Natriumchlorit( DIN EN 938) als Grundbaustein
der Herstellung einer TwinOxide-Chlordioxid-Lösung gemäß DIN EN 12671
Vorwort:
In meinem Heft „Die Anwendung von
TwinOxide als ein Biozid“ habe ich versucht, einige grundlegenden Zusammenhänge
plausibel zu beschreiben.
Dieser Bericht befasst sich mit dem
Salz Natriumchlorit als Grundbaustein zur Herstellung einer
TwinOxide-Chlordioxid-Lösung. Auch hier versuche ich, die wesentlichen Eigenschaften
mit einfachen Worten verständlich zu erläutern.
Ich möchte gern, den Lesern helfen,
die sich mit der Herstellung und Anwendung von TwinOxide-Lösungen beschäftigen
möchten.
Sie sollen erkennen, dass zur
Herstellung der Chlordioxid-Lösungen pulverförmige Stoffe geeignet sind, die
den europäischen Normen entsprechen. Eine damit hergestellte
TwinOxide-0,3%-Lösung entspricht den Anforderungen der DIN EN 12671.
Alles Gute!
Inhalt:
1. Natriumchlorit ( DIN EN 938)
2. Strukturformel von Natriumchlorit
3. Natriumchlorit-Ionen in der Lösung
4. Rechtlicher Rahmen einer TwinOxide-Lösung nach DIN
EN 12671
5. Fazit
Danksagung
Quellen
Natriumchlorit als Grundbaustein der Herstellung einer
TwinOxide-Chlordioxid-Lösung gemäß DIN EN 12671
1.
Natriumchlorit
„Natriumchlorit mit
der Summenformel NaClO2 – nicht zu verwechseln mit dem
Kochsalz Natriumchlorid (NaCl) – ist
das Natriumsalz der Chlorigen
Säure. Seine hauptsächliche Anwendung ist neben dem direkten
Einsatz als Oxidationsmittel die
Herstellung von Chlordioxid. Es
ist das Mittel der Wahl zur Herstellung von Chlordioxid zur Desinfektion von
Wasser“ /1/
Das weiße geruchlose Pulver ist Hauptbestandteil der
Komponente A der TwinOxide-Produktfamilie. Dieses Pulver befindet sich in
geschlossenen Behältnissen, wie die Bilder zeigen:
Bild 1: Set mit den Komponenten A und einer Flasche zur Herstellung der Lösung.
Bild 2: Dosen mit den Komponenten A und .. zur Herstellung
von 1 Liter TwinOxide-0,3%-Lösung
Die Eigenschaften der TwinOxide-A-Komponente sind in einem Sicherheitsdatenblatt
/9/ beschrieben.
2.
Strukturformel
von Natriumchlorit
Um das Verhalten dieses Salzes beschreiben zu können, bedient
man sich der chemischen Strukturformel /1/:
Bild3:
Strukturformel von Natriumchlorit
Dieses Bild
weist darauf hin, dass sich das Salz im Wasser auflöst und in frei bewegliche
Ionen zerfällt. Es bilden sich frei bewegliche positiv geladene Natrium-Ionen
(Na+) und negativ geladene Chlorit-Ionen ( ClO2-).
Die Zahl der positiven und negativen Ladungen ist gleich, weshalb sich die
Lösung nach außen elektrisch neutral verhält.
Wird ein
Salz gemäß der TwinOxide-Komponente A benutzt, dann beträgt die Löslichkeit 523
g/l. ( Das ist die maximale Salzmenge, die 1 Liter Wasser bei 20°C aufgelöst
wird). Zur Herstellung einer TwinOxide-0,3%-Solution benutzt man jedoch
nur 20g/l ( = 3,82% der Maximalmenge). Diese geringe
Menge des Salzes der Komponente A löst sich sehr schnell im Wasser.
3.
Natriumchlorit-Ionen in der Lösung
Bild 5:
„Blitzlicht“-Aufnahme der Ionen in einer Natriumchlorit-Lösung
Was Sie im
Bild sehen, ist eine Momentaufnahme. In Wirklichkeit bewegen sich die Ionen im
Wasser und auch die „angehängten“ Elektronen. In einem Liter Wasser befinden
sich sehr viele Ionen. Das kann aber hier nicht dargestellt werden.
3.1.
Wesentliche
Eigenschaften der Natriumchlorit-Lösung
Die
wesentlichen Eigenschaften der Natriumchlorit-Lösungen sind durch die folgenden
Messgrößen beschreibbar:
a) pH-Wert
b) Redox-Potenzial
c) Spezifische elektrische Leitfähigkeit
Zur
praktischen Veranschaulichung konkreter Messdaten möchte ich hier auf
Versuchsergebnisse mit einer gelösten TwinOxide-Komponente-A-Lösung hinweisen:
· Menge der Komponente A (
Natriumchlorit) : 20 g
· Wassermenge: 500 ml –deionisiertes
Wasser
· Temperatur: 20°C
· Zeitpunkt: 21. Tage nach dem Ansetzen
der Lösung
· Quelle: Eurofins- Laborbericht
6007680051 vom 4. März 2014
Daten:
· pH-Wert: 11,5
· Redoxpotential: 650 mV
· Spezifische elektrische
Leitfähigkeit: 43,1 mS/cm
Oxidation
von Stoffen: Chloritionen können ihr Elektronen nur an anorganische und
organische Stoffe/Stoffverbinndungen abgeben, die ein höheres Redoxpotential besitzen
3.2.
Wesentliche
Anwendungen der Natriumchlorit-Lösung nach DIN EN 938:2009
· Herstellung von Chlordioxid-Lösungen
· Herstellung von SCD-Lösungen ( SCD =
Stabilisiertes Chlordioxid)
· Oxidation von Eisen und Mangan
· Geruchsentfernung und Entfärbung
· Oxidation von organischen
Verbindungen
Anmerkung:
Das Chlordioxid-Molekül
( ClO2 ) und das Chlorit-Ion (ClO2- )
unterscheiden sich lediglich durch die elektrische Ladung.
Bild 6: Chloritionen müssen von den Elektronen befreit
werden
Manche
bezeichnen eine Natriumchlorit-Lösung auch als eine stabilisierte
Chlordioxid-Lösung ( bzw. kurz gesagt als stabilisiertes
Chlordioxid).
Es besteht
aber ein grundsätzlicher Unterschied zwischen den Chlorit-Ionen und den
neutralen gasförmigen Chlordioxid-Molekülen:
· Die sich im Wasser bewegenden
Chlorit-Ionen sind immer noch relativ fest an die die Natrium-Ionen gebunden.
· Chlordioxid-Moleküle sind neutral und
frei beweglich ( und sind deshalb bestrebt in die Umgebungsluft zu entweichen)
3.2.1.
Herstellung von Chlordioxid-Lösungen
Möchte man
nun aus der Natriumchlorit-Lösung eine Chlordioxid-Lösung
herstellen, dann muss man das Elektron
vom Chlorit-Ion „wegnehmen“. Dieses Entfernen des Elektrons bezeichnen die
Chemiker als Oxidation /2/.
Eine
derartige Oxidation kann nur stattfinden, wenn man ein zweites Salz in die
Natriumchlorit-Lösung gibt. Auch dieses Salz zerfällt in dem Wasser in bewegliche
positive und negative Ionen.
Diese Ionen sollen nun mit dem Chlorit-Ionen so
reagieren, dass sie deren freie Elektronen aufnehmen und sich dann die Chlordioxidmoleküle
bilden können.
Das ist nur dann möglich, wenn das
Redoxpotential der Lösung des zugegebenen Salzes positiver ist als das
Redoxpotential der Natriumchlorit-Lösung.
In /21/ wird
beispielsweise für das Redoxpotential einer reinen Peroxodisulfat-Lösung ein
Wert von 2,01V angeben. Dieser Stoff kann demnach eine sehr starke Oxidation
der Chloritionen bewirken. In technisch anwendbaren Lösungen haben wir es immer
mit Stoffgemischen zu tun. Deren Redoxpotential ist kleiner als das Potential
der einen Lösungen. Es liegt aber immer erheblich über dem Redoxpotential der
Natriumchlorit-Lösung. so beträgt beispielsweise das Redoxpotential einer
Lösung der Stoffgemische der Komponente B bei 1200 mV.
Wesentlich
ist, dass die Komponente B eine möglichst vollständige Oxidation der Chloritionen
ermöglicht und somit die Bildung der Chlordioxid-Ionen gestattet.
Die dabei
ablaufenden chemischen ( stofflichen)
Reaktionen zur Chlordioxidbildung erfolgen nicht abrupt.
Sie sind
zeit-,konzentrations- und temperaturabhängig.
Die Reaktionszeit ist auch von der Art des zugeführten zweiten Salzes abhängig.
Im
TwinOxide-Verfahren wurden die Stoffgemische so gewählt, dass die chemische
Reaktion nach 3 bis 4 Stunden beendet ist.
3.2.2.
Herstellung von SCD-Lösungen
SCD = Stabilized Chlorine Dioxide ( Stabilisiertes
Chlordioxid)
Das
Redoxpotential einer Natriumchlorit-Lösung ( Lösung der TwinOxide-Komponente A)
beträgt etwa 650 mV. Zur Steigerung der mikrobiologischen Wirksamkeit einer
solchen Lösung wird ein zweites Salz hinzugegeben.
Beispiel:
a) 20g der TwinOxide-Komponente werden in 500 ml
deionisiertem Wasser ( DI-Wasser) gelöst:
Redoxpotential: 620 mV
b) 2 g der TwinOxide-Komponente B werden
in 500 ml DI-Wasser gelöst:
Redoxpotential: 950 mV
c) Beide Lösung werden vermischt.
Redoxpotential: 810 mV
pH-Wert: 6,8
Chloritanteil: 9700 ppm ( ca. 1%)
Chlordioxid: nicht nachweisbar
Dieses
Redoxpotential ist ausreichend, um eine Vielzahl der pathogenen Wasserkeime zu
töten. Zu diesem Zweck muss die Lösung nach c) verdünnt werden.
Im
Suspensionversuch konnten wir nachweisen, dass die Zugabe von 60 ml der
SCD-Lösung in 1 Literwasser zu einer 100%-igen Reduzierung der E.Coli-Testkeime
innerhalb von 15 Minuten führt.
Zur
100%-igen Reduzierung der hohen Keimzahl
von 259.000KBE/100ml in 1000 Liter
Wasser würde man dann 60 Liter SCD-Lösung benötigen.
Die
mikrobiologische Wirksamkeit einer SCD-Lösung kann erhöht werden, wenn die
Zugabe der Komponente B von 2g auf 4g erhöht wird.
Dann steigt
das Redoxpotenzial von 810 mV auf 850 mV. Der E.Coli-Suspensionsversuch zeigte,
dass innerhalb von 15 Minuten die Testkeimzahl von 210000 KBE/ 100ml bis auf 0
KBE/100ml sinkt. Es war hier eine Dosierung von 10 ml-SCD-Lösung auf 1 Liter
Wasser erforderlich. Diese höhere Wirksamkeit begründe ich mit der Wirksamkeit
des gebildeten Chlordioxides ( 400 ppm).
3.2.3.
Oxidation
von anorganischen und organischen Stoffen ( Stoffgemischen)
Durch
Natriumchlorit sind anorganische und organische Stoffe/Stoffgemische in
Lösungen oxidierbar, die ein kleineres Redoxpotential als Natriumchlorit
besitzen.
Beispiele
dafür sind Eisen, Mangan, Methan.
3.2.4.
Zu
weiteren Effekten
Natriumchloritlösungen
und SCD-Lösungen sind durch einen hohen Chloritanteil gekennzeichent.
Dieser hohe
Chloritanteil begrenzt den Einsatz dieser Lösungen im Rahmen der geltenden
Trinkwasserverordnungen.
Ich möchte
hier lediglich folgenden Effekt hinweisen, der die Nützlichkeit von Chlor
betrifft. Viele klagen ja über Chlor. Doch im Zusammenhang mit Chlorit hat
Chlor auch folgende gute Seite: Wegen seines hohen Redoxpotentials kann des
Chlorit zu Chlordioxid oxidieren.
Ist also
freies Chlor im Wasser, dann kann aus Chlorit Chlordioxid entstehen.
Die folgende
bekannte Gleichung soll das verdeutlichen:
(1)
2
NaClO2 + Cl2
> 2 ClO2 + 2 NaCl
Wenn man
also die Vorzüge von Chlorit mit den Vorzügen von Chlor koppelt, dann wird man
weniger Chlor zur Desinfektion des Wassers benötigen.
4.
Rechtlicher Rahmen zur Herstellung einer
TwinOxid-Lösung ( nach DIN EN 12671)
Es folgen
jetzt einige Gedanken zum rechtlichen Rahmen:
In /1/ wird
die Herstellung von Chlordioxid zur Behandlung des Wassers für den menschlichen
Gebrauch besonders hervorgehoben. Der Schutz des Trinkwassers gehört zu den
wesentlichen Fürsorgepflichten der europäischen Staaten im Besonderen und der
weltweiten Staaten im Allgemeinen. Deshalb gibt es Richtlinien der WHO,
Verordnungen der Europäischen Union und Gesetze der Staaten.
Diese
beruhen auf den anerkannten technischen Regeln zur Herstellung und zum Umgang
mit Chlordioxid und den Stoffen zur Herstellung der anwendungsbereiten
Chlordioxid-Lösungen.
In der
Europäischen Union wurde die Technische Norm DIN EN 12671 für Chlordioxid entwickelt.
Auch ist Chlordioxid in der deutschen Trinkwasserverordnung 2011 aufgelistet.
Die zugelassenen Stoffe zur Wasseraufbereitung und –desinfektion sind in einer
Liste des deutschen Umweltbundesamtes ( UBA-Liste §11) erfasst. Nur diese
gelisteten Stoffe dürfen zur Desinfektion des Wassers für den menschlichen
Gebrauch durch Chlordioxid benutzt werden.
Im
TwinOxide-Verfahren benutzt man die gelisteten Wirkstoffe.
Parallel
dazu arbeitet gegenwärtig die Europäische Union an einer Biozidverordnung, die
weitere Vorschriften zur Anwendung von Stoffgemischen zur
Chlordioxidherstellung vorgibt. Auch hier sind die TwinOxide-Wirkstoffe
benannt.
Sowohl in
der DIN EN 12671 als auch in der aktuellen UBA-Liste §11 ist Natriumchlorit zur
Herstellung von Chlordioxid genannt. ( Natriumchlorit ist weltweit der
Basisstoff zur Chlordioxidherstellung). Die TwinOxide-A-Komponente entspricht
diesen Vorschriften.
5.
Fazit
Das TwinOxide-Verfahren entspricht den
europäischen technischen Normen
Die TwinOxide-Komponente
A ist die Grundlage der Chlordioxidherstellung. DIN EN 938; zugelassen nach DIN
EN 12671, UBA-Liste §11
Danksagung:
Ich danke
Herrn Dr.rer.nat. Andreas Herschel( Eurofins Jena) für die messtechnischen
Untersuchungen und Herrn Paul van Camp ( Best, Niederlande) für die
Bereitstellung von Proben.
Quellen:
/3/ DIN EN
12678: Produkte zur Aufbereitung des Wassers für den menschlichen Gebrauch:
Kaliumperoxomonosulfat
/4/ DIN EN
938: Produkte zur aufbereitung des Wassers für den menschlichen Gebrauch;
Natriumchlorit
/5/ DIN EN
16037: produkte zur Aufbereitung des Wassers für den menschlichen Gebrauch:
Natriumhydrogensulfat
/6/ DVGW W
557: Arbeitsblatt : Reinigung und Desinfektion von Trinkwasser-Installationen
/7/ DVGW W
224; Arbeitsblatt: Verfahren zur Desinfektion von Trinkwasser mit Chlordioxid
/8/
EG-Sicherheitsdatenblatt gemäß Verordnung (EG) 1907/2006: TwinOxide-0,3%-Lösung
vom 27.10 2014
/9/
EG-Sicherheitsdatenblatt gemäß Verordnung (EG) 1907/2006 TwinOxide-Komponente A
vom 27.10 2014
/10/
EG-Sicherheitsdatenblatt gemäß Verordnung (EG) 1907/2006 TwinOxide-Komponente B
vom 27.10.2014
/12/ http:// wikipedia.org/wiki/Oxidation
/19/ Über den Zerfall von Natriumchlorit in Bleichlösungen; von
der EIDGENÖSSISCHEN TECHNISCHEN HOCHSCHULE IN ZÜRICH zur Erlangung der Würde
eines Doktors der technischen Wissenschaften genehmigte PROMOTIONSARBEIT
vorgelegt von HEINZ HEFTI Dipl. Ing.-Chem. ETH von Luchsingen (Glarus) EIRENE-VERLAG
M. PFÄNDLER, ST. GALLEN 1955; 77S.
