Procedimiento y kit para la producción de dióxido de cloro en mezcla con oxígeno.

Procedimiento para la producción de dióxido de cloro en mezcla con oxígeno mediante la reacción de un clorito con peroxomonosulfato en presencia de peroxodisulfato como iniciador redox en disolución acuosa ácida.

Procedimiento y kit para la producción de dióxido de cloro en mezcla con oxígeno.

La invención se refiere a un procedimiento para la producción de dióxido de cloro y a un kit para la producción de dióxido de cloro a partir de reactivos confeccionados utilizables.

El dióxido de cloro es el óxido de cloro de mayor significado técnico y se utiliza predominantemente para blanquear, desinfectar y desodorizar, sin embargo es difícil de manipular, dado que el ClO₂ en forma de gas se escapa fácilmente de la disolución y es explosivo a partir de una presión de vapor parcial de 100 mbar (20ºC) .

Ya se conoce a partir del documento DE 195 29 504 A1 un procedimiento para la producción de disoluciones de dióxido de cloro acuosas mediante la oxidación de un clorito con oxoácidos y/o aniones de oxoácidos de potenciales redox adecuados en un medio acuoso tamponado. A este respecto, se mezcla en un sistema tamponado a un valor de pH una disolución que contiene oxoácido con un valor de pH menor o igual a 5 con una disolución de clorito acuosa. Para tamponar se usan preferiblemente tampones fosfato muy problemáticos desde el punto de vista técnico en el medio ambiente. El uso descrito del ácido fosfórico como regulador de pH tiene lugar en una concentración de aproximadamente 8 g de H₃PO₄/l, lo que según los conceptos de hoy día es demasiado. El procedimiento debe realizarse en calderas con agitación o en reactores tubulares de corriente, pudiendo obtenerse las sustancias de partida hipoclorito de sodio y ácido fosfórico sólo en forma líquida. El procedimiento no es adecuado de ese modo para la utilización a pequeña escala con medios fácilmente manejables. La disolución de dióxido de cloro producida con el procedimiento según los ejemplos, contiene hipoclorito, lo que echa a perder la ventaja del dióxido de cloro. Además, el procedimiento presenta la desventaja agravante de que se forman cloratos en el modo de procedimiento expuesto y en las condiciones expuestas, por ejemplo en la conducción conjunta de la disolución de hipoclorito con ácido fosfórico. Tal como se confirma experimentalmente con gran exactitud por D'Ans, J. y Freund, H.E.Z., Elektrochem. Ber. Bunsenges. physik. Chem. 61 10 (1957) , la presencia simultánea de iones de hipoclorito y ácido hipoclorado libre a pH de 6, 2 a 7 conduce a la formación de cloratos. Por tanto, contienen clorato tanto las disoluciones de partida de hipoclorito/hipocloradas acidificadas con ácido fosfórico como la preparación de dióxido de cloro que contiene hipoclorito/ácido hipoclorado, lo que sin embargo debe evitarse. También en la oxidación de un clorito por medio de peroxomonosulfato (mencionada como alternativa) se forman cloratos tal como se describe en la literatura:

HSO^- {}₅ + ClO^- {}₂ \rightarrow HSO^- {}₄ + ClO^- {}₃

El documento DE 195 18 464 describe comprimidos para la producción de dióxido de cloro mediante reacciones secuenciales, en las que en primer lugar se oxida el cloruro por medio de peroxomonosulfato para dar cloro y después se oxida clorito mediante el cloro formado para dar dióxido de cloro. En el documento DE 195 184 64 se usan aditivos básicos compatibles, tales como hidrogenocarbonato de sodio, carbonato de sodio decahidratado e hidrogenofosfato de disodio dodecahidratado (véase columna 2, líneas 18, 19) . El dato del componente ácido hidrogenosulfato metálico con un contenido del 15% (véase columna 2, línea 22) se basa en que se ha expuesto convertido el contenido porcentual del Caroat en hidrogenosulfato de potasio. Esto significa que no se ha añadido adicionalmente hidrogenosulfato de sodio. Los componentes básicos mencionados anteriormente según la enseñanza del documento DE 195 194 64 neutralizan estequiométricamente al hidrogenosulfato de potasio del Caroat, de tal modo que el valor de pH de la disolución de reacción se encuentra aproximadamente en el intervalo neutro. En el caso de pH 7, la razón de concentración de inicio del clorito con respecto al ácido cloroso ascendería a 100.000:1. Sin embargo, el ácido peroxomonosulfúrico es estable sólo en el intervalo ácido y de lo contrario se desproporciona para dar ácido sulfúrico y oxígeno, por tanto el valor de pH debe permanecer durante el procedimiento completo, pero especialmente al comienzo del procedimiento, en relación con los componentes del ácido peroxomonosulfúrico, en el intervalo ácido.

En el documento WO 96/33947 se describe un procedimiento para la producción de una disolución de dióxido de cloro mezclando una disolución de clorito con peroxodisulfato de sodio en un intervalo de pH de desde 5, 5 hasta 9.

La invención se basa en el objetivo de poner a disposición un procedimiento que puede manejarse segura y fácilmente, con el que puede producirse el dióxido de cloro nuevo en caso necesario.

La reacción debería poder tener lugar con un tiempo de reacción corto a temperatura reducida, es decir, no de manera obligatoria fundamentalmente por encima de la temperatura ambiente. La formación de cloro y cloratos debe evitarse. También, el procedimiento debe ser manejable a pequeña escala con medios sencillos, para que sea adecuado a pequeña escala por ejemplo para las piscinas privadas o en el campo de la desinfección de agua potable.

El objetivo se soluciona por medio de un procedimiento para la producción de dióxido de cloro en mezcla con oxígeno mediante la reacción de clorito con peroxomonosulfato en presencia de peroxodisulfato, preferiblemente peroxodisulfato de sodio, como iniciador redox en disolución acuosa ácida. Las conformaciones adicionales del procedimiento se señalan en las reivindicaciones dependientes.

Además, se prevé para la solución del objetivo un kit para la producción de dióxido de cloro en mezcla con oxígeno, especialmente para el tratamiento del agua, que presenta disoluciones utilizables y/o composiciones secas, conteniendo una disolución utilizable o composición seca al menos una clorito y conteniendo una segunda disolución utilizable o composición seca al menos un peroxomonosulfato en mezcla con peroxodisulfato como iniciador redox y siendo los reactivos confeccionados utilizables de tal modo, que producen mediante el mezclado una disolución acuosa ácida. Las conformaciones adicionales del kit se señalan en las reivindicaciones dependientes.

Por consiguiente, la invención pone a disposición un procedimiento con el que puede producirse de manera prácticamente cuantitativa dióxido de cloro tras un tiempo de reacción inferior a 30 minutos en disolución acuosa ácida a una temperatura ya por debajo de la temperatura ambiente (a partir de 10ºC por debajo de 30 minutos) .

El procedimiento utiliza la reacción de clorito con peroxomonosulfato (también denominado Caroat, sal del ácido de Caro) según la siguiente ecuación de reacción

(I) \ HSO^- {}₅ + 4 \ ClO^- {}₂ \rightarrow 4 \ SO₄{}^2- + 4 \ ClO₂ + 2 \ H₂O + O₂

en medio ácido y en presencia de un iniciador redox. Se suprimen las reacciones secundarias que concurren no deseadas.

La combinación peroxomonosulfato/peroxodisulfato acelera la iniciación de las reacciones redox por radicales con clorito. Los radicales formados, el anión radical de sulfato y el anión radical de peroxomonosulfato aceleran la formación de dióxido de cloro. Al final de la reacción se transforman completamente para dar sulfato o hidrogenosulfato.

Mediante la coordinación estequiométrica adecuada, es decir la elección de la concentración de todas las sustancias de partida, pueden mantenerse y o quedar por debajo los valores máximos en todas las sustancias/litro tras la aplicación en el agua que ha de tratarse según el reglamento del agua potable alemán (Trinkwasserverordnung) válido. Todas las sustancias de partida que se utilizan en el procedimiento pueden usarse en forma de polvo, pastillas y/o disoluciones.

El procedimiento transcurre ya sin hidrogenosulfato con rendimientos satisfactorios. Sin embargo, se prefiere la utilización de hidrogenosulfato.

En el caso de esta combinación tiene lugar la descomposición catalítica del producto intermedio peróxido de hidrógeno con la formación de oxígeno en estado singulete ¹O₂ y agua con rendimientos satisfactorios y se impide la formación de cloratos.

La adición de hidrogenosulfato aumenta exponencialmente la acción de oxidación de peroxomonosulfato/peroxo-... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la producción de dióxido de cloro en mezcla con oxígeno mediante la reacción de un clorito con peroxomonosulfato en presencia de peroxodisulfato como iniciador redox en disolución acuosa ácida.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque se usa como iniciador redox peroxodisulfato de sodio.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque se realiza la reacción a un valor de pH entre 1, 5 y 3, 5.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque se realiza en presencia de al menos una sal ácida, preferiblemente de un hidrogenosulfato.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque se proporciona una primera disolución, que contiene un clorito, preferiblemente clorito de sodio, se proporciona una segunda disolución, que contiene un peroxomonosulfato (Caroat) , preferiblemente peroxomonosulfato de potasio, peroxodisulfato y opcionalmente hidrogenosulfato, preferiblemente hidrogenosulfato de sodio, se añaden juntas y se mezclan las disoluciones.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque se calientan las disoluciones que se añaden juntas.

7. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque se calientan y posteriormente se añaden juntas las dos disoluciones que se proporcionan.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 5 a 7, caracterizado porque se producen las disoluciones con agua caliente.

9. Kit para la producción de dióxido de cloro en mezcla con oxígeno, especialmente para el tratamiento del agua, que presenta disoluciones acuosas utilizables y/o composiciones secas, que se prevén para la disolución en agua, conteniendo una disolución utilizable o composición seca al menos un clorito y conteniendo una segunda disolución utilizable o composición seca al menos un peroxomonosulfato en mezcla con al menos peroxodisulfato como iniciador redox y siendo los reactivos confeccionados utilizables de tal modo, que producen mediante el mezclado una disolución acuosa ácida.

10. Kit según la reivindicación 9, caracterizado porque al menos una de las disoluciones o composiciones secas contiene además hidrogenosulfato.

11. Kit según la reivindicación 9 ó 10, caracterizado porque se encuentran las composiciones secas en forma de comprimidos o pastillas.