화학
하이포아염소산
IUPAC 이름 : 하이포아염소산, 클로르(I) 산, 클로라놀, 하이드록시 염소
그 밖의 이름들 : 하이포아염소산 수소, 수산화 염소, 전해수, 전해 산화수, 전기 활성수
CAS 번호 : 7790-92-3
도덕적인 혼란 : 52.46 g/mol
분자식 : HOCl
외관 : 무색의 수용액
수질에 대한 용해도 : 용해성
산도 : 7.53
전기 분해
화학 및 제조 분야에서 전기 분해는 직접적인 전류(DC)를 사용하여 그렇지 않은 화학 반응을 유도하는 기술입니다. 전기 분해는 자연적으로 발생하는 원천으로부터 원소를 분리하는 단계로서 상업적으로 중요합니다. 하이포아염소산 생성에는 염화나트륨(NaCI)과 물(H2O)의 전기 분해가 사용될 수 있습니다. 전기 분해 기술은 1830년에 전기 법칙을 개발했을 때 마이클 파라데이(Michael Farraday)가 처음 설명했습니다. 염수 요액에서 두 전극으로 가로 지르는 전류를 흐르게 하면 염소 가스가 생성될 수 있습니다. 하이포아염소산, 표백제 또는 NaOCI, 하이포아염소산, 수산화 나트륨, 수소 가스, 오존 및 기타 초기 산화제의 흔적
전기 분해의 핵심 프로세스는 외부 회로에서 전자를 제거하거나 전자를 초가하여 원자와 이온을 교환하는 것입니다. 전위는 전해질에 담긴 한 쌍의 전극에 인가됩니다. 각 전극은 반대 전하의 이온을 끌어 당깁니다. 양전하를 띤 이온(양이온)은 전자를 제공하는 음극으로 이동합니다. 음으로 하전된 이온(음이온)은 전자 추출(양극) 쪽으로 이동합니다. 화학에서는 전자의 손실을 산화라고 하며 전자의 이득은 감소라고 합니다.
예를 들어, 하이포아염소산을 만드는 첫 번째 단계는 소금물을 염소로 전기 분해하여 수소와 염소를 생산하는 것입니다. 본 제품은 기체로 이루어져 있습니다. 이러한 기체 생성물은 전해질에서 거품을 일으켜 수집됩니다.
2 NaCl(s) + 2 H20(l) → 2 NaOH(aq) + H2(g) + Cl2(g)
멤브레인 셀 기술
이온 교환막은 양이온만 통과시키는 중합체로 만들어집니다. 즉, 염화나트륨 용액의 나트륨 이온만이염화물 이온이아니라 멤브레인을 통과할 수 있습니다. 이것의 장점은 오른쪽 구획에 형성된 수산화 나트륨 용액이 결코 염화나트륨 용액으로 오염되지 않는다는 것입니다. 사용되는 염화나트륨 용액은 순수해야 합니다. 다른 금속 이온이 포함되어 있으면 멤브레인을 통과하여 수산화 나트륨 용액을 오염시킵니다.
수소는 캐소드에서 생성됩니다. :
2H+(aq) + 2e- → H2(g)
수산화 나트륨은 음극에서 생성됩니다. :
Na+(aq) + OH-(aq) → NaOH(aq)
염소는 양극에서 생성됩니다. :
2Cl-(aq) - 2e- → Cl2(g)
그것의 반응으로 인해 약간의 산소로 오염되어 있습니다. :
4OH-(aq) - 4e- → 2H2O(l) + O2(g)
염소를 물에 첨가하면 염산(HCI)과 하이포아염소산 (HOCI) :
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)
pH는 수용액에 존재하는 유리 염소 종류를 나타냅니다. pH가 5-6일 때 염소 종은 하이포아염소산(HOCI)의 거의 100%입니다. pH가 5 이하로 떨어지면 CI2(염소 가스)로 전환되기 시작합니다. pH 6 이상에서는 하이포아염소산염 이온(OCI-)으로 전환되기 시작합니다.
"하이포아염소산은 약산(약 7.5의 pKa)이며, 이것은 약산 수소 및 하이포아염소산염 이온으로 나타낼 수 있습니다: : HOCl ⇌ H+ + OCl-
6.5에서 8.5 사이의 pH에서 이 해리는 불완전하며 HOCI와 OCI- 종은 어느 정도 존재합니다. pH 6.5 이하에서는 HOCI의 해리가 일어나지 않지만 Ph 8.5 이상에서는 OCI-로의 완전한 해리가 일어납니다.
HOCI의 살균 효과는 OCI-보다 훨씬 높기 때문에 낮은 Ph에서의 염소 처리가 바람직합니다. 하이포아염소산(HOCI)의 살균 효율은 하이포아염소산염 이온(OCI-)보다 훨씬 높습니다. HOCI와 OCI- 사이의 염소 종의 분포는 앞서 논의한 바와 같이 낮은 Ph에서 보다 효과적인 소독을 제공합니다.
HOCI는 낮은 Ph에서 우세하기 때문에 염소 처리는 낮은 pH에서보 보다 효과적이 소독을 제공합니다. 높은 pH에서는 OCI-가 지배적이며 소독 효율이 감소합니다.
박테리아 불활화
염소는 박테리아를 비활성화시키는 데 매우 효과적인 소독제입니다. 1940년대에 수행된 연구는 대장균, 녹농균, 티푸스균 및 지하적리균에 대한 시간 함수로서 비활성화 수준을 조사했습니다. (Butterfield et al., 1943). 연구 결과에 따르면 HOCI는 OCI 보다 더 효과적이며 이러한 박테리아의 불활화를 나타냅니다. 이러한 결과는 HOCI이 OCI보다 70~80배 더 효과적이라고 결론을 내린 몇몇 연구자들에 의해 확인되었습니다. (Culp/Wesner/Culp, 1986). 1986년 이래로 OCI-를 능가하는 HOCI의 우얼함을 입증하는 수백 가지의 발표가 있었습니다. (방문 연구 데이터베이스 ).
가장 큰 도전 과제는 염소 가스나 하이포아염소산염을 대신에 중성 부근의 Ph에서 하이포아염소산을 만들어 안정된 형태로 만드는 것입니다. 하이포아염소산은 준 안정성 분자입니다. 소금물로 되돌리거나 하이포아염소산염으로 전환하려고 합니다.
단일 셀 기술
가장 큰 진보 중 하나는 수산화 나트륨(NaOH)의 부산물 없이 유리 염소의 단일 스트림이 생성되는 단일 셀 기술의 개발입니다. 이 기술은 하이포아염소산의 보다 안정적인 솔루션의 개발로 이어졌고 생성된 유리 염소의 Ph에 대한 더 큰 통제를 허용하였습니다. 수질의 pH는 전 세계의 출처에 따라 다릅니다. 염수의 pH를 변화시키는 것은 하이포아염소산(HOCI)에 의해 지배되는 Ph 5와 7 사이에서 유리 염소 용액을 생성함에 있어 보다 큰 제어력과 일관성을 허용합니다.
에노드 반응 :
2Cl-(l) → Cl2(g) + 2e-
음극 반응 :
2H2O(l) + 2e- → H2(g) + 2OH- (aq)
유리 염소 생성 :
Cl2 (g) + H2O → HOCl + HCl
Cl2 (g) + 2OH-(aq) → OCl- (aq) + Cl-(aq) + H2O(l)
