No.6047-Natriumchlorit( DIN EN 938) als Grundbaustein der Herstellung einer TwinOxide-Chlordioxid-Lösung gemäß DIN EN 12671

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!

Ihr

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.

Komponente A

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  +  Cl_{2    >}   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:

/1/ http://de.wikipedia.org/wiki/Natriumchlorit

/2/ http://de.wikipedia.org/wiki/Oxidation

/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

/11/ http://de.wikipedia.org/wiki/Redoxpotential

/12/ http:// wikipedia.org/wiki/Oxidation

/13/ http://en.wikipedia.org/wiki/Chlorite

/14/ http://en.wikipedia.org/wiki/Sodium_chlorite

/15/ http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4060026/  Methane oxidation linked to chlorite dismutation

/16/ http://de.wikipedia.org/wiki/Anaerobie Redoxpotential von Methan

/1/ http://daten.didaktikchemie.uni-bayreuth.de/umat/chlorsaeuren/chlorsaeuren.htm

/18/ http://www.chemguide.co.uk/physical/redoxeqia/nonmetal.html

/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.

/20/ http://hss.ulb.uni-bonn.de/2010/2153/2153.pdf  Untersuchung zur Entstehung von Desinfektionsnebenprodukten bei der Aufbereitung von Trinkwasser an Bord schwimmender Marineeinheiten unter Anwendungsbedingungen

/21/ http://www.lanuv.nrw.de/wasser/abwasser/forschung/pdf/AbschlussberichtTextilveredlung.pdf S.15