Kemi
Hypochlorsyre
IUPAC NAVN : Hypochlorsyre, chlor (I) syre, chloranol, hydroxidochlorin
Andre navne : Brint, hypochlorit, chlorhydroxid, elektrolyseret vand, elektrolyseret oxiderende vand, elektroaktiveret vand
CAS NUMMER : 7790-92-3
Molær masse : 52.46 g/mol
Molekylær Formel : HOCl
Udseende : Farveløs vandig opløsning
Opløselighed i vand : Opløselige
Surhedsgrad : 7.53
Elektrolyse
I kemi og fremstilling, er elektrolyse en teknik, der bruger jævnstrøm (DC) til at drive en ellers ikke-spontan kemisk reaktion. Elektrolyse er kommercielt vigtig som et stadium i adskillelsen af elementer fra naturligt forekommende kilder. Elektrolyse af natriumklorid (NaCl) og vand (H2O) kan bruges til at generere Hypochlorsyre. Elektrolyseteknologi blev først forklaret af Michael Faraday, da han udviklede reglerne for elektrolyse i 1830'erne. Strøm gennem to elektroder i en saltopløsning kan producere chlorgas, Natriumhypoklorit (blegemiddel eller NaOCl), Hypochlorsyre, natriumhydroxid, brint, ozon, og spor af andre spirende oxidanter.
Nøgleprocessen for elektrolyse er udvekslingen af atomer og ioner ved fjernelse eller tilsætning af elektroner fra det eksterne kredsløb. Et elektrisk potentiale påføres over to elektroder nedsænket i elektrolytten. Hver elektrode tiltrækker ioner, der er af den modsatte ladning. Positivt ladede ioner (kationer) bevæger sig mod den elektron-givende (negative) katode. Negativt ladede ioner (anioner) bevæger sig mod den elektron-givende (positive) anode. I kemi kaldes tabet af elektroner oxidation, mens elektron øgelse kaldes reduktion.
For eksempel er det første trin i fremstilling af hypochlorsyre elektrolysen af en brine til fremstilling af brint og klorin, produkterne er en gas. Disse gas produkter bobler fra elektrolytten og samles.
2 NaCl(s) + 2 H20(l) → 2 NaOH(aq) + H2(g) + Cl2(g)
Membran-celle teknologi
Ion-bytter membranen er fremstillet af en polymer, som kun tillader positive ioner at passere gennem det. Det betyder, at kun natriumioner fra natriumchloridopløsningen kan passere gennem membranen, og ikke chloridionerne. Fordelen ved dette er, at natriumhydroxidopløsningen, der dannes i det højre rum, aldrig bliver forurenet med natriumchloridopløsningen. Den saltvandsopløsning der anvendes skal være ren, hvis det indeholder andre metal-ioner, vil disse også passere gennem membranen og forurene natriumhydroxid-opløsningen.
Brint produceres ved katoden :
2H+(aq) + 2e- → H2(g)
Natriumhydroxid fremstilles ved katoden :
Na+(aq) + OH-(aq) → NaOH(aq)
Klorin fremstilles ved anoden :
2Cl-(aq) - 2e- → Cl2(g)
Det er forurenet med en smule ilt på grund af reaktionen :
4OH-(aq) - 4e- → 2H2O(l) + O2(g)
Tilsætning af klorin til vandet giver både saltsyre (HCl) og Hypochlorsyre (HOCl) :
Cl2(g) + H2O ⇌ HOCl(aq) + HCl(aq)
Cl2(g) + 4 OH− ⇌ 2 ClO-(aq) + 2 H2O(l) + 2 e−
Cl2(g) + 2 e− ⇌ 2 Cl-(aq)
PH bestemmer det frie klorin, der findes i vand opløsninger. Ved en pH-værdi på mellem 5-6 er klorin arterne næsten 100% Hypochlorsyre (HOCl). Når pH falder til under 5, begynder det at blive til Cl2 (klorgas). En pH over 6, begynder at blive til hypochlorit ion (OCl-).
Hypochlorsyre er en svag syre (pKa på ca. 7,5), hvilket betyder, at den adskiller lidt hydrogen og hypochlor ioner som anført i ligningen: : HOCl ⇌ H+ + OCl-
Mellem pH 6,5 og 8,5 er adskillelsen ikke fuldstændigt og både HOCl og OCl- arter er til stede i et vist omfang. Under en pH-værdi på 6,5, er der ingen adskillelse af HOCl, mens en pH-værdi på over 8,5,sker der en fuldstændig adskillelse til OCl-.
Som den bakteriedræbende virkning af HOCl er meget højere end for OCl-, fortrækkes en klorinnering ved en lavere pH værdier. Den bakteriedræbende effektiviteten af Hypochlorsyre (HOCl) er meget højere end for hypochlorit ion (OCl-). Fordelingen af klorin molekylerne HOCl og OCl- bestemmes af pH, som beskrevet ovenfor.
Da HOCl dominerer ved lav pH, er klorinering en mere effektiv desinfektion ved lav pH. Ved høj pH, dominerer OCl-, hvilket medfører et forringet desinfektion effektivitet.
Bakterie inaktivering
Klorin er et særdeles effektivt desinfektionsmiddel til inaktivering af bakterier. Et studie foretaget i 1940'erne undersøgte man inaktiverings niveauerne som en funktion af tid for E. coli, Pseudomonas aeruginosa, Salmonella typhi og Shigellose (Butterfield et al., 1943). Studiets resultater viste, at HOCl er mere effektiv end OCl- for inaktivering af disse bakterier. Disse resultater er blevet bekræftet af flere forskere der konkluderede at HOCl er 70 til 80 gange mere effektiv end OCl- til inaktivering af bakterier (Culp/Wesner/Culp, 1986). Siden 1986 har der været hundredvis af publikationer der bekræfterHOCL's overlegenhed over OCl- (Besøg forskningsdatabase ).
Den største udfordring har været at skabe Hypochlorsyre med næsten neutral pH i stedet for chlorgas og hypochlorit og at gøre det mens det holdes stabilt. Hypochlorsyre er et meta-stabilt molekyle. Det vil prøve at vende tilbage til saltvand eller konvertere til hypochlorit.
Enkelt Celle Technology
Et af de største fremskridt har været udviklingen af enkelt-celle teknologien, hvor en enkelt strøm ad fri klorin genereres uden et biprodukt af natriumhydroxid (NaOH). Denne teknik har ført til udvikling af en mere stabil Hypochlorsyre og har givet mulighed for øget kontrol med pH afdet frie klorin der er genereret. Da vandets pH er forskelligt afhængigt af dets kilde i hele verden, ændring af brinens pH giver mulighed for større kontrol og ensartethed ved at generere en fri Klorin-opløsning mellem pH 5 og 7, der hovedsagligt består af hypochlorsyre (HOCl).
Anode reaktion :
2Cl-(l) → Cl2(g) + 2e-
Katode reaktion :
2H2O(l) + 2e- → H2(g) + 2OH- (aq)
Fri klorin generering :
Cl2 (g) + H2O → HOCl + HCl
Cl2 (g) + 2OH-(aq) → OCl- (aq) + Cl-(aq) + H2O(l)
