二氧化氯的基本性質(zhì)、殺菌機(jī)理與消殺特點(diǎn)

二氧化氯作為一種國(guó)際上公認(rèn)的新型強(qiáng)氧化劑，是氯系消毒劑最理想的更新替代產(chǎn)品。自其誕生以來，一直受到人們的廣泛關(guān)注，二氧化氯(ClO2)是聯(lián)合國(guó)世界衛(wèi)生組織確認(rèn)的一種安全、高效、廣譜、強(qiáng)力殺菌劑，在全世界范圍內(nèi)進(jìn)行推廣。

一、二氧化氯的基本性質(zhì)

二氧化氯(Chlorine Dioxide)，在常溫下是一種黃綠色至橘紅色的氣體，有窒息性嗅味。二氧化氯分子由一個(gè)氯原子和兩個(gè)氧原子組成，分子式為ClO2，分子量67.45g/mol。二氧化氯分子外電子層共有19個(gè)電子，氯原子的標(biāo)準(zhǔn)氧化態(tài)是+4，是在自然界中完全或幾乎完全以單體游離原子團(tuán)型體存在的少數(shù)化合物之一。

標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時(shí)二氧化氯相對(duì)密度為氣態(tài)3.09（11℃）。純二氧化氯液體的密度為1.64g/L，溫度低于-40℃時(shí)，二氧化氯變?yōu)樯罴t色或紅褐色的液體，溫度低于-59℃時(shí)為橙黃色固體。二氧化氯其結(jié)構(gòu)中有一個(gè)帶有孤對(duì)電子的氯氧雙鍵結(jié)構(gòu)，性質(zhì)極不穩(wěn)定，是一種非?；顫姷臍怏w，當(dāng)二氧化氯的濃蒸氣超過大氣壓強(qiáng)41kPa時(shí)易發(fā)生爆炸。

二氧化氯易溶于水，通常以水合分子存在，不易發(fā)生水解反應(yīng)，20℃，10kPa時(shí)溶解度為8g/dm3，是氯氣的五倍。二氧化氯溶解后形成黃綠色的溶液，具有與氯氣近似的辛辣的刺激性氣味；在較高溫度或光照下，二氧化氯和水反應(yīng)可以生成亞氯酸和氯酸。另外，二氧化氯溶于酸、堿溶液和四氯化碳，在酸性溶液中比較穩(wěn)定，在堿性溶液中會(huì)迅速發(fā)生歧化反應(yīng)，生成亞氯酸鹽和氯酸鹽的混合物。

由于二氧化氯中的氯原子是正四價(jià)，處于未飽和狀態(tài)，因此，很容易得到或失去電子；二氧化氯對(duì)電子的親和力達(dá)到3.43eV，是一種強(qiáng)氧化劑，具有很強(qiáng)的氧化性。根據(jù)結(jié)構(gòu)組成分析二氧化氯中含氯52.6%，并且從Cl4+→Cl-1的氧化過程中共有五個(gè)電子轉(zhuǎn)移，氧化能力是氯氣的2.63倍。

二氧化氯為奇電子分子，沒有明顯的二聚傾向，電子對(duì)呈平面三角排布，分子內(nèi)生成一個(gè)離域大鍵，分子形狀為V形，O-Cl-O鍵的鍵角為117.7±1.7°，呈雙鍵特性。（二氧化氯的分子結(jié)構(gòu)見圖1）

圖1 二氧化氯的分子結(jié)構(gòu)式和立體結(jié)構(gòu)模型

二氧化氯分子的電子結(jié)構(gòu)呈不飽和狀態(tài)，但在水中卻不以二聚或多狀態(tài)存在，這種結(jié)構(gòu)對(duì)二氧化氯在水中的迅速擴(kuò)散是非常有利的。

二、二氧化氯的殺菌機(jī)理

二氧化氯可以殺滅絕大多數(shù)微生物，包括細(xì)菌繁殖體、細(xì)菌芽孢、真菌、分枝桿菌和病毒等，是國(guó)際上公認(rèn)的含氯消毒劑中唯一的高效消毒劑（滅菌劑）。

迄今為止，關(guān)于二氧化氯的殺菌機(jī)制，尚存在較大爭(zhēng)議，普遍共識(shí)為二氧化氯殺菌是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，應(yīng)為多種因素共同作用的結(jié)果，主要的途徑可能為：

（一）二氧化氯可以有效抑制細(xì)胞合成蛋白質(zhì)的過程；

（二）二氧化氯可以選擇性地與蛋白質(zhì)中某些氨基酸發(fā)生作用；

（三）二氧化氯通過改變細(xì)胞膜的通透性進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)某些關(guān)鍵物質(zhì)（如：細(xì)胞內(nèi)鉀離子、鎂離子和ATP 等小分子物質(zhì)）漏出；

（四）二氧化氯強(qiáng)的氧化分解能力可以導(dǎo)致氨基酸鏈斷裂，使得蛋白質(zhì)失去功能，從而導(dǎo)致微生物死亡。另外還有諸如對(duì)ATP酶的破壞和使脂質(zhì)過氧化等。

三、二氧化氯的消殺特點(diǎn)

（一）高效強(qiáng)力

在常用消毒劑中，在相同時(shí)間內(nèi)達(dá)到同樣的殺菌率所需的消毒劑濃度二氧化氯是最低的，對(duì)殺滅異養(yǎng)菌所需的ClO2濃度僅為CI2的一半，對(duì)地表水中大腸桿菌殺滅所需的ClO2濃度僅為CI2的20%。

（二）快速、持久

二氧化氯可以存在于水中，基本不與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在水中的擴(kuò)散速度與滲透能力都比氯快，特別在低濃度時(shí)更為突出。當(dāng)細(xì)菌濃度在105cfu/mL～106cfu/mL時(shí)，0.5mg/L的ClO2作用5分鐘后即可殺滅99%以上的異氧菌，作用12h殺滅率保持不變，而相同劑量的CI2最高只能達(dá)到75%。

（三）廣譜滅菌

二氧化氯是一種廣譜型消毒劑，對(duì)絕大多數(shù)病原微生物均有很好的殺滅效果，且不易產(chǎn)生抗藥性，尤其對(duì)很多病毒也有良好的殺滅和抑制效果。

（四）安全無毒

二氧化氯不與水體中的有機(jī)物作用生成三鹵甲烷等致癌物質(zhì)，對(duì)高等動(dòng)物細(xì)胞、精子及染色體無致癌、致畸、致突變作用，其在急性毒性和遺傳毒理學(xué)上都是安全的。二氧化氯使用量很低，無殘留毒性，屬實(shí)際無毒級(jí)產(chǎn)品。被世界衛(wèi)生組織（WHO）推薦為安全消毒物質(zhì)中的A1級(jí)產(chǎn)品（二氧化氯與其它消毒劑比較見表1）。

表1 二氧化氯與其它消毒劑的比較

由于二氧化氯化學(xué)性質(zhì)極不穩(wěn)定易發(fā)生爆炸，無論是單獨(dú)或與其他氣體結(jié)合，一切壓縮或貯存二氧化氯氣體的嘗試，在商業(yè)上均未成功，所以純的二氧化氯氣體無法直接制成商品銷售。

近年來越來越多的間接發(fā)生型二氧化氯類產(chǎn)品投入市場(chǎng)，其中一元二氧化氯發(fā)生劑片（以后簡(jiǎn)稱二氧化氯片）由于使用安全方便，逐漸成為市場(chǎng)主流。目前常見的此類產(chǎn)品通常是由氯酸鹽或亞氯酸鹽、酸和其它輔料復(fù)配壓制成片。