⑶二氧化氯发生器介绍及二氧化氯的制备应用

1. 二化氯发生器

1.1二氧化氯的性质和制备

二氧化氯是氯的氧化物，具有与氯气类似的刺激性气味，分子式ClO2，分子量67．457，熔点-59°C，沸点11°C，在室温下以气体形式存在，为一种黄绿色气体。浓度增加时，颜色变为橙红色，气体二氧化氯极不稳定。二氧化氯易溶于水，在20°C下溶解度为107．98mg/L，可制成不稳定的液体，其液体和气体对温度、压力和光均较敏感，当空气中的含量高于10%时，火花即可引爆[1]，二氧化氯是一种不稳定的化合物，在水中可变成HClO2和HClO3．，在室温下每天约有2-10%的离解率[2]，因此不利于大批量制备和运输，一般多在使用场所现用现制备。

二氧化氯发生器制备二氧化氯的方法主要有电解法和化学法，电解法使用广泛的是隔膜电解法，以食盐为原料，在电场的作用下生成含有二氧化氯，次氯酸钠、双氧水、臭氧的混合溶液，二氧化氯的浓度一般仅为10-30%左右，大多为氯气。化学法主要有以氯酸钠和亚氯酸钠为原料的两类发生二氧化氯的方法。在氯酸钠法生产二氧化氯过程中，若用氯离子作还原剂，则制得的二氧化氯存在纯度低的缺点，而亚氯酸钠法制得的二氧化氯比例高，一般在90%以上。

1.2设备和杀菌性能

国外引进的发生器主要有Tetraralent公司、Rio Lindo公司、德国的Prominent 等，李玲文等[3]报道了Tetraralent公司的二氧化氯协同消毒器的协同杀菌作用，该发生器利用电解食盐溶液，同时产生二氧化氯、氯气、臭氧和双氧水，溶于水中，协同杀菌，其杀菌效果优于上述任何一种消毒剂，实验结果还说明，电解槽的电解电压、电流、电解质浓度及阳极有效面积对消毒器的产气量都有影响。宦彭成等[4]对美国Vulcan Rio Linda T140二氧化氯发生器作了消毒效果观察，发生器发生的二氧化氯浓度可调节在2000-300mg /L，杀灭大肠杆菌、金黄色葡萄球菌1mg/L 3分钟，杀灭枯草杆菌黑色变种芽孢125mg/L 5分钟，破坏HBsAg 125mg/L 2分钟，能量实验的最低浓度为400 mg/L，25%与50%小牛血清保护菌液，则可影响杀菌效果，发生器在低浓度时（10mg/L），对铜片、碳钢片、铝片呈轻度腐蚀，对不锈钢片基本不腐蚀。

国内二氧化氯发生器发展较快，工艺逐渐成熟[5]。目前已有用通过电解食盐产生二氧化氯以及用氯酸钠和亚氯酸钠法生产的正压式和负压式二氧化氯发生器，其中有些产品已获国家专利。任庆伟[6]根据电解法制备二氧化氯混合消毒液的工作原理和运行特性，采用单片机技术和余氯检测器，实现了对二氧化氯消毒设备的加盐、排碱及运行调节等全过程的自动控制，大大提高了消毒效率和设备的安全运地。用化学法生产二氧化氯的含量较高，施来顺等[7]研制的化学法产生二氧化氯的发生器，经碘量法对发生器制备二氧化氯复合消毒液测定，有效氯含量为3246．1 mg/L。用紫外分光光度计与红外分光光度计检测，溶液中含二氧化氯和氯，其中二氧化氯占60%-70%，该水溶液对微生物的杀灭效果表明，含4．5-5．0 mg/L有效成份对水中金黄色葡萄球菌、大肠杆菌与白色念珠菌作用1-2分钟，以含90 mg/L有效成份枯草杆菌黑色变种芽孢作用5分钟，杀灭率均达99．9%以上。以含400 mg/L有效成份作用5分钟可将HBsAg抗原性破坏。二氧化氯发生器的二氧化氯消毒剂性能较不稳定[8]，存放3天，其降解率为

14．05%，而如将消毒液原液加分析纯氢氧化钠，将PH值调至11．80，密闭避光，室温存放（18°C-25°C）18个月，降解率仅为3．31%。

1.3在消毒上的应用

目前二氧化氯发生器主要用于对饮用水消毒和污水处理等，传统饮用水消毒使用的氯消毒剂在处理原水时会有大量的卤代烃产生，包括三卤甲烷如氯仿以及氯代酚和二氯乙腈等有机卤代物[9][10][11]，氯仿已被美国国家肿瘤研究所确认为致

癌物质[12]，氯代酚和二氯乙腈等同样也具有致癌或致突变作用，而二氧化氯产物是强氧化剂。在水中对有机物的氧化降解不会象用氯消毒剂那样产生氯化产物，在用二氧化氯替代氯用作水处理的研究中表明[13]，用氯气处理后的水中三卤甲烷的含量比用二氧化氯高100%，因此二氧化氯的使用可大大降低三氯甲烷的生成，另外它还能氧化水中的铁、锰、镁离子以及硫化物。不和水中的酚类反应，不会产生不愉快气味[14]，因而二氧化氯是一种有前途的可替代氯的水消毒剂。目前越来越多的欧洲发达国家已把二氧化氯杀菌效果优于氯，长江水加二氧化氯0．5 mg/L，作用30分钟。闵行水投入1．0-1．5 mg/L，作用30分钟，都可

达到消毒标准，细菌数<30个/ml，甚至达到未检出，并可较好地除水中的铁、锰、酚。水中基本上无三卤甲烷生成，另外具有较强的降低水的嗅味的作用。二氧化氯在饮水消毒中的投加量依水质而不同，如先将水经活性碳过滤等则投加量只需0．2 mg/L，而如为天然水则加2．0 mg/L的量。

二氧化氯用于污水处理，除了消毒作用外，还可用来破坏产生味和嗅的化合物，控制水中藻类生长，清除浑浊，提高絮凝作用以及去除颜色等，投加量以达到国家污水排放标准计算。

2. 稳定性二氧化氯溶液

2.1稳定性二氧化氯的性质和制备

稳定性二氧化氯溶液将二氧化氯气体溶解于含有碳酸钠、过碳酸钠、硼酸钠、过硼酸钠等稳定剂中，通常浓度在10%以内的一种无色无味透明水溶液，不易燃，不挥发，稳定性二氧化氯不具有杀菌能力，只有通过活化（酸化）反应使溶液中的二氧化氯重新释放出来才具有强烈杀菌能力，经活化后的2%水溶液PH值呈酸性，比重1．03 -1．04 （20°C），水溶液呈浅黄色，活化后溶液不稳定，存放一天含量即可下降80%[16]，因此宜现配现用。

国内稳定性二氧化氯的生产方法多为化学法，以氯酸钠为原料的化学法有众多的生产工艺，还原剂多为盐酸、二氧化硫、甲醇等，该方法成本较低，另外有以亚氯酸钠为原料的生产方式。

为提高稳定性二氧化氯活化速度和活化率，国内对活化剂作了大量研究，活化剂分为能在短时间全部释放出来的即效活化剂，如盐酸、磷酸等强酸和缓慢释放的缓效活化剂，主要有柠檬酸等弱酸，而实验证明，使用柠檬酸作为活化剂，一般仅能活化60%二氧化氯，由于活性二氧化氯释放不完全，溶液中仍有较多有毒

的亚氯酸盐，而用盐酸，可使二氧化氯的活化率提高到95以上[17]。为改进液

体活化剂的使用不便，国内也有固体活化剂的研制，实验结果表明，草酸加三氯化铝固体活化剂的活化作用与使用盐酸的效果相同[18]，通常稳定液与活化剂的体积配比为10：1活化。