二氧化氯是一種化學式為ClO 2的化合物，在11°C以上以黃綠色氣體存在，在-59°C至11°C之間以紅棕色液體存在，在冷時以亮橙色晶體存在。它是一種氧化劑，能夠將氧轉移到多種基質上，同時通過氧化還原（氧化還原）獲得一個或多個電子。當它進入水中時不會水解，通常以溶解于水中的氣體形式處理。二氧化氯的潛在危害包括健康問題，爆炸性和起火。[4]
二氧化氯于1811年發現，已廣泛用于造飲用水處理。最近的發展已將其應用擴展到食品加工，房屋和車輛的消毒，根除霉菌，空氣消毒和氣味控制，游泳池的處理，牙科應用和傷口清潔。
該化合物已被欺詐性地作為可治療多種疾病的可食性藥物銷售，包括兒童自閉癥[5]和COVID-19。[6] [7] [8]曾接受二氧化氯灌腸劑治療兒童自閉癥的兒童遭受了危及生命的疾病。[5]在美國食品和藥物管理局（FDA）曾表示，攝入或其他內部使用二氧化氯（比牙醫指導下口服或者其他清洗）沒有健康的好處，它不應該以任何理由在內部使用。[9] [10]
結構與粘接
ClO 2分子具有奇數個價電子，因此是順磁性 基團。它的電子結構一直困擾著化學家，因為所有可能的路易斯結構都不十分令人滿意。1933年，LO Brockway提出了一種涉及三電子鍵的結構。[12]化學家利納斯·鮑林（Linus Pauling）進一步發展了這個想法，并得出了兩個共振結構，其中一方面涉及雙鍵，另一方面涉及單鍵加三電子鍵。[13]在鮑林（Pauling）看來，后一種結合應代表比雙鍵稍弱的鍵。在分子軌道理論中，如果將第三電子置于反鍵軌道上，這種想法很普遍。后來的工作證實，占據最高的分子軌道確實是一個不完全填充的反鍵軌道。[14]
準備
亞氯酸鹽的氧化
2 NaClO 2 + Cl 2 →2 ClO 2 + 2 NaCl
傳統上，用于消毒的二氧化氯是由亞氯酸鈉或亞氯酸鈉- 次氯酸鈉方法制成的：
2 NaClO 2 + 2 HCl + NaOCl→2 ClO 2 + 3 NaCl + H 2 O
或亞氯酸鈉- 鹽酸法：
5 NaClO 2 + 4 HCl→5 NaCl + 4 ClO 2 + 2 H 2 O
或亞氯酸鹽- 硫酸法：
4 氯?
2+ 2 H 2 SO 4 →2 ClO 2 + HClO 3 + 2 SO2-
4+ H 2 O + HCl
這三種方法均可以產生具有高亞氯酸鹽轉化率的二氧化氯。與其他工藝不同，亞氯酸鹽-硫酸法可生產完全不含氯的二氧化氯，但要生產等量的二氧化氯，則需要增加25％的亞氯酸鹽。或者，過氧化氫可以有效地用于小規模的應用中。[11]
減少氯酸鹽
在實驗室中，二氧化氯也可以通過氯酸鉀與草酸反應制得：
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，世界上超過95％的二氧化氯是由還原氯酸鈉制成的，用于紙漿。它可以在強酸溶液中與合適的還原劑（例如甲醇，過氧化氫，鹽酸或二氧化硫）高效生產。[11]現代技術基于甲醇或過氧化氫，因為這些化學方法可實現最佳經濟性，并且不會共同產生元素氯。總體反應可寫為：[16]
氯酸鹽+酸+還原劑→二氧化氯+副產物
作為一個典型的例子，據信氯酸鈉與鹽酸在單個反應器中的反應通過以下途徑進行：
氯?
3+ Cl-
+ H+
→ ClO?
2 + HOCl氯?
3+ 氯?
2+ 2 小時+
→2個 ClO
2+ H
2?次氯酸 + 氯-
+ H+
→ Cl
2+ H
2?
給出整體反應
2個 氯?
3+ 2 氯-
+ 4 小時+
→2個 ClO
2+ Cl
2+ 2 小時
2?。
商業上更重要的生產路線使用甲醇作為還原劑，并使用硫酸來提高酸度。不使用基于氯化物的工藝的兩個優點是，不會形成元素氯，而硫酸鈉對制漿廠來說是一種有價值的化學藥品，是副產品。這些基于甲醇的工藝具有很高的效率，并且可以非常安全。[11]
自1999年以來，使用氯酸鹽，過氧化氫和硫酸的變型工藝已越來越多地用于水處理和其他小規模消毒應用，因為該工藝可高效生產無氯產品。
其他過程
電解亞氯酸鹽溶液也可以產生非常純的二氧化氯：[17]
2 NaClO 2 + 2 H 2 O→2 ClO 2 + 2 NaOH + H 2
氣固法可以產生高純度的二氧化氯氣體（空氣或氮氣中的7.7％），該方法使稀氯氣與亞氯酸鈉固體反應[17]。
2 NaClO 2 + Cl 2 →2 ClO 2 + 2 NaCl
處理屬性
在高于10 kPa的分壓[11]時（或在STP時氣相濃度大于空氣中10％的體積），ClO 2可能爆炸分解為氯和氧。分解可以通過光，熱點，化學反應或壓力沖擊來引發。因此，二氧化氯氣體從不以濃縮形式處理，而是幾乎總是以0.5至10克/升的濃度范圍在水中作為溶解氣體處理。它的溶解度在較低的溫度下會增加，因此，當以高于3克/升的濃度存儲時，通常使用冷凍水（5°C）。在許多國家，例如美國，二氧化氯氣體可能不會以任何濃度輸送，并且幾乎總是使用二氧化氯發生器在施工現場產生。[11]在某些國家，[ 哪個？]低于每升3克中濃度的二氧化氯溶液可以通過陸地運輸，但是，它們是相對不穩定的，并迅速惡化。
水處理
尼亞加拉瀑布，紐約，水處理廠首先使用二氧化氯用于飲用水處理在1944年用于銷毀“味道和氣味產生的酚類化合物 ”。[19]：4-17 [20] 1956年，比利時布魯塞爾從氯氣改為二氧化氯，將二氧化氯作為飲用水消毒劑大規模使用。[20]它在水處理中最常見的用途是在飲用水氯化之前用作預氧化劑，以破壞天然水雜質，否則這些雜質會在接觸游離氯時產生三鹵甲烷。[24] [25] [26]三鹵甲烷是可能的致癌消毒副產物[27]，與副水中的天然有機物氯化有關。[26]在氨和胺[ 需要引證 ]的情況下以及在水分配系統中控制生物膜 時，二氧化氯在pH值超過7，[19]：4-33時也優于氯。[26]二氧化氯在許多工業用水處理應用中用作殺菌劑，包括冷卻塔，工藝用水和食品加工。[28]
二氧化氯的腐蝕性不及氯，并且對軍團菌的控制更為出色。[20] [29] 二氧化氯優于其他一些二次水消毒方法，因為二氧化氯是EPA注冊的殺菌劑，不受pH值的負面影響，不會隨著時間的流逝而失去功效（細菌不會對其產生耐藥性） ），并且不會受到通常用于飲用水腐蝕抑制劑的二氧化硅和磷酸鹽的負面影響。
它是作為消毒劑比對水性病原體大多數情況下，如氯更有效的病毒，[30] 的細菌和原生動物 -包括囊腫的賈第鞭毛蟲和卵囊的隱孢子蟲。[19]：4-20–4-21
在水處理中使用二氧化氯會導致副產物亞氯酸鹽的形成，目前在美國，飲用水中的亞氯酸鹽含量上限為百萬分之一。[19]：4-33 該EPA標準將二氧化氯在美國的使用范圍限制為相對高質量的水，因為這可以最大程度地減少亞氯酸鹽的濃度或要用鐵基凝結劑處理的水（鐵可以將亞氯酸鹽還原為氯化物）。[ 需要引用 ]
在公共危機中使用
二氧化氯作為氧化劑或消毒劑有許多用途。[11]二氧化氯可用于空氣消毒[31]，并且是2001年炭疽熱襲擊后用于美國建筑物凈化的主要藥劑。[32]的災害發生后颶風在新奧爾良，路易斯安那州，和周圍墨西哥灣，二氧化氯被用于消滅危險模具從被洪水淹沒水房屋。[33]
在解決COVID-19大流行時，美國環境保護局發布了許多符合其用于因果冠狀病毒的環境措施標準的消毒劑清單。[34] [35]有些是基于亞氯酸鈉的，亞氯酸鈉被活化為二氧化氯，盡管每種產品使用不同的配方。EPA清單上的許多其他產品都含有次氯酸鈉，其名稱相似，但不應與亞氯酸鈉混淆，因為它們具有非常不同的化學作用方式。
其他消毒用途
二氧化氯可以用作熏蒸劑處理，以“消毒”諸如發霉和發霉的藍莓，樹莓和草莓等水果。[36]
二氧化氯可用于在屠宰后通過噴霧或浸泡將其消毒。[37]
二氧化氯可用于內窺鏡的消毒，例如商品名為Tristel的內窺鏡。[38]它也可以三件套形式使用，包括預先用表面活性劑進行預清洗，以及隨后用去離子水和低含量的抗氧化劑沖洗。[39]
二氧化氯可用于控制進水口中的斑馬和斑貝貽貝。[19]：4-34
已證明二氧化氯對根除臭蟲有效。[40]
假醫學
二氧化氯被偽裝成一種神奇的藥物，用于治療從腦癌到艾滋病的各種疾病。灌腸劑二氧化氯是童年應該治愈自閉癥，導致投訴到FDA報告威脅生命的反應，[41] ，甚至死亡。[42] 二氧化氯被重新標記為多種品牌名稱，包括但不限于MMS，Miracle Mineral Solution和CD規程。[43]二氧化氯的醫學特性沒有科學依據，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劑用于破壞酚類在廢水流和在動物副產物（渲染）植物的空氣洗滌器的氣味控制。[19]：4-34也可用在生成二氧化氯的包裝中，用作汽車和船上的除臭劑，該包裝被水活化后留在船上或汽車中過夜。
水和補品中的安全問題[
二氧化氯是有毒的，因此需要限制其接觸以確保其安全使用。在美國國家環境保護局已經設定的0.8毫克/升二氧化氯的最大水平，飲用水。[46]所述的職業安全和健康管理局（OSHA），所述的一個機構美國勞工部，已建立起一個8小時允許暴露極限為0.1ppm在空氣（0.3 毫克 / 米3與二氧化氯的工作）的人。[47]
2010年7月30日以及2010年10月1日再次，美國食品和藥物管理局警告不要使用產品“ 奇跡礦物質補充劑 ”或“ MMS”，該產品根據說明進行配制會產生二氧化氯。MMS已被推銷為多種疾病的治療方法，包括HIV，癌癥，自閉癥和痤瘡。FDA警告告知消費者MMS可能對健康造成嚴重傷害，并表示已收到許多關于脫水引起的惡心，腹瀉，嚴重嘔吐和危及生命的低血壓的報道。[48] [49]此警告在2019年8月12日第三次重復，并在2020年4月8日第四次重復，指出攝入MMS與喝漂白劑相同，并敦促消費者不要使用它們或給予這些產品出于任何原因給他們的孩子。[45]
來自：英文維基百科，Google翻譯
