二氧化氯是一種具有強氧化性的無機化合物，化學式為ClO?，由一個氯原子和兩個氧原子組成。ClO?的分子為V形，具有極性。其電子結構顯示未配對電子，使其具有強氧化性和高度的反應活性。常溫常壓下為一種帶有辛辣氣味的黃綠色到橙色氣體（具體顏色與二氧化氯的濃度有關）。其易溶于水，溶于堿溶液、硫酸、乙酸以及四氯化碳。二氧化氯是一種新型的消毒殺菌劑，常用于飲用水的消毒，其消毒效果優于傳統的氯消毒。與氯氣不同，它在反應過程中不會生成有害的鹵代副產物（如三鹵甲烷），具有更環保的特性。除此之外，二氧化氯還具有漂白性，常用于紙漿和紙、纖維、小麥面粉、淀粉的漂白，油脂、蜂蠟等的精制。
發展歷程
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，但因其制備不安全、性質不穩定、易燃易爆，一直未被深入研究和推廣應用。20世紀初，埃爾曼·鮑爾（Erman Bauer）等人對二氧化氯進行了系統的量化分析，利用氣相色譜法對其反應性進行研究，證實了其作為消毒劑的有效性。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，70年代初，隨著穩定性二氧化氯的開發和研制成功，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、衛生、養殖等行業。中國也于2006年開始出現相關研究報告，并將其先后用于水果、蔬菜的消毒保鮮，空間、物體表面消毒及去除甲醛污染等，緊隨國際技術發展腳步。
化學結構
二氧化氯以游離單體存在，氯氧鍵表現出明顯的雙鍵特征（見下圖），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。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，但其溶于水時卻不以二聚體或多聚體狀態存在，這對于其在水中的擴散是極其有利的，其溶解于水中時會形成ClO??6H?O和ClO??8H?O這樣的水合物。
二氧化氯晶體中，兩個相鄰的二氧化氯分子（由一個中心氯原子和周圍兩個氧原子組成）形成一個頭尾相接的二聚體。從二氧化氯的鍵長表中可以得知，在一個二氧化氯二聚體中，總有一對明顯較短的CI-O鍵。
理化性質
物理性質
二氧化氯分子由一個氯原子和兩個氧原子組成，外電子層共有19個電子，其電子結構顯示未配對電子，使其具有強氧化性和高度的反應活性，是自然界中完全以單體自由基形式存在的少數化合物之一；在標準狀態下，氣體密度為3.09 g/L（比空氣重）。二氧化氯在常溫下是黃色氣體，冷卻并低于-40℃以下時，液化，液體為栗色，溫度低于-59℃時為橙黃色固體。
二氧化氯氣體易溶于水并形成黃綠色的溶液，在水中的溶解度與其分壓和水溫有關。它的溶解度在低溫下會增加，因此，當以高于3克/升的濃度存儲時，通常使用冷水（5℃）。二氧化氯還可溶于乙酸、四氯化碳中，易被硫酸吸收，但不與硫酸反應。
化學性質
二氧化氯的分解反應
二氧化氯是一種易于爆炸的氣體。當空氣中二氧化氯的含量大于10%或在水溶液中含量大于30%時都易于發生爆炸；當二氧化氯受熱、光照條件或與有機物接觸摩擦等能促進氧化作用的物質時，也會加速其分解并引起爆炸。
氣相分解
純氣態ClO?在30℃以一定速率分解，在50℃時則為爆炸性分解。
液相分解
二氧化氯在酸性或中性水溶液中較穩定，但受熱或在光照條件下會加速其發生分解，并且其分解速度隨著PH值升高而加快，具體發生反應見下圖，所以二氧化氯在不良條件下或者存放時間過長會“變質”。
當pH<1.94時：
當1.94 當pH>7.4時： 二氧化氯和堿發生歧化反應 二氧化氯與堿反應會發生自歧化反應。 二氧化氯的氧化反應 二氧化氯是強氧化劑，電極電位E=1.95V，具有很強的氧化性，可以氧化很多具有還原性的物質，下面列出幾例。 氧化二價錳 二氧化氯能夠把二價錳氧化成四價錳，使之形成二氧化錳沉淀而除去。 氧化二價鐵 二氧化氯同樣也能夠把二價的鐵氧化成三價的鐵，形成氫氧化鐵沉淀。 氧化硫化物 二氧化氯在pH值6-10的區間內，能很快將硫化物氧化成硫酸鹽。 氧化氰化物 二氧化氯可以將化物氧化成二氧化碳和氮。 氧化有機物 二氧化氯對有機物的氧化降解，與氯不同，它不會生成有機氯代物。二氧化氯還可以控制三氯甲烷的形成，從而減少有機氯代物等有害物質的生成，如通過研究和試驗表明，二氧化氯與黃腐酸（腐殖質的主要組成物質，是三氯甲的前驅物質之一）反應幾乎不生成三氯甲烷，而液氯與黃腐酸反應，則會生成大量三氯甲烷。 氣體二氧化氯制備方法很多，從發生原理上可分為化學法和電解法兩大類。 電解法 電解法主要是以氯化鈉、亞氯酸鈉或氯酸鈉為原料，采用隔膜電解技術制取二氧化氯。與傳統方法相比，直接電解原料能夠制備出純度高達98%以上的二氧化氯，且幾乎不含其他氣體副產物。但電解法因電耗大，設備復雜，除與某些大廠配套外，目前一般都用化學法制備二氧化氯。 電解法以氯化鈉或氯酸鈉的水溶液為電解液，采用表面涂覆金屬氧化物的耐酸鋼作陰極，表面涂覆金屬氧化物的石墨礦作陽極，在兩室電解池或三室電解池（室與室之間用離子選擇性透過膜隔開）中直接電解電解液生產二氧化氯。以氯酸鈉、亞氯酸鈉或氯化鈉為電解質均可制取二氧化氯，目前以氯化鈉、亞氯酸混合物為電解原料較為多見，反應機理如下。 化學法 國際上通過化學法來制備二氧化氯的技術已趨成熟，根據主要原料的不同又可分為亞氯酸鹽法和氯酸鹽法。 亞氯酸法 亞氯酸鹽法主要通過氧化亞氯酸鈉來制備二氧化氯（氧化劑多用Cl，NaClO?等），該法以亞氯酸鈉為主要原料，反應條件溫和，轉化率和產品純度都較高，是一種制備二氧化氯的好方法。但因NaClO?價格昂貴（為NaClO?的3～4倍），又屬高危化學物質，使其應用受到限制，因而亞氯酸鹽法主要用于小型二氧化氯發生器中。目前，以亞氯酸鈉為原料發生二氧化氯的方法主要有酸化法、氯氣氧化法、過硫酸鹽氧化法、二氧化碳法等。 氯酸鹽法 氯酸鹽法以氯酸鈉為主要原料，還包含其他氯酸鹽或氯酸，普遍用于工業化大規模生產中。氯酸鈉價格相比亞氯酸鈉便宜許多。在酸性條件下與不同的還原劑生產得到二氧化氯，常用的還原劑有二氧化硫、氯離子、甲醇和過氧化氫等，其中氯離子被認為是直接還原劑，其他則為間接還原劑。 鹽酸為還原劑 該法中鹽酸不僅為還原劑，還作為反應介質，反應速度較快，轉化率也高，但會產生大量的氯氣。 鹽酸有原位（in situ）制備和直接用鹽酸兩種工藝。 前者是通過NaCl和H?SO?反應原位生成鹽酸后（如下）， 之后與NaClO?反應反應得到ClO?（總反應方程式見下方）。這一制備方法被稱為R2法，因要用到食鹽，也有人稱食鹽法。 后者通過直接加入鹽酸與NaClO?反應反應得到ClO?（主反應如下）， 但該反應伴隨有副反應的發生（如下）。 這種直接加入鹽酸的方法稱為R5法或Kesting法。 這兩種以鹽酸為還原劑的方法，生產原料來源方便，工藝簡單，但轉化率一般不高，其最大的不足是所得產物中至少含有三分之一的氯氣，使二氧化氯純度不高。 甲醇為還原劑 以甲醇為還原劑的發生方法，尤其是R8法（反應方程式見下圖），是工業化生產應用最多的二氧化氯發生技術。該反應的轉化率約為85～90%，由于甲醇沸點低又有毒，屬高危化學品。因此所產生的二氧化氯中常含有甲醇蒸氣，國際上明令禁止將此方法用于飲用水消毒，但可用于紙漿漂白。 當酸度為8.0～8.2 mol/L時，主反應為方程式為： 當酸度較低時，容易發生以下副反應： 用H?O?作還原劑制備二氧化氯的方法（R11法）所依據的反應隨酸不同而有所不同。 當酸度為1.0～2.5 mol/L時，主反應為： 當酸度大于5.5 mol/L時，副反應為： 該方法反應速率快，轉化率和產品純度都高，且對于飲用水和紙漿漂白均適用。但該方法所用的還原劑H?O?價格高，穩定性差，且屬高危化工產品，這影響了它的大規模應用，至今在中國國內僅有少數工廠在小規模的使用。 二氧化硫為還原劑 以SO?為還原劑（R1法）制備二氧化氯的方法（反應方程式如下）： 該方法實際上為（見下圖）： 還伴隨著反應（見下圖）： 因該方法轉化率不高，副產物多，原料SO?來源不便、成本較高，所以除一些規模不大的老廠用此法生產二氧化氯以制備亞氯酸鈉外，大型生產廠已不用此法。 新型還原劑 下面介紹幾種近年來使用新型還原劑生成二氧化氯的方法。 多元醇還原劑 針對甲醇還原劑易揮發損耗和產生二次污染問題，美國專利采用高沸點的乙二醇、丙三醇等多元醇代替甲醇作為還原劑制備二氧化氯，克服了揮發有機化合物二次污染問題。為降低多元醇還原劑原料成本，國際上還有專利公開采用富含丙三醇的生物柴油作還原劑來制備二氧化氯。 硫化合物還原劑 針對SO?還原劑成本高的問題，彭清靜（中國，湖南大學）等人研究用廉價的硫鐵礦代替SO?作為還原劑與氯酸鈉反應制備二氧化氯，反應式如下： 中國專利公開了采用蔗糖作還原劑制備二氧化氯，并進一步延伸到成本更加低廉的淀粉和纖維素等碳水化合物作還原劑制備二氧化氯。淀粉和纖維素等碳水化合物分子比較大，預計轉化率和反應速度不高，針對這種情況，可以將碳水化合物通過水解、發酵或空氣氧化預處理轉化為小分子的醇或有機酸后作還原劑，反應效率可望提高，這有待進一步深入研究。 尿素還原劑 中國四川大學的科研人員發明了用尿素作還原劑與氯酸鹽反應制備二氧化氯的方法，在中國內外首次采用尿素作為還原劑生產出高純度的二氧化氯，在最佳條件下，用硫酸作介質時二氧化氯純度和氯酸鈉轉化率均可達到95%以上，據報道該類方法已在小型二氧化氯發生器上應用，其反應式如下： 由于尿素廉價易得（價格一般僅為甲醇和過氧化氫的1/3～1/5），性能穩定，易于貯運，該方法在二氧化氯的制備新工藝中有明顯的優勢，值得大力推廣應用，這也為二氧化氯在各行業的廣泛應用奠定了基礎。但以尿素作還原劑反應具有一開始比較緩慢，中期反應劇烈的問題，對此，中國專利采用尿素與蔗糖或尿素與過氧化氫雙還原劑來制備二氧化氯，克服了單純采用尿素還原劑制備二氧化氯時反應不穩定的問題。 乙二醛還原劑 劉炳光（中國，天津職業大學）等人發明了用乙二醛作還原劑與氯酸反應同時制備二氧化氯和乙醛酸新工藝，反應式如下： 以上反應過程中氯酸被還原為二氧化氯，乙二醛被氧化為乙醛酸，反應過程中沒有廢棄物產生，為綠色生產工藝。由于氯酸原料價格較高，工業生產中可用氯酸鈉和硫酸混合物代替氯酸。該工藝安全穩定，得到產品純度高、無污染，可大大降低二氧化氯和乙醛酸生產成本，適合規模化生產。 由于氣體和液體二氧化氯均不穩定，在空氣中體積分數大于10%就可能爆炸，且遇到光或者還原劑均有引起分解的可能，不便貯存和運輸。所以，通常將其穩定在水溶液或某些固態物質中，形成含一定質量分數有效二氧化氯的產品，即穩定性二氧化氯。 穩定性二氧化氯水溶液的制備 穩定性二氧化氯水溶液是將ClO?溶解于含Na?CO?、Na?BO?或其它堿金屬、堿土金屬及過氧化物的水溶液中，當其濃度在百分之幾（一般為5～7%）時可穩定存在。 穩定態二氧化氯的制備 穩定態二氧化氯是以穩定性二氧化氯溶液或亞氯酸鈉為原料制備而成，并在一定條件下釋放出二氧化氯氣體。按制備方法和制劑原理及功能的不同，可分為反應型、吸附型和緩釋型。 反應型固體二氧化氯的制備 反應型穩定態二氧化氯是將制備二氧化氯的原料以及助劑和穩定劑進行獨立包裝，需使用時一起溶于水中，使其充分反應制得二氧化氯。Bai（美國，陶氏化學公司）等人使用丙烯酸酯基壓敏粘合劑聚合物浸漬亞氯酸鈉和包含酸的聚乙烯醇復合來制備二元復合膜，復合薄膜遇水釋放二氧化氯氣體。 吸附型穩定態二氧化氯的制備 吸附型穩定態二氧化氯是通過吸附劑吸附穩定性二氧化氯水溶液，再將吸附后的二氧化氯性水溶液與固體酸緩釋劑進行混合，兩者發生反應從而生成二氧化氯。叢輪剛（中國，貴州大學）等人以活性炭、硅藻土、凹凸棒土為吸附劑，進行預處理后，將其置于穩定性二氧化氯溶液中，研究吸附劑對二氧化氯吸附性能的影響，包括吸附劑的比表面積和孔結構等，得到吸附劑的微孔孔容及微孔面積與其對二氧化氯的吸附性有關的結論。 緩釋型穩定態二氧化氯的制備 緩釋型穩定態二氧化氯主要就是能夠緩慢釋放二氧化氯氣體的固體制劑，從廣義上講，上面提到的反應型和吸附性二氧化氯消毒制劑在一定條件下也能達到緩慢釋放二氧化氯氣體的功效。蔡園園（中國，廣西大學）等人以蔗渣漿羧甲基纖維素鈉接枝丙烯酸制成的高吸水樹脂為緩釋基材，并加入瓊脂作交聯劑，制成了緩釋型穩定態二氧化氯。 二氧化氯可以用于多種領域，目前中國內外已經將其廣泛應用于水處理（飲用水消毒等）、日用化工（制備成清洗劑、空氣清新凈化劑、空氣殺菌消毒劑、專用防霉劑、殺菌洗滌劑等）、食品行業（肉制品及水果的保鮮）和醫療衛生行業（醫療器械的消毒以及治療皮膚病、創傷等）。 20世紀70年代以前，液氯消毒一直作為最主要的消毒工藝，因其簡單易得、廣譜性、高性價比而得到世界各國的普遍采用。但用傳統氯氣來對水進行處理會產生三氯甲烷、氯酚、氯胺等致癌和致畸物質，二氧化氯作為新型消毒劑，逐漸代替液氯進行水處理。它能有效去除水中的有機物、鐵錳離子及藻類，同時具有廣譜消毒性能，且不會與水中的有機化合物發生取代反應產生這類有毒物質，危害人類健康。但二氧化氯不穩定且具有爆炸性，因而在用量大必須現場制造時，需注意設備的性能和安全操作。 二氧化氯在污水處理中的應用 城市污水經二級處理后排放，往往需要消毒來殺滅可致腸道傳染病的病菌。因為污水中的氨會與大量的氯形成氯胺，而氯胺消毒作用緩慢，在水體中比較穩定，且會對魚類造成危害。因此改用二氧化氯作為消毒劑，不僅可以避免這些弊端，同時可減少向水體中排放鹵代烴的量以及殺滅那些對氯有耐性的病毒。 二氧化氯在醫院廢水處理中的應用 醫院廢水含有許多有害的化學物質以及大量可致病的病原體，如果不經處理而直接排放的話，可能造成某些傳染病的流行，這將對周圍環境和人體健康造成很大的影響。醫院廢水處理需要轉化有害的化學物質和殺菌消毒，以前一般是用氯氣作為處理劑來進行處理，但由于氯氣在處理過程中會與水中的一些有機化合物反應生成副產物（有害物質），嚴重危害人們的健康。因此，氯氣已經被其它處理劑所取代。通過各種方案的比較，二氧化氯被認為是最好的醫院廢水處理劑。已有研究表明，二氧化氯對腸道沙門氏菌、副傷寒桿菌、痢疾桿菌和大腸桿菌等細菌及細菌芽胞等有機物的破壞作用均優于以前慣用的氯元素和漂白粉。目前，已有很多醫院都使用了二氧化氯處理設備來對該醫院廢水進行處理，運行效果比較理想。 二氧化氯在工業循環冷卻水處理中的應用 由于循環冷卻水的特定環境，為微生物的滋長提供了有利條件，微生物卻給冷卻水帶來嚴重危害。因此，控制微生物生長就成為了循環冷卻水處理的關鍵。二氧化氯不僅可以破壞微生物，且不與水中氨和大多數胺類起作用，同時它的殺菌效果不受pH影響，很適宜堿性水處理系統。 消毒劑 研究表明：ClO?對大腸桿菌、傷寒桿菌、艾滋病毒、流感病毒和乙肝病毒等具有很好的殺滅作用。而穩定性ClO?可以釋放具有強氧化性的新生態氧原子來氧化分解病菌、病毒蛋白質中的氨基酸，并且反應得到的產物基本無毒。 其中穩定性ClO?水溶液和各種表面活性劑（包括陰離子型、陽離子型、非離子型及兩性型表面活性劑）復配而成的產物可以作為液體洗消劑 固載二氧化氯是一種固態二氧化氯產品，在加入特制緩釋劑后，其能在一定時間內緩慢釋放出一定量的二氧化氯氣體，因此可使產品始終嚴格控制在安全、有效的環境中使用。尤其是雙組分吸附型固載二氧化氯，其殺菌消毒的起始作用時間、有效釋放時間和有效釋放量都是可以控制的，這一特性使其在日用化工領域將有十分廣闊的應用前景。 固載二氧化氯因其特性，可以研制出一系列不同釋放特性的日用化工產品，如空氣清新凈化劑、空氣殺菌消毒劑、專用防霉劑、殺菌洗滌劑、殺菌護膚霜、專用保鮮劑等等。固載二氧化氯以其卓越的廣譜殺菌、消毒、除臭、防霉和清新空氣的獨特性能與使用效果，還可研發出更多的日用化工產品，其高技術含量和獨一無二的環境友好特點及其可控性、方便性已越來越受到人們的青睞。 二氧化氯作為一種高效、安全、廣譜的消毒滅菌劑被廣泛應用于食品保鮮等領域，通過二氧化氯的抗菌機理來抑制微生物生長和減緩腐敗速率，保持食品品質和延長食品的貨架期，從而提高經濟效益。將二氧化氯保鮮劑應用于食品保鮮也一直是國內外的研究重點。下面舉例論述二氧化氯在食品保鮮領域中的應用： 在果蔬保鮮中的應用 水果在自然成熟過程中會產生加快水果的成熟及腐敗的乙烯，不利于水果的貯運。二氧化氯的抗菌保鮮機理能夠有效阻止乙烯的生成，并且可以破壞已有的乙烯，從而減緩水果衰老及腐敗。 在飲料消毒中的應用 二氧化氯可有效殺滅飲料加工過程中的微生物，保障飲料的衛生安全。 在水產品和肉制品保鮮中的應用 在水產品和肉制品保鮮方面，穩定性二氧化氯能夠高效地抑制細菌和微生物滋生，并且能夠減緩蛋白質變性以及脂肪氧化變質等問題，從而達到對水產品和肉制品的保鮮效果。 二氧化氯具有良好的殺菌作用，對醫療器械的消毒以及治療皮膚病、創傷等方面都有良好的效果。 創面處理劑 二氧化氯不僅能夠將創面易感染的微生物抑制和殺滅，減少創面的感染，給創面一個良好的愈合環境，還能加快止血，進而加快創面的愈合。二氧化氯與局部抗菌藥相比不產生耐藥性，價格便宜。其抗菌和抑菌作用高效，與其他創面處理劑相比更能夠有效地預防和治療創面感染，其作為一種應用于預防和治療創面感染的創面處理劑具有一定的優勢，能給醫療行業帶來一定的效益，有良好的發展前景。 口腔漱口液 將二氧化氯稀釋到一定濃度，可制成高效漱口液。研究證明二氧化氯能夠有效地分解患者口腔內的甲基硫醇以及硫化氫等所引起的口臭代謝產物，從而有效清除口腔異味；除了清除口腔異味，二氧化氯的殺菌作用能夠阻止牙齒生物膜的形成，能抑制好氧和厭氧病原菌的生長，更好地改善了牙周情況，維護口腔健康；二氧化氯含漱液不僅能治療口腔疾病，還具有美白牙齒的功能（二氧化氯美白牙齒的速度比牙齒美白劑中的活性成分過氧化氫更快）。 醫療設備消毒 2%戊二醛是內鏡消毒的一線藥物，但其對操作人員易產生不良反應，而且對分支桿菌和產芽孢桿菌效果欠佳。而二氧化氯對對多數細菌的殺菌效果與2%戊二醛相當，且對于鳥型胞內分支桿菌（Mycobacterium avium-intracellulare）和枯草芽孢桿菌的殺菌作用比戊二醛更迅速。因此二氧化氯替代戊二醛用于內鏡消毒應用前景廣闊。 眼科 二氧化氯可作為眼科的清洗液，沖洗眼內血塊、碎組織等雜質便于手術，同時又有殺菌、消毒和預防手術后感染的功效，除此之外二氧化氯還可用做隱形眼鏡消毒。國際上已將其用于預防、治療性傳播的專用藥劑。 研究結果表明，飲用水中殘余的二氧化氯不會對人體健康產生影響。如在一項臨床試驗中，志愿者喝二氧化氯處理過的水，飲用水中二氧化氯含量大約平均5mg/L，對參與研究的志愿者的血球容量、血色素、紅血球數、氧化血紅朊、肌酸肝和總膽紅素等進行仔細檢查，未發現血液參數有明顯變化，也未見對健康的危害；同時研究發現，亞氯酸鈉也沒有明顯的致癌作用。二氧化氯作為第四代消毒劑，現在已經廣泛應用于食品保鮮和醫療衛生等方面，中國也陸續頒布了《GB 25580—2010食品添加劑 穩定態二氧化氯溶液》等相關標準。 二氧化氯氣體的制備工藝有許多種，當用化學法制備二氧化氯時，其中大多數反應的基本原理都是在強酸環境下，不僅涉及到多種危險化學品（如甲醇、過氧化氫等），且在反應條件偏離時易引起二氧化氯的分解爆炸。因此在制備二氧化氯前需經過嚴謹的安全設計，才能保證二氧化氯整個制備過程安全穩定地生產。在二氧化氯的生產過程中，更重要的是做好操作人員的安全培訓，提高安全意識，嚴格遵守規章制度，按章操作，這樣即使在操作者操作失誤或設備出現故障時也能夠自動采取有效措施，最大限度地保護操作人員及設備的安全，做到這兩者才能有效避免安全事故的發生。 光照射受熱均可加速二氧化氯的分解，因此二氧化氯水溶液在存儲時應注意避光、受熱等不利條件。 在使用二氧化氯進行消毒時，為了避免二氧化氯對人呼吸道及眼睛的刺激作用，可以對空氣中二氧化氯濃度變化進行監測，待其濃度降至0mg/立方米時進入比較安全。 參考資料 > 二氧化氯.www.chemicalbook.com.2022-09-02制備方法
氣體二氧化氯的制備
穩定性二氧化氯的制備
應用領域
水處理
日用化工
食品行業
醫療衛生行業
安全事宜
對人體健康
二氧化氯的制備工業安全
二氧化氯存儲和使用安全