二氧化氯是世界衛(wèi)生組織(WHO)、世界糧農(nóng)組織(FAO)、美國(guó)環(huán)保組織(EPA)、中國(guó)衛(wèi)生部等公認(rèn)的A1級(jí)綠色消毒劑,到目前為止還沒(méi)發(fā)現(xiàn)不能被它殺滅的微生物,具有殺菌、消毒、防腐、漂白、除臭、保鮮等多種功能,且具有廣譜、高效、快速、安全、無(wú)殘留等特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于衛(wèi)生防疫、民用家居、食品加工、水產(chǎn)養(yǎng)殖、農(nóng)業(yè)種植、水處理、造紙、紡織、公共場(chǎng)所場(chǎng)地空間消毒等各場(chǎng)景。以其本身和消毒過(guò)程中無(wú)毒無(wú)"三致"(致癌、致畸、致突變)效應(yīng),在消毒界贏得了廣泛的贊譽(yù)和好評(píng)二氧化氯水中,是常規(guī)消毒劑和漂白劑不錯(cuò)的替代品。
二氧化氯的生產(chǎn)、應(yīng)用是基于其基礎(chǔ)的理化性質(zhì)展開(kāi)的。一切科學(xué)、合理、安全地生產(chǎn)和使用二氧化氯的行為均依據(jù)其性質(zhì)。所以全面了解二氧化氯的性質(zhì)是非常有必要的, 一切違背二氧化氯基礎(chǔ)性質(zhì)的生產(chǎn)和應(yīng)用都是不科學(xué)的、不規(guī)范的。下面我們就二氧化氯性質(zhì)全面介紹給大家,以利于對(duì)二氧化氯的全面正確認(rèn)識(shí)、研究、開(kāi)發(fā)與利用。
二氧化氯的物理性質(zhì)
二氧化氯(ClO2),分子量67.45,是在自然界中完全以單體游離基形 式存在的少數(shù)化合物之一。熔點(diǎn)-59℃,常壓下沸點(diǎn)11℃二氧化氯水中,臨界點(diǎn) 153℃。在冷卻并超過(guò)-40℃時(shí),成為呈深紅色的液體二氧化氯,二氧化氯蒸氣在外觀和味道上酷似氯氣。二氧化氯氣體是一種黃綠色氣體,具有與氯相似的刺激性氣味。0℃時(shí)二氧化氯的蒸氣壓為500 torr (1torr=133.322Pa), 二氧化氯的蒸氣分壓超過(guò)40kPa時(shí)產(chǎn)生爆轟性爆炸,在空氣中的體積濃度超 過(guò)10%時(shí)便有發(fā)生輕度爆炸的危險(xiǎn),超過(guò)15%時(shí)發(fā)生分解性爆鳴。壓縮或貯存二氧化氯的一切嘗試,無(wú)論是單獨(dú)或同其他氣體結(jié)合,在商業(yè)上均未成功。
二氧化氯氣體易溶于水,溶解于水中形成黃綠色的溶液。二氧化氯水中溶解熱27.6kJ/mol,在20℃標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,它在水中的溶解度8.3mg/L,溫度上升溶解度下降。
危險(xiǎn)性:二氧化氯溶液濃度在10g/l以下時(shí),基本沒(méi)有爆炸危險(xiǎn);水溶液中質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于30%時(shí),與之平衡的氣相就易發(fā)生爆 炸,在有有機(jī)物存在時(shí)硫化氫報(bào)警器,這類爆炸會(huì)更強(qiáng)烈。
二氧化氯化學(xué)性質(zhì)
ClO2的化學(xué)性質(zhì) ClO2在水溶液中的紫外吸收光譜:Amax 360nm。 ClO2分子的電子結(jié)構(gòu)呈不飽和狀態(tài),但在水中,卻不以二 聚或多聚狀態(tài)存在,這對(duì)ClO2在水中的迅速擴(kuò)散是有利的。
二氧化氯對(duì)光敏感,在水中溶解的二氧化氯,在436nm處的光解量子產(chǎn) 率為0.20mol/E,在405nm處則上升為1.0mol/E,其機(jī)理如下: 2ClO2+hγ→2ClO—+2O- ClO-+H2O→H2ClO2 H2ClO2+ClO—→HClO3+HCl 2ClO2+hγ+H2O→HClO3+HCl+2O—
二氧化氯在低溫下光解生成易爆炸的暗棕色物質(zhì)C2O3,很危險(xiǎn)。 因此,實(shí)際應(yīng)用中二氧化氯應(yīng)避光保存,一般情況下,現(xiàn)制備,現(xiàn)使用。在理論上,ClO2應(yīng)為亞氯酸和氯酸的酸酐,即: 2ClO2+H2O→HClO3+HClO2 二氧化氯在酸性溶液中不穩(wěn)定,開(kāi)始還原到HClO2,進(jìn)而分解為 HCl和HClO3,在堿性溶液中迅速生成ClO2-和ClO3-混合物。 但在實(shí)際水處理?xiàng)l件下(pH=6.8),二氧化氯在水中有較大的安定性(48h 以上),20℃時(shí)其離解常數(shù)為: [HClO2][HClO3]/[ClO2]2=1.2×10-7 當(dāng)pH≥9,ClO2才明顯發(fā)生歧化反應(yīng):
2ClO2+2OH-→ ClO2-+ClO3-
二氧化氯的強(qiáng)氧化性
在酸性條件下,二氧化氯有很強(qiáng)的氧化性:
ClO2+4H++5e→C—+H2O 二氧化氯的電極電位:Eo(V)=1.511-0.0473pH+0.0118 lg[ClO2/Cl-] 二氧化氯的氧化能力與溶液的酸堿性有關(guān),酸性越強(qiáng)二氧化氯水中,氧化能力亦越強(qiáng)。
在水處理?xiàng)l件下(pH=7):
ClO2+e→ClO2- E0=0.95V
ClO2-+H2O+4e→Cl-+4OH- E0=0.78V
ClO2+2H2O+5e→Cl-+4OH- E0=1.73V
而:Cl2+2e→2Cl- E0=1.36V
理論上講二氧化氯的氧化能力是氯的5e/2e=2.5倍。
ClO2氧化還原反應(yīng)的程度取決于水中還原劑的強(qiáng)弱,水中少量的 S2-、SO32-、SnO22-、AsO32-、SbO32-、S2O32-、NO2-和CN-等 還原性酸根物質(zhì)被氧化去除。例如: CN-+2ClO2+2OH-→CNO-+2ClO2-+H2O 10CNO-+6ClO2 +4H+→10CO2+5N2+6Cl-+2H2O 。水中一些還原狀態(tài)的金屬離子Fe2+、Mn2+、Ni2+等也能被氧化,例如 : 2ClO2+5Mn2++6H2O→5MnO2↓+12H++2C1- ClO2+5Fe(HCO3)2+3H2O→5Fe(OH)3↓+10CO2+C1-+H+ 此外,ClO2還可將以有機(jī)鍵合形式存在的Fe2+、Mn2+氧 化,這一過(guò)程無(wú)疑強(qiáng)化了水中Fe2+、Mn2+的去除效果。 ClO2不與水中的NH3和氯胺作用,為此,經(jīng)氯胺消毒過(guò) 的飲用水在貯運(yùn)中的進(jìn)一步消毒可以采用ClO2。 對(duì)水中殘存有機(jī)物的氧化,二氧化氯比氯氣要優(yōu)越,二氧化氯以氧化反應(yīng)為主,而氯氣以親電取代為主。經(jīng)二氧化氯氧化的有 機(jī)物多降解為含氧基團(tuán)(羧酸)為主的產(chǎn)物,無(wú)氯代產(chǎn)物出 現(xiàn)。如對(duì)水中的酚,二氧化氯可將其氧化成醌式支鏈酸。而經(jīng)氯氣處理后,都產(chǎn)生臭味很大的氯酚。二氧化氯的強(qiáng)氧化性 還表現(xiàn)在它對(duì)稠環(huán)化合物的氧化降解上。如二氧化氯可將致 癌物的3,4-苯并芘氧化成無(wú)致癌性的醌式結(jié)構(gòu)。 此外,灰黃霉素、腐植酸也可被氧化降解,而且其降解產(chǎn)物不以氯仿出現(xiàn),這一點(diǎn),是傳統(tǒng)的氯處理方法所 不能實(shí)現(xiàn)的。
實(shí)驗(yàn)還表明,二氧化氯對(duì)水中的色、味去除能力很強(qiáng)。二氧化氯是強(qiáng)氧化劑,雖然含有正價(jià)的氯,但他歸于過(guò) 氧化物類,而不屬于含氯消毒劑或氯制劑,因?yàn)樗谒胁⒉划a(chǎn)生次氯酸根(ClO-)。 二氧化氯中的Cl以正四價(jià)態(tài)存在,ClO2的名譽(yù)上的(折算) 有效氯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為263%甲醇報(bào)警器,而氯氣的有效氯質(zhì)量分?jǐn)?shù)則 為100%,其名譽(yù)上的有效氯是氯的2.63倍。
二氧化氯應(yīng)用:
二氧化氯在水中的除臭凈化作用
ClO2在飲用水處理中的應(yīng)用、典型的用于自來(lái)水處理中的二氧化氯濃度在0.1和0.5mg/L之間。二氧化氯用于對(duì)原水或預(yù)沉水或?yàn)V前水進(jìn)行消毒、控制嗅味(尤其是酚類、 氯代酚類、藻類副產(chǎn)物引起的嗅味)、將鐵和錳氧化后過(guò)濾脫色、強(qiáng)化有 機(jī)物氧化后的混凝-過(guò)濾效果以及用于裝置中控制微量和大量生物惡臭。ClO2也應(yīng)用于澄清水中,以保持配水系統(tǒng)有一定的殘留消毒作用,這 種應(yīng)用實(shí)踐在歐洲比在美國(guó)更為普遍。繼游離氯或氯胺化作為配水系統(tǒng)滯留消毒劑之后,用二氧化氯作為強(qiáng)氧化劑和初級(jí)消毒劑,是減少三氯甲烷常用的一種處理手段。這種處理方法具有強(qiáng)氧化劑-消毒劑進(jìn)行強(qiáng)化處理那樣的效果,并使三鹵甲烷前驅(qū)物質(zhì) 在投氯之前被二氧化氯除掉。
二氧化氯在水中的型態(tài)
二氧化氯與處理水中的酚類,二氧化氯與酚和酚類化合物(間苯二酚和氫醌)的反應(yīng),研究的目標(biāo)有兩 個(gè)方面。第一,與控制氯代酚的嗅味有關(guān);第二,與酚類作為模擬 化合物有關(guān)。ClO2與酚反應(yīng)不會(huì)生成有味的氯酚,而是將其氧化成對(duì)苯醌和有機(jī)酸。
ClO2與水中處理腐殖質(zhì),ClO2與腐植酸反應(yīng),不會(huì)生成三氯甲烷類。ClO2與三鹵甲烷前驅(qū) 物質(zhì)反應(yīng)時(shí),抑制它們反應(yīng)或不參與三鹵甲烷的生成,主要生成苯多羧酸,二元脂肪酸、羧苯基二羥乙酸、一元脂肪酸四種氧化產(chǎn)物, 它們的致突變性比較低。
二氧化氯控制惡臭,ClO2同酚以外的嗅味化合物的反應(yīng),成功地應(yīng)用于控制霉?fàn)€味、土味或腥臭污染飲用水,對(duì)被評(píng)價(jià)的嗅味化合物表現(xiàn)出不錯(cuò)的去除效果。
ClO2的廣譜消毒作用
殺菌消毒方面的應(yīng)用二氧化氯對(duì)經(jīng)水、空氣傳播的病源微生物,包括病毒、芽孢以及子路系統(tǒng)中的 異養(yǎng)菌,硫酸鹽還原菌和真菌均有很好的消毒效果。Lngols等提出二氧化氯對(duì)微生物的殺滅原理是:二氧化氯對(duì)細(xì)胞壁有較好的吸附和透過(guò)性能,可有效地氧化細(xì)胞內(nèi)含硫 基的酶。Bermard證實(shí),二氧化氯可快速地控制微生物蛋白質(zhì)的合成。二氧化氯消毒大腸肝菌的效果,即使在介質(zhì)的pH范圍變化較大時(shí),影響 也不大。 二氧化氯對(duì)孢子的殺滅作用比氯氣更強(qiáng)。對(duì)病毒的殺滅效果,二氧化氯比臭氧、氯氣更有效。對(duì)水處理系統(tǒng)中的水池、過(guò)濾設(shè)備和水管中的藻類、異養(yǎng)菌、鐵細(xì)菌、 硫酸鹽還原菌,二氧化氯均有較好的去除效果。加入到地表水原水中的二氧化氯,接觸42h后約有50%~70%轉(zhuǎn)變?yōu)镃lO2- (約48%)和ClO3-(約22%)而殘留于水中[1](另有約28%被還原為 Cl-),這也表明在水處理過(guò)程中,并不是二氧化氯所有的氧化能力都被 利用了。二氧化氯對(duì)人體的影響在于它的氧化作用,特別是對(duì)消化道和血液的影響。有研究表明,亞氯酸根、二氧化氯對(duì)紅血細(xì)胞有損害,對(duì)碘的吸收代謝有干擾,還會(huì)使血液膽固醇升高。美國(guó)EPA建議用ClO2消毒時(shí)水中殘余氧化劑(二氧化氯、亞氯酸根、氯酸根)總量應(yīng)在1.0mg/L以下,這樣對(duì)人體健康不會(huì)有影響。除去殘余的二氧化氯以及亞氯酸根、氯酸根采用活性炭過(guò)濾,投加亞鐵鹽,二氧化硫,亞硫酸鈉等還原劑都很有效。
小結(jié):作為一種優(yōu)良水處理劑,ClO2的優(yōu)點(diǎn)十分明顯:
(1) 不會(huì)與水中腐植酸類物質(zhì)反應(yīng)生成致癌的鹵代烴 (THMS);
(2) 不與水中的氨反應(yīng)形成消毒效力低的氯胺;
(3) 在pH較高時(shí)消毒效力不會(huì)降低;
(4) 長(zhǎng)期使用不會(huì)引起微生物的抗藥性。
二氧化氯是四種常用消毒劑(臭氧、二氧化氯、氯氣和氯胺)中綜合性能最好的,其安全性被世界衛(wèi)生組織列為AI級(jí),是一種公認(rèn)的氯系消毒劑理想的替換產(chǎn)品
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