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二氧化氯

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二氧化氯，是一種無機化合物，化學式為ClO2，常温常壓下是一種黃綠色到橙黃色氣體。二氧化氯具有漂白性，主要用於紙漿和紙、纖維、小麥麪粉、澱粉的漂白，油脂、蜂蠟等的精製和漂白，另外，由於其消毒能力較強，常作為飲用水消毒殺菌劑替代傳統的液氯消毒 [3]  。
中文名
二氧化氯 [1] 
外文名
Chlorine Dioxide [1] 
化學式
ClO2 [1] 
分子量
67.452 [1] 
CAS登錄號
10049-04-4 [1] 
EINECS登錄號
233-162-8 [1] 
熔    點
-59 ℃ [1] 
沸    點
11 ℃ [1] 
水溶性
極易溶
密    度
3.09 g/cm³
外    觀
黃綠色到橙黃色的氣體
應    用
主要用於紙漿和紙、纖維、小麥麪粉、澱粉的漂白，飲用水消毒殺菌
安全性描述
S23；S26；S28；S38；S36/S37/S39；S45；S61 [1] 
危險性符號
O；T+；N [1] 
危險性描述
R6 [1] 
UN危險貨物編號
9191 [1] 

目錄

  1. 1 研究歷史
  2. 2 物質結構
  3. 3 理化性質
  4. ▪ 物理性質
  5. ▪ 化學性質
  6. 4 計算化學數據
  1. 5 毒理學數據
  2. 6 作用機理
  3. 7 用途
  4. ▪ 殺菌、消毒
  5. ▪ 殺菌
  6. ▪ 保鮮
  1. ▪ 漂白
  2. 8 危害
  3. 9 國家標準
  4. 10 安全信息

二氧化氯研究歷史

1811年，英國科學家Humphrey Davy將鹽酸加入氯酸鉀中發現了二氧化氯，但因其不易製備且性質不穩定，並未被深入研究和推廣應用。直到20世紀40年代，人們才認識到二氧化氯具有強力殺菌、消毒、漂白等作用，隨着更加穩定的二氧化氯開發，美國、加拿大、德國、日本等工業發達國家對其進行了廣泛的研究和推廣應用，應用領域已涉及水處理、造紙、食品、醫療衞生等多個領域。中國也於2006年開始出現相關研究報告，並將其先後用於水果、蔬菜等食品的消毒保鮮以及消毒、去除甲醛污染等領域 [4]  。

二氧化氯物質結構

二氧化氯分子以遊離單體存在，是對稱性的非線性三原子分子。O-Cl-O所形成的鍵角為117.7º±1.7º，2個氧與中間的氯的距離相等，其中氯氧鍵表現出明顯的雙鍵特徵。二氧化氯具有共軛結構，因為氯的3d軌道與氧的P軌道共軛，形成離域π鍵。雖然二氧化氯的電子結構呈不飽和狀態，但其溶於水時卻不以二聚體或多聚體狀態存在，這對於其在水中的擴散是極其有利的，其溶解於水中時會形成ClO₂•6H₂O和ClO₂•8H₂O這樣的水合物。
二氧化氯結構 二氧化氯結構

二氧化氯理化性質

二氧化氯物理性質

液體二氧化氯 液體二氧化氯
紅黃色有強烈刺激性臭味氣體；11℃時液化成紅棕色液體，-59℃時凝固成橙紅色晶體。有類似氯氣和硝酸的特殊刺激臭味。液體為紅褐色，固體為橙紅色。沸點11℃。相對蒸氣密度2.3g/L [1]  [5]  。
可溶性：極易溶於水而不與水反應，幾乎不發生水解（水溶液中的亞氯酸和氯酸只佔溶質的2%）；在水中的溶解度是氯的5～8倍。溶於鹼溶液而生成亞氯酸鹽和氯酸鹽。二氧化氯還可溶於冰醋酸、四氯化碳中，易被硫酸吸收，但不與硫酸反應 [6]  。
水中溶解度：20℃時0.8g/100mL。

二氧化氯化學性質

二氧化氯遇熱水則分解成次氯酸、氯氣、氧氣，受光也易分解，其溶液於冷暗處相對穩定。二氧化氯能與許多化學物質發生爆炸性反應。對熱、震動、撞擊和摩擦相當敏感，極易分解發生爆炸。受熱和受光照或遇有機物等能促進氧化作用的物質時，能促進分解並易引起爆炸。若用空氣、二氧化碳、氮氣等惰性氣體稀釋時，爆炸性則降低。屬強氧化劑，其有效氯是氯的2.6倍。與很多物質都能發生劇烈反應。腐蝕性很強 [7]  。
分解
二氧化氯的分解
——
2ClO2→Cl2+2O2
氧化作用
對錳的氧化
二氧化氯能夠把二價錳氧化成四價錳，使之形成不溶於水的二氧化錳(MnO2)
2ClO2+5Mn2++6H2O=5MnO2+12H++2Cl-
對鐵的氧化
二氧化氯同樣也能夠把二價的鐵氧化成三價的鐵，形成氫氧化鐵沉澱
ClO2+5Fe(HCO3)2+13H2O=5Fe(OH)3+10CO32-+Cl-+21H+
對硫化物的氧化
二氧化氯在pH值5～9的區間內，很快將硫化物（S2-）氧化成硫酸鹽（SO42-）
8ClO2+5S2-+4H2O=5SO42-+8Cl-+8H+
對氰化物的氧化
二氧化氯可以將氰化物氧化成二氧化碳和氮
2ClO2+2CN-=2CO2+N2+2Cl-

二氧化氯計算化學數據

疏水參數計算參考值（XlogP）
1.4 [1] 
氫鍵供體數量
0 [1] 
氫鍵受體數量
1 [1] 
可旋轉化學鍵數量
0 [1] 
互變異構體數量
0
拓撲分子極性表面積
18.1 [1] 
重原子數量
3 [1] 
表面電荷
0
複雜度
7.5 [1] 
同位素原子數量
0
確定原子立構中心數量
0
不確定原子立構中心數量
0
確定化學鍵立構中心數量
0
不確定化學鍵立構中心數量
0
共價鍵單元數量
1 [1] 

二氧化氯毒理學數據

急性毒性：94mg/kg（大鼠口服）；LCLo：260 ppm（大鼠，2小時）。

二氧化氯作用機理

二氧化氯具有殺菌、漂白、除臭、消毒、保鮮的功能。主要是因為二氧化氯具有氧化作用，二氧化氯分子的電子結構呈不飽和狀態，外層共有19個電子，具有強烈的氧化性，主要是對富有電子（或供電子）的原子基團（如含巰基的酶和硫化物，氯化物）進行攻擊，強行掠奪電子，使之成為失去活性和改變性質的物質。
1、殺菌機理
二氧化氯對細胞壁有較強的吸附和穿透能力，放出原子氧將細胞內的含巰基的酶氧化起到殺菌作用。
2、漂白作用
二氧化氯的漂白是通過放出原子氧和產生次氯酸鹽而達到分解色素的目的。用它做漂白劑代替氯氣、氯酸鹽等，可阻止並避免與纖維發生氧化而降低纖維強度，因而效果更全面。
3、除臭作用
二氧化氯的除臭是因為它能與異味物質（如H2S、-SOH、-NH2等）發生脱水反應並使異味物質迅速氧化轉化為其他物質。而且它能阻止蛋氨酸分解成乙烯，也能破壞已形成的乙烯，從而延緩腐爛，同時殺死微生物而不與脂肪酸反應並不破壞食品結構 [10]  。

二氧化氯用途

二氧化氯殺菌、消毒

應用
説明
對飲用水的消毒
二氧化氯是淨化飲用水的一種十分有效的淨水劑，其中包括良好的除臭與脱色能力、低濃度下高效殺菌和殺病毒能力。二氧化氯用於水消毒，在其濃度為0.5～1mg/L時，1分鐘內能將水中99%的細菌殺滅，滅菌效果為氯氣的10倍，次氯酸鈉的2倍，抑制病毒的能力也比氯高3倍，比臭氧高1.9倍。二氧化氯還有殺菌快速，pH範圍廣（6-10），不受水硬度和鹽份多少的影響，能維持長時間的殺菌作用，能高效率地消滅原生動物、孢子、黴菌、水藻和生物膜，不生成氯代酚和三滷甲烷，能將許多有機化合物氧化，從而降低水的毒性和誘變性質等多種特點 [9]  。
對空氣的殺菌
空氣中含有大量可以致病的細菌，特別是飲食業場所及食品加工廠生產車間空氣中微生物種類和數量多而複雜，對於這些微生物普遍採用的是紫外線滅菌方式，但由於室內空氣相對濕度大，紫外線殺菌效果並不理想。而二氧化氯製劑的滅菌能力強，分解迅速無殘留，非常適於飲食業及食品加工業的有關場所的空氣噴霧殺菌及消毒。此外，春秋兩季是感冒、氣管炎等傳染病的多發季節，可以用二氧化氯對環境進行消毒，不但能殺滅病原微生物，還能消除異味，清新空氣。因此，二氧化氯是十分理想的預防“非典”的環境消毒劑。
對廚房用具、食品機械設備的消毒
廚房用具、食品機械設備、容器等如果不經徹底的消毒，容易對食品造成污染，導致食物中毒的發生。用二氧化氯對廚房用具、食品機械設備、容器等進行消毒，可殺滅大腸桿菌、金黃色葡萄球等。
在醫療領域
二氧化氯用於口腔含漱，可有效控制牙齦炎、牙斑菌和口臭，用作坐浴或沖洗，可防止多種疾病，等等。在1998年抗洪救災中，抗洪戰士用二氧化氯消毒液洗臉、坐浴、擦身、泡腳、泡洗內衣褲等，其神奇作用再次被驗證。實踐證明，二氧化氯對防治紅眼病、皮膚病及除臭有良好效果。
水產養殖、畜禽養殖的消毒
二氧化氯水產養殖藥劑可用於治療魚、蝦、蟹、甲魚、蛙類等細菌性、病毒性疾病。對鯉、草、鰻、羅非魚等的赤皮、爛腮、出血性敗血病、腸炎、爛尾、水黴病等；蝦類病毒病、黑鰓、白毛病、打印病等；蟹類爛腮、水腫、腸炎、上岸症、顫抖等；甲魚腐皮病、紅、白底板病、出血病、穿孔病等；蛙類的皮膚病、眼病等病害具有獨特功效，並能去除水中異味，改善水質，增加水體含氧量 [8]  。

二氧化氯殺菌

二氧化氯是一種廣譜、高效的滅菌劑。國外許多的研究結果表明，二氧化氯在極低的濃度（0.1ppm）下，即可殺滅許多諸如大腸桿菌、金黃色葡萄球菌等致病菌。即使在有機物的干擾下，在使用濃度為幾十ppm時，也可完全殺滅細菌繁殖體、肝炎病毒、噬菌體和細菌芽孢等所有微生物。

二氧化氯保鮮

1、食品的保鮮
二氧化氯一般使用濃度較小，可直接用於水果、蔬菜、肉類的殺菌、保鮮。將水果、蔬菜在二氧化氯溶液中浸泡片刻，既能殺死微生物又不與脂肪酸反應，不破壞蔬菜的纖維組織並對果蔬的味道、營養無任何損害，且無需再用清水清洗。在流通領域中，有些不宜水洗的果蔬，可用固體的二氧化氯與果蔬一起裝入包裝箱，可長時間緩慢放出二氧化氯，既滅菌，又可達到保鮮作用。經二氧化氯溶液浸泡的魚、雞、禽類，不僅可消除腥臭味，還可有效控制微生物生長，延長儲藏期，並能保持鮮美的口味。用二氧化氯處理禽蛋，保鮮效果亦良好，且不影響蛋的孵化。
2、除臭、除異味
二氧化氯能和空氣中的硫化合物及水中鐵和錳化合物相作用，但是不與氨反應 [2]  ，因此可消除空氣和水中的臭味。用二氧化氯溶液對冰箱進行擦洗，可達到消除異味的作用。在衞生間中可用二氧化氯溶液進行噴霧，可迅速去除臭味。
發達國家已將二氧化氯應用到幾乎所有需要殺菌消毒領域。在中國，二氧化氯的應用雖然剛剛起步，但有理由相信，在不久的將來，二氧化氯一定會成為生產和生活中必不可少的日常用品，其發展前景無限廣闊。

二氧化氯漂白

1、紡織：用於棉紗、麻等天然纖維的漂白。
2、造紙：紙漿漂白，提高白度。
3、食用菌：竹筍等食品的漂白
各國對二氧化氯使用範圍的法律規定
時間
國家
批准機構
使用範圍
1992

WHO
飲用水消毒
1987
德國

飲用水消毒
1985
美國
FDA
食品加工設備消毒
1987
美國
EPA
食品加工廠、啤酒廠、飯店的環境消毒
醫院、實驗室的硬質和無空表面器械的殺菌和防黴
1989
美國
EPA
儲存水消毒；動物居住場所如家禽、豬、狗圈等的消毒除臭
1988
日本
食品衞生部
飲用水消毒
1987
澳大利亞
澳衞生部
食品添加劑926號，食品漂白劑
1987
中國
衞生部
食品工業、醫療、製藥、畜牧、
水產養殖、公共環境等領域的消毒和滅菌
1996
中國
衞生部
水產品和果蔬防腐保鮮的食品添加劑
2002
美國
FDA
食品加工設備、管道、工藝器具及特別在牛奶加工廠
2005
中國
衞生部
飲用水消毒

二氧化氯危害

二氧化氯具有強氧化性，空氣中的體積濃度超過10%便有爆炸性，但其水溶液卻是十分安全的（水中含量超過30%易爆炸）。它能與許多化學物質發生爆炸性反應，對受熱、震動、撞擊、摩擦等相當敏感，極易分解發生爆炸。

二氧化氯國家標準

國家標準
標準號
英文名
實施時間
《二氧化氯消毒劑衞生標準》
GB 26366-2010
《Hygienic standard for chlorine dioxide disinfectant》
2011年6月1日
《二氧化氯消毒劑發生器安全與衞生標準》
GB 28931-2012
《Safety and sanitation standard for chlorine dioxide disinfectant generator》
2007年2月1日
《穩定性二氧化氯溶液》
GB/T 20783-2006
《Stable chlorine dioxide solution》
2007年6月1日
《帶二氧化氯的四段漂白系統能量平衡及能量效率計算方法》
GB/T 27709-2011
《Calculation method of energy equilibrium and energy efficiency in four stages bleaching system with chlorine dioxide》
2012年
《二氧化氯固體釋放劑》
GB/T 27802-2011
《Solid composition releasing chorine dioxide》
2012年6月1日
《二氧化氯固體釋放劑分析方法》
GB/T 27803-2011
《Analysis method for solid composition releasing chorine dioxide》
2012年6月1日

二氧化氯安全信息

  • 危險品運輸編碼：UN 9191
  • 危險類別碼：R6
  • 安全説明：S23-S26-S28-S36/37/39-S38-S45-S61
  • 危險品標誌：O: Oxidizing agent;T+: Very toxic;N: Dangerous for the environment
參考資料
  • 1.    二氧化氯  ．化源網[引用日期2022-10-27]
  • 2.    嚴煦世 範瑾初. 高等學校推薦教材 給水工程 （第三版）[M]. 1995:362
  • 3.    黃君禮,崔崇威.二氧化氯物理化學性質研究進展[J].哈爾濱建築大學學報,1999(05):47-51.
  • 4.    諸愛士.穩定性二氧化氯製備及其穩定性研究[J].科技通報,2008(01):109-113.
  • 5.    魏蘭芬.二氧化氯研究及其應用現狀[J].中國消毒學雜誌,2012,29(03):218-222.
  • 6.    黃國良.二氧化氯的理化性質及其應用[J].化學教學,2003(05):46-47.
  • 7.    劉春峯. 二氧化氯的研究[D].貴州大學,2007.
  • 8.    Bai Z, Cristancho D E, Rachford A A, et al.. Controlled release of antimicrobial ClO2 gas from a two-layer polymeric film system[J]. Journal of agricultural and food chemistry, 2016, 64(45): 8647-8652.
  • 9.    馮淼,崔亞偉.二氧化氯在水處理技術中的應用[J].水處理技術,2012,38(S1):12-14+27.
  • 10.    肖蘭志,高金龍,王棟.幾種常用水處理消毒工藝的對比[J].給水排水,2012,48(S2):96-98.