, гипохлорит натрия является безусловным лидером, занимая 91 % мирового рынка; почти 9 % остаётся за гипохлоритом кальция — гипохлориты калия и лития имеют незначительные объёмы использования.

Весь широкий спектр использования гипохлорита натрия можно разбить на три условные группы:

использование для бытовых целей;
использование для промышленных целей;
использование в медицине.

Бытовое использование включает в себя:

использование в качестве средства для дезинфекции и антибактериальной обработки;
использование для отбеливания тканей;
химическое растворение санитарно-технических отложений.

Промышленное использование включает в себя:

промышленное отбеливание ткани, древесной массы и некоторых других продуктов;
промышленная дезинфекция и санитарно-гигиеническая обработка;
очистка и дезинфекция питьевой воды для систем коммунального водоснабжения;
очистка и обеззараживание промышленных стоков;
химическое производство.

По оценке экспертов SRI Consulting, около 67 % всего гипохлорита натрия используется в качестве отбеливателя и 33 % для нужд дезинфекции и очистки, причём последнее направление имеет тенденцию к росту. Общий глобальный рост объёмов потребления NaOCl оценивается в 1,4 % в год.

Бытовой отбеливатель Clorox

Применение в бытовой химии

Гипохлорит натрия находит широкое применение в бытовой химии и входит в качестве активного ингредиента многочисленных средств, предназначенных для отбеливания, очистки и дезинфекции различных поверхностей и материалов. Обычно, для бытового использования, используется концентрация в диапазоне от 3 до 6 % гипохлорита.

Коммерческая доступность и высокая эффективность действующего вещества определяет его широкое использование различными производственными компаниями, где гипохлорит натрия или средства на его основе выпускаются под различными торговыми марками, некоторые из которых представлены в таблице:

Торговая марка	Производитель	Назначение	Концентрация NaOCl
Белизна	ОАО «Саянскхимпласт»	Бытовой отбеливатель, пятновыводитель и дезинфицирующее средство	4 %; 7 %
Clorox Regular-Bleach	The Clorox Company	Бытовой отбеливатель, пятновыводитель и дезинфицирующее средство	6 %
Clorox Washing Machine Cleaner	The Clorox Company	Очиститель для стиральных машин	5—10 %
Cascade Complete® with Bleach	Procter & Gamble Company	Средство для автоматических посудомоечных машин	1—5 %
Aquachem Chlorinizor	Sunbelt Chemicals Corp.	Средство для дезинфекции бассейнов	10 %
Brite Bleach	Sunbelt Chemicals Corp.	Бытовой отбеливатель и дезинфицирующее средство	5,25 %
Lysol Bleach Toilet Bowl Cleaner	Reckitt Benckiser	Средство для очистки туалета	2 %
Tiret	Reckitt Benckiser	Средство для устранения засоров труб	нет данных
Domestos гель	Unilever	Средство для чистки и дезинфекции	5 %

Применение в медицине

Использование гипохлорита натрия для дезинфекции ран впервые было предложено не позднее 1915 года. В современной медицинской практике антисептические растворы гипохлорита натрия используются, в основном, для наружного и местного применения в качестве противовирусного, противогрибкового и бактерицидного средства при обработке кожи, слизистых оболочек и ран. Гипохлорит активен в отношении многих грамположительных и грамотрицательных бактерий, большинства патогенных грибов, вирусов и простейших, хотя его эффективность снижается в присутствии крови или её компонентов.

Низкая стоимость и доступность гипохлорита натрия делает его важным компонентом для поддержания высоких гигиенических стандартов во всём мире. Это особенно ярко проявляется в развивающихся странах, где использование NaOCl стало решающим фактором для остановки холеры, дизентерии, брюшного тифа и других водных биотических заболеваний. Так, при вспышки холеры в странах Латинской Америки и Карибского бассейна в конце XX века благодаря гипохлориту натрия удалось свести к минимуму заболеваемость и смертность, что было сообщено на симпозиуме по тропическим болезням, проводимого под эгидой Института Пастера.

Для медицинских целей в России гипохлорит натрия используется в качестве 0,06%-го раствора для внутриполостного и наружного применения, а также раствора для инъекций. В хирургической практике он применяется для обработки, промывания или дренирования операционных ран и интраоперационной санации плевральной полости при гнойных поражениях; в акушерстве и гинекологии — для периоперационной обработки влагалища, лечения бартолинита, кольпита, трихомониаза, хламидиоза, эндометрита, аднексита и т. п.; в оториноларингологии — для полосканий носа и горла, закапывания в слуховой проход; в дерматологии — для влажных повязок, примочек, компрессов при различных видах инфекций.

В стоматологической практике гипохлорит натрия наиболее широко применяется в качестве антисептического ирригационного раствора в эндодонтии. Популярность NaOCl определяется общедоступностью и дешевизной раствора, а также бактерицидным и противовирусным эффектом в отношении таких опасных вирусов как ВИЧ, ротавирус, вирус герпеса, вирусы гепатита A и B. Имеются данные об использовании гипохлорита натрия для лечения вирусных гепатитов: он обладает широким спектром противовирусных, детоксикационных и антиоксидантных эффектов. Растворы NaOCl можно использовать в целях стерилизации некоторых медицинских изделий, предметов ухода за больными, посуды, белья, игрушек, помещений, твёрдой мебели, сантехнического оборудования. Из-за высокой коррозионной активности, гипохлорит не применяют для металлических приборов и инструментов. Отметим также применение растворов гипохлорита натрия в ветеринарии: они используются для дезинфекции животноводческих помещений.

Промышленное применение

Применение в качестве промышленного отбеливателя

Использования гипохлорита натрия в качестве отбеливателя является одним из приоритетных направлений промышленного использования наряду с дезинфекцией и очисткой питьевой воды. Мировой рынок только в этом сегменте превышает 4 млн тонн.

Обычно, для промышленных нужд в качестве отбеливателя используются водные растворы NaOCl, содержащие 10—12 % действующего вещества.

Гипохлорит натрия широко используется в качестве отбеливателя и пятновыводителя в текстильном производстве и промышленных прачечных и химчистках. Он может быть безопасно использован для многих видов тканей, включая хлопок, полиэстер, нейлон, ацетат, лён, вискозу и другие. Он очень эффективен для удаления следов почвы и широкого спектра пятен в том числе, кровь, кофе, трава, горчица, красное вино и т. д.

Гипохлорит натрия также используется в целлюлозно-бумажной промышленности для отбелки древесной массы. Отбелка с использованием NaOCl обычно следует за этапом хлорирования и является одной из ступеней химической переработки древесины, используемой для достижения высокой степени белизны целлюлозы. Обработку волокнистых полуфабрикатов проводят в специальных башнях гипохлоритной отбелки в щелочной среде, температуре 35—40 °C, в течение 2—3 часов. В течение этого процесса происходит окисление и хлорирование лигнина, а также разрушение хромофорных групп органических молекул.

Применение в качестве промышленного дезинфицирующего средства

Широкое применение гипохлорита натрия в качестве промышленного дезинфицирующего средства связано, прежде всего, со следующими направлениями:

дезинфекция питьевой воды перед подачей в распределительные системы городского водоснабжения;
дезинфекция воды плавательных бассейнов и прудов;
обработка бытовых и промышленных сточных вод, очистка от органических и неорганических примесей;
в пивоварении, виноделии, молочной промышленности — дезинфекция систем, трубопроводов, резервуаров;
фунгицидная и бактерицидная обработка зерна;
дезинфекция воды рыбохозяйственных водоёмов;
дезинфекция технических помещений.

Гипохлорит как дезинфектант входит в состав некоторых средств для поточной автоматизированной мойки посуды и некоторых других жидких синтетических моющих средств.

Промышленные дезинфицирующие и отбеливающие растворы выпускаются многими производителями под различными торговыми марками, некоторые из которых представлены в таблице:

Торговая марка	Производитель	Назначение	Концентрация NaOCl
Форэкс-Хлор	ДНПК «Альфа»	средство для дезинфекции и санитарной обработки	4 %
Эмовекс	ООО «Макропул Кемиклс»	средство для дезинфекции бассейнов	не менее 130 г/л
Bleach Concentratte	Harvard Chemical Company	промышленный отбеливатель	12,5—15 %
Liquid Bleach	Hill Brothers Chemical Co.	промышленный отбеливатель и дезинфектант	10 %; 12,5 %
Clorox Bleach	The Clorox Company	отбеливатель для прачечных	6,5—7,35 %
Poolchlor 1	Hasa Inc.	жидкость для санитарной обработки бассейнов и спа	10 %

Использование для дезинфекции воды

Окислительная дезинфекция с помощью хлора и его производных — едва ли не самый распространённый практический метод обеззараживания воды, начало массового использование которого многими странами Западной Европы, США и Россией датируется первой четвертью XX века.

Использование гипохлорита натрия в качестве дезинфицирующего агента в отличие от применения хлора обладает рядом существенных достоинств:

реагент можно получать электрохимическим методом непосредственно в месте использования;
достижение необходимых показателей качества питьевой воды достигается за счёт более низкой доли активного хлора;
концентрация хлорорганических примесей в очищенной воде существенно ниже;
применение данного вещества позволяет повысить экологическую и гигиеническую безопасность.

Для целей очистки бытовой воды используются разбавленные растворы гипохлорита натрия: типовая концентрация активного хлора в них составляет 0,2—2 мг/л против 1—16 мг/л для газообразного хлора.

Также с технической точки зрения, для условий использования в РФ, эксперты отмечают:

существенно более высокую безопасность технологии;
меньшие требования к средствам безопасности;
данная технология обеззараживания неподведомственна Ростехнадзору РФ.

Использование гипохлорита натрия для дезинфекции воды в России пока не получило широкого применения, но активно внедряется в практику. Так, в конце 2009 года, в Люберцах началось строительство завода по производству NaOCl мощностью 50 тыс. тонн/год для нужд Московского городского хозяйства. Правительством Москвы было принято решение о переводе систем обеззараживания воды московских станции водоподготовки с жидкого хлора на гипохлорит натрия, который завершится ориентировочно в 2012 году.

Среди других российских городов, где применяется или планируется к применению гипохлорит натрия для обеззараживания воды, отметим Санкт-Петербург, Кемерово, Ростов-на-Дону, Иваново, Сыктывкар.

Производство гидразина

Гипохлорит натрия используется в так называемом процесса Рашига — основном промышленном способе получения гидразина, открытого немецким химиком Фридрихом Рашигом в 1907 году. Химия процесса выглядит следующим образом: на первой стадии аммиак окисляется до хлорамина, который затем, реагирует с аммиаком, образуя собственно гидразин:

$\mathsf{NaOCl+NH_3=NaOH+NH_2Cl}$

$\mathsf{NH_2Cl+NaOH+NH_3=N_2H_4+NaCl+H_2O}$

Общая схема:

$\mathsf{2NH_3+NaOCl=N_2H_4+NaCl+H_2O}$

В качестве побочной реакции наблюдается взаимодействие гидразина с хлорамином:

$\mathsf{2NH_2Cl+N_2H_4=N_2+2NH_4Cl}$

Процесс Рашига протекает в щелочной среде при избытке аммиака, повышенном давлении и температуре 120—160 °C. Выход гидразина в итоге может достигать 80 %.

Даже незначительные количества катионов некоторых тяжёлых металлов, особенно двухвалентной меди, могут существенно увеличить долю побочной реакции, в связи с чем, в реакционную смесь добавляют небольшое количество желатина или специального клея для связывания ионов в нереакционный комплекс.

Модификацией процесса Рашига стал процесс Хофмана, где вместо аммиака используется мочевина:

$\mathsf{_2CO+NaOCl+2NaOH=N_2H_4+NaCl+Na_2CO_3+H_2O}$

В процессе используется 43%-й раствор мочевины с добавками специального реагента для ингибирования побочной реакции и увеличения выхода конечного продукта. Раствор гипохлорита натрия используется в соотношении к раствору мочевины, как 4:1; температура в реакторе не превышает 100 °C.

Применение в промышленном органическом синтезе

Сильные окислительные свойства гипохлорита натрия используются в промышленном органическом синтезе для получения различных соединений, среди которых:

антраниловая кислота — промежуточный продукт в синтезе красителей;

метансульфоновая кислота — промежуточный продукт в синтезе лекарственных препаратов и электролитов для получения покрытий драгоценными металлами:

$\mathsf{CH_3SH+3NaOCl\rightarrow CH_3SO_2OH+3NaCl}$

хлорпикрин — инсектицид;
аскорбиновая кислота — лекарственное средство и консервант в пищевой промышленности;
дихлоризоциануровая и трихлоризоциануровая кислота — инсектициды, дезинфектанты и полупродукты для синтеза пестицидов.

Применение в лабораторном органическом синтезе

Гипохлорит натрия находит широкое применение в лабораторной органической практике прежде всего, из-за своих сильных окислительных свойств и доступности как реактива.

Окислительные возможности NaOCl используются в следующих превращениях:

метилендиамин → диазометан;

$\mathsf{CH_2_2+2NaOCl\rightarrow CH_2N_2+2H_2O+2NaCl}$

алкены → эпоксиды;

$\mathsf{RCH\!\!=\!\!CHR'\rightarrowO}$

первичные спирты → альдегиды или карбоновые кислоты;

$\mathsf{R\!\!-\!\!CH_2OH\rightarrow R\!\!-\!\!CHO}$

$\mathsf{R\!\!-\!\!CH_2OH\rightarrow R\!\!-\!\!COOH}$

вторичные спирты → кетоны;

$\mathsf{R\!\!-\!\!CH\!\!-\!\!R'\rightarrowC\!\!=\!\!O}$

метилкетоны → карбоновые кислоты;

$\mathsf{R\!\!-\!\!CCH_3\rightarrow R\!\!-\!\!COOH}$

Эта реакция лежит в основе галоформного расщепления и может служить лабораторным методом получения хлороформа или иодоформа:

$\mathsf{CH_3CCH_3+3NaOCl\rightarrow CH_3COONa+CHCl_3+2NaOH}$

$\mathsf{CH_3CCH_3+3NaOCl+3KI\rightarrow CH_3COOK+CHI_3+2KOH+3NaCl}$

α-аминокислоты → альдегиды;

$\mathsf{R\!\!-\!\!CH\!\!-\!\!COOH\rightarrow R\!\!-\!\!CHO}$

первичные амины → нитрилы или карбонильные соединения;

$\mathsf{R\!\!-\!\!CH_2\!\!-\!\!NH_2\rightarrow RCN}$

$\mathsf{R\!\!-\!\!CH_2\!\!-\!\!NH_2\rightarrow R\!\!-\!\!COOH}$

галогенуглеводороды → карбоновые кислоты;

$\mathsf{R\!\!-\!\!X+CO\rightarrow RCOOH}$

органические сульфиды → сульфоксиды;

$\mathsf{R\!\!-\!\!S\!\!-\!\!R'\rightarrowS\!\!=\!\!O}$

органические сульфиды → сульфоны;

$\mathsf{R\!\!-\!\!S\!\!-\!\!R'\rightarrowSO_2}$

органобораны → первичные амины;

$\mathsf{R_3B+2NaOCl+2NH_3\rightarrow 2RNH_2+RB_2+2NaCl}$

Среди других вариантов использования отметим:

реагент для качественного или количественного определения аргинина в смеси аминокислот;
реагент для N-хлорирования аминов;
реагент для хлорирования ароматических соединений и аллильного хлорирования алкенов;
реагент для синтеза органических гипохлоритов.

Прочие направления использования

Среди прочих направлений использования гипохлорита натрия отметим:

в промышленном органическом синтезе или гидрометаллургическом производстве для дегазации токсичных жидких и газообразных отходов, содержащих циановодород или цианиды;
окислитель для очистки сточных вод промышленных предприятий от примесей сероводорода, неорганических гидросульфидов, сернистых соединений, фенолов и др.;
в электрохимических производствах в качестве травителя для германия и арсенида галлия;
в аналитической химии как реагент для фотометрического определения бромид-иона;
в пищевой и фармацевтической промышленности для получения пищевого модифицированного крахмала;
в военном деле как средство для дегазации боевых отравляющих веществ, таких как иприт, льюизит, зарин и V-газы.

<<< Гидроперит

Химики
Бытовая химия
Химические вещества
Химические законы и уравнения
История химии
Лабораторная техника

Химическое машиностроение
Награды в области химических наук
Химическая номенклатура
Химическое образование
Химические общества
Химическая промышленность

Разделы химии
Химические реакции
Химические свойства
Химическая связь
Химические системы
Химические теории