二氧化氯是一种化学式为clo 2的化合物，在11°c以上以黄绿色气体存在，在-59°c至11°c之间以红棕色液体存在，在冷时以亮橙色晶体存在。它是一种氧化剂，能够将氧转移到多种基质上，同时通过氧化还原（氧化还原）获得一个或多个电子。当它进入水中时不会水解，通常以溶解于水中的气体形式处理。二氧化氯的潜在危害包括健康问题，爆炸性和起火。[4]它通常用作漂白剂。
二氧化氯于1811年发现，已广泛用于造纸工业中的漂白目的和饮用水处理。最近的发展已将其应用扩展到食品加工，房屋和车辆的消毒，根除霉菌，空气消毒和气味控制，游泳池的处理，牙科应用和伤口清洁。
该化合物已被欺诈性地作为可治疗多种疾病的可食性药物销售，包括儿童自闭症[5]和covid-19。[6] [7] [8]曾接受二氧化氯灌肠剂治疗儿童自闭症的儿童遭受了危及生命的疾病。[5]在美国食品和药物管理局（fda）曾表示，摄入或其他内部使用二氧化氯（比牙医指导下口服或者其他清洗）没有健康的好处，它不应该以任何理由在内部使用。[9] [10]
结构与粘接
clo 2分子具有奇数个价电子，因此是顺磁性 基团。它的电子结构一直困扰着化学家，因为所有可能的路易斯结构都不十分令人满意。1933年，lo brockway提出了一种涉及三电子键的结构。[12]化学家利纳斯·鲍林（linus pauling）进一步发展了这个想法，并得出了两个共振结构，其中一方面涉及双键，另一方面涉及单键加三电子键。[13]在鲍林（pauling）看来，后一种结合应代表比双键稍弱的键。在分子轨道理论中，如果将第三电子置于反键轨道上，这种想法很普遍。后来的工作证实，占据最高的分子轨道确实是一个不完全填充的反键轨道。[14]
准备
亚氯酸盐的氧化
2 naclo 2 cl 2 →2 clo 2 2 nacl
传统上，用于消毒的二氧化氯是由亚氯酸钠或亚氯酸钠- 次氯酸钠方法制成的：
2 naclo 2 2 hcl naocl→2 clo 2 3 nacl h 2 o
或亚氯酸钠- 盐酸法：
5 naclo 2 4 hcl→5 nacl 4 clo 2 2 h 2 o
或亚氯酸盐- 硫酸法：
4 氯−
2 2 h 2 so 4 →2 clo 2 hclo 3 2 so2-
4 h 2 o hcl
这三种方法均可以产生具有高亚氯酸盐转化率的二氧化氯。与其他工艺不同，亚氯酸盐-硫酸法可生产完全不含氯的二氧化氯，但要生产等量的二氧化氯，则需要增加25％的亚氯酸盐。或者，过氧化氢可以有效地用于小规模的应用中。[11]
减少氯酸盐
在实验室中，二氧化氯也可以通过氯酸钾与草酸反应制得：
2 kclo 3 2 h 2 c 2 o 4 →k 2 c 2 o 4 2 clo 2 2 co 2 2 h 2 o2 kclo 3 h 2 c 2 o 4 2 h 2 so 4 →2 khso 4 2 clo 2 2 co 2 2 h 2 o
如今，世界上超过95％的二氧化氯是由还原氯酸钠制成的，用于纸浆漂白。它可以在强酸溶液中与合适的还原剂（例如甲醇，过氧化氢，盐酸或二氧化硫）高效生产。[11]现代技术基于甲醇或过氧化氢，因为这些化学方法可实现最佳经济性，并且不会共同产生元素氯。总体反应可写为：[16]
氯酸盐 酸 还原剂→二氧化氯 副产物
作为一个典型的例子，据信氯酸钠与盐酸在单个反应器中的反应通过以下途径进行：
氯−
3 cl-
h
→ clo−
2 hocl氯−
3 氯−
2 2 小时
→2个 clo
2 h
2ø次氯酸 氯-
h
→ cl
2 h
2ø
给出整体反应
2个 氯−
3 2 氯-
4 小时
→2个 clo
2 cl
2 2 小时
2ø。
商业上更重要的生产路线使用甲醇作为还原剂，并使用硫酸来提高酸度。不使用基于氯化物的工艺的两个优点是，不会形成元素氯，而硫酸钠对制浆厂来说是一种有价值的化学药品，是副产品。这些基于甲醇的工艺具有很高的效率，并且可以非常安全。[11]
自1999年以来，使用氯酸盐，过氧化氢和硫酸的变型工艺已越来越多地用于水处理和其他小规模消毒应用，因为该工艺可高效生产无氯产品。
其他过程
电解亚氯酸盐溶液也可以产生非常纯的二氧化氯：[17]
2 naclo 2 2 h 2 o→2 clo 2 2 naoh h 2
气固法可以产生高纯度的二氧化氯气体（空气或氮气中的7.7％），该方法使稀氯气与亚氯酸钠固体反应[17]。
2 naclo 2 cl 2 →2 clo 2 2 nacl
处理属性
在高于10 kpa的分压[11]时（或在stp时气相浓度大于空气中10％的体积），clo 2可能爆炸分解为氯和氧。分解可以通过光，热点，化学反应或压力冲击来引发。因此，二氧化氯气体从不以浓缩形式处理，而是几乎总是以0.5至10克/升的浓度范围在水中作为溶解气体处理。它的溶解度在较低的温度下会增加，因此，当以高于3克/升的浓度存储时，通常使用冷冻水（5°c）。在许多国家，例如美国，二氧化氯气体可能不会以任何浓度输送，并且几乎总是使用二氧化氯发生器在施工现场产生。[11]在某些国家，[ 哪个？]低于每升3克中浓度的二氧化氯溶液可以通过陆地运输，但是，它们是相对不稳定的，并迅速恶化。
使用
二氧化氯用于漂白木浆和消毒（称为氯化）市政饮用水。[18] [19]：4-1 [20]作为消毒剂，由于其独特的品质，即使在低浓度下也有效。[11] [19]
漂白[
有时将二氧化氯与氯结合用于漂白木浆，但在ecf（无氯无元素）漂白过程中单独使用。在中等酸性ph（3.5至6）下使用。二氧化氯的使用使产生的有机氯化合物的量最小化。[21]二氧化氯（ecf技术）当前是全世界最重要的漂白方法。所有漂白牛皮纸浆中约有95％是使用ecf漂白顺序中的二氧化氯生产的。[22]
二氧化氯已用于漂白 面粉。[23]
水处理
尼亚加拉瀑布，纽约，水处理厂首先使用二氧化氯用于饮用水处理在1944年用于销毁“味道和气味产生的酚类化合物 ”。[19]：4-17 [20] 1956年，比利时布鲁塞尔从氯气改为二氧化氯，将二氧化氯作为饮用水消毒剂大规模使用。[20]它在水处理中最常见的用途是在饮用水氯化之前用作预氧化剂，以破坏天然水杂质，否则这些杂质会在接触游离氯时产生三卤甲烷。[24] [25] [26]三卤甲烷是可能的致癌消毒副产物[27]，与副水中的天然有机物氯化有关。[26]在氨和胺[ 需要引证 ]的情况下以及在水分配系统中控制生物膜 时，二氧化氯在ph值超过7，[19]：4-33时也优于氯。[26]二氧化氯在许多工业用水处理应用中用作杀菌剂，包括冷却塔，工艺用水和食品加工。[28]
二氧化氯的腐蚀性不及氯，并且对军团菌的控制更为出色。[20] [29] 二氧化氯优于其他一些二次水消毒方法，因为二氧化氯是epa注册的杀菌剂，不受ph值的负面影响，不会随着时间的流逝而失去功效（细菌不会对其产生耐药性） ），并且不会受到通常用于饮用水腐蚀抑制剂的二氧化硅和磷酸盐的负面影响。
它是作为消毒剂比对水性病原体大多数情况下，如氯更有效的病毒，[30] 的细菌和原生动物 -包括囊肿的贾第鞭毛虫和卵囊的隐孢子虫。[19]：4-20–4-21
在水处理中使用二氧化氯会导致副产物亚氯酸盐的形成，目前在美国，饮用水中的亚氯酸盐含量上限为百万分之一。[19]：4-33 该epa标准将二氧化氯在美国的使用范围限制为相对高质量的水，因为这可以最大程度地减少亚氯酸盐的浓度或要用铁基凝结剂处理的水（铁可以将亚氯酸盐还原为氯化物）。[ 需要引用 ]
在公共危机中使用
二氧化氯作为氧化剂或消毒剂有许多用途。[11]二氧化氯可用于空气消毒[31]，并且是2001年炭疽热袭击后用于美国建筑物净化的主要药剂。[32]的灾害发生后飓风在新奥尔良，路易斯安那州，和周围墨西哥湾，二氧化氯被用于消灭危险模具从被洪水淹没水房屋。[33]
在解决covid-19大流行时，美国环境保护局发布了许多符合其用于因果冠状病毒的环境措施标准的消毒剂清单。[34] [35]有些是基于亚氯酸钠的，亚氯酸钠被活化为二氧化氯，尽管每种产品使用不同的配方。epa清单上的许多其他产品都含有次氯酸钠，其名称相似，但不应与亚氯酸钠混淆，因为它们具有非常不同的化学作用方式。
其他消毒用途
二氧化氯可以用作熏蒸剂处理，以“消毒”诸如发霉和发霉的蓝莓，树莓和草莓等水果。[36]
二氧化氯可用于在屠宰后通过喷雾或浸泡将其消毒。[37]
二氧化氯可用于内窥镜的消毒，例如商品名为tristel的内窥镜。[38]它也可以三件套形式使用，包括预先用表面活性剂进行预清洗，以及随后用去离子水和低含量的抗氧化剂冲洗。[39]
二氧化氯可用于控制进水口中的斑马和斑贝贻贝。[19]：4-34
已证明二氧化氯对根除臭虫有效。[40]
假医学
二氧化氯被伪装成一种神奇的药物，用于治疗从脑癌到艾滋病的各种疾病。灌肠剂二氧化氯是童年应该治愈自闭症，导致投诉到fda报告威胁生命的反应，[41] ，甚至死亡。[42] 二氧化氯被重新标记为多种品牌名称，包括但不限于mms，miracle mineral solution和cd规程。[43]二氧化氯的医学特性没有科学依据，fda已警告不要使用二氧化氯。[44] [45]
其他用途
二氧化氯被用作氧化剂用于破坏酚类在废水流和在动物副产物（渲染）植物的空气洗涤器的气味控制。[19]：4-34也可用在生成二氧化氯的包装中，用作汽车和船上的除臭剂，该包装被水活化后留在船上或汽车中过夜。
水和补品中的安全问题[
二氧化氯是有毒的，因此需要限制其接触以确保其安全使用。在美国国家环境保护局已经设定的0.8毫克/升二氧化氯的最大水平，饮用水。[46]所述的职业安全和健康管理局（osha），所述的一个机构美国劳工部，已建立起一个8小时允许暴露极限为0.1ppm在空气（0.3 毫克 / 米3与二氧化氯的工作）的人。[47]
2010年7月30日以及2010年10月1日再次，美国食品和药物管理局警告不要使用产品“ 奇迹矿物质补充剂 ”或“ mms”，该产品根据说明进行配制会产生二氧化氯。mms已被推销为多种疾病的治疗方法，包括hiv，癌症，自闭症和痤疮。fda警告告知消费者mms可能对健康造成严重伤害，并表示已收到许多关于脱水引起的恶心，腹泻，严重呕吐和危及生命的低血压的报道。[48] [49]此警告在2019年8月12日第三次重复，并在2020年4月8日第四次重复，指出摄入mms与喝漂白剂相同，并敦促消费者不要使用它们或给予这些产品出于任何原因给他们的孩子。[45]
