二氧化氯稳定性影响因素的研究探索毕业论文

此处贴学校图标本科毕业论文 (设计)题 目： 二氧化氯稳定性影响因素的研究探索学 院： 专 业： 姓 名： 指导教师： 20XX 年 X 月 XX 日二氧化氯稳定性影响因素的研究探索Study on Influencing Factors of Stability of Chlorine Dioxide 摘要二氧化氯广泛用于杀菌、消毒、除臭、漂白、保鲜、防腐等领域，是一种高效的强氧化剂和消毒剂。本实验研究了在常规条件下 pH 值、温度、光照等因素对二氧化氯溶液及二氧化氯固体粉末稳定性的影响，这使二氧化氯在医疗卫生和水处理中的广泛利用成为可能，且对推广应用稳定性二氧化氯很有实用价值。关键词 二氧化氯 稳定性 酸碱度 温度 光照强度ABSTRACTChlorine dioxide is widely used in sterilization, disinfection, deodorant, bleaching, preservative, preservative and other fields, is a kind of high efficient oxidant and disinfectant .The experimental research under conventional conditions of pH, temperature, humidity and light intensity on the chlorine dioxide solution and solid chlorine dioxide powder stability, the chlorine dioxide in health and water treatment in a wide range of applications become possible, and for the extension and application of stability chlorine dioxide has very practical value .KEYWORDS Chlorine dioxide stability pH value temperature light intensity 前言二氧化氯首先是由汉费莱戴维(Humphvy Davy)在 1811 年发现的。之前二氧化氯由于性质不太稳定而一直没有得到广泛研究和应用，直到 20 世纪 40 年代，人们才逐渐认识到它的强杀菌性、消毒性和漂白性。20 世纪 70 年代，二氧化氯在美国开始被用于工业废水循环冷却处理。20 世纪 80 年代，二氧化氯开始在食品、医疗、水处理等方面得到应用，而稳定性二氧化氯的出现使二氧化氯的发展前景更加广阔。1994 年，美国首次将二氧化氯应用于饮用水的消毒。二氧化氯在水中的渗透能力和扩散速度很快，是一种广谱消毒剂。ClO 2 的杀菌效果受 pH 值影响很小，其杀菌效果可以在较宽的 pH 范围内维持恒定。ClO 2 持续作用时间长，比液氯的杀菌效果好 1。二氧化氯消毒杀菌的范围很广，它能快速地杀灭金黄葡萄球菌、大肠杆菌、绿脓杆菌、沙氏门菌、乙肝表面抗原 HBsAg、军团菌、霍弧菌、真菌、病毒、芽胞、藻类等，其杀生效果持久。此外，微生物对二氧化氯的耐药性也比较差 2。ClO 2 还有很强的脱色除嗅能力，广泛地用作纸浆和纸张工业领域的漂白剂 1，可以有效去除杂质和色素，其本身性质柔和，不损伤纤维。二氧化氯还利于环境保护，能有效消除造纸废水中的恶臭，因此在国际上得到了广泛的应用 2。目前，餐饮业和家庭用的餐具，医院、宾馆用的床单等用品大多采用洗涤剂进行洗涤，用蒸煮法或者次氯酸钠的水溶液进行杀菌消毒，如此消毒和洗涤分步进行，既浪费能源、劳动力、时间，效果又不理想。因此，一种融洗涤、杀菌与消毒于一体的、能在短时间内一次性完成的高效消毒洗涤剂亟待开发。现在很多厂家正着手研制这种高效消毒洗涤剂，但其中最困惑他们的问题是消毒剂的选择及其稳定性。含氯消毒剂消毒杀菌效果比其他类消毒剂效果好，故现在普遍采用含氯消毒杀菌剂。其中，ClO 2 优于 NaClO (HClO) ，且固体 ClO2 比 ClO2 水溶液容易贮存、运输和应用，故现在普遍应用固体ClO2。本文就影响 ClO2 稳定性的因素作了基础研究 20。1. 文献综述1.1 二氧化氯的理化性质二氧化氯的分子式为 ClO2 ，分子量为 67.46 ，熔点为-59，沸点为 11 。常温常压下，二氧化氯是一种黄绿色至橙色的有刺激性气味的气体，它的液态和气态都不稳定，容易挥发、爆炸、受热分解等。二氧化氯的溶解度大约是氯气的 5 倍，比较容易溶于水，不易水解，其水溶液浓度在 10g/L 以下的时候基本是无爆炸危险的。加了稳定剂的二氧化氯水溶液是一种无色无味无毒、无腐蚀性、不易燃、不活泼的惰性溶液，其在-595时较稳定，不容易分解，有效期可达一年以上 2。二氧化氯作为一种高效、低毒、快速、广谱的新型强氧化性灭菌消毒剂，具有以下几个特点：无色无味、无毒性、无刺激，稳定性强、效力持久；适用于一切需要杀菌消毒的场所，有较宽的 pH 值使用范围；有强氧化性，约为氯气的 5 倍；可以除臭去味；对人畜无害；在饮用水消毒上，跟其他含氯消毒剂不同，可避免产生氯仿；除可杀灭一般细菌外，还对芽孢、藻类、病毒、硫酸盐还原菌、铁细菌和真菌等具有很好的杀灭作用，不产生抗药性和致癌物质 3。但同时，二氧化氯是一种毒性与氯气相似的、对人体有害的气体，能侵蚀眼睛和呼吸器官，在浓度高的情况下甚至会侵入中枢神经，致人死亡。目前规定空气中二氧化氯的允许浓度为 0.3mg/ m319。1.2 二氧化氯的种类二氧化氯目前大致存在四类，包括二氧化氯水溶液、稳定性二氧化氯水溶液、气态二氧化氯和固体二氧化氯制品。1.2.1 二氧化氯水溶液高纯度的二氧化氯溶于水便可得到二氧化氯水溶液。二氧化氯水溶液非常容易受外界环境的影响，不方便运输、贮藏，所以一般都是现配现用。1.2.2 稳定性二氧化氯水溶液在蒸馏水中加入适量的稳定剂后通入高纯度二氧化氯气体，即可得到稳定性二氧化氯水溶液。在使用之前要对其进行活化处理并稀释到需要的浓度。二氧化氯水溶液为无毒液体，可以制成 2%8%的水溶液作为商品出售。一些工业发达的国家把稳定性二氧化氯水溶液称作“第四代消毒剂” ，世界卫生组织将其列为 IA 级高级安全消毒剂。稳定性二氧化氯水溶液在美国、加拿大、日本等发达国家得到了广泛应用，已成为一种最理想和最有前途的氯制品消毒剂替代品。1.2.3 气态二氧化氯二氧化氯气体有毒性，很不稳定，所以制备二氧化氯气体的条件非常严格，需要专人操作。1.2.4 固体二氧化氯制品固体二氧化氯制品并非固态二氧化氯。其制备方法为在一定条件下，将稳定的二氧化氯液体吸附在载体上制成片剂、胶体、粉末、膏体等各种形状的固体，在使用前，使其与活化剂混合，控制活化速率，可以得到不同二氧化氯的释放速率，以满足不同的需求；或是将活化剂、稳定剂以及二氧化氯前体物质等混合在一起制成反应型固体制剂。 1.3 二氧化氯的应用1.3.1 二氧化氯在水处理中的消毒杀菌作用二氧化氯已广泛应用于饮用水的消毒杀菌，与其它饮用水的消毒杀菌剂比起来，二氧化氯有着突出的优点。Varma 4等指出，pH 值为 7 和 8 时，二氧化氯对水中的埃希氏大肠杆菌的平均致死率要比氯高 37% 。二氧化氯在 pH= 8 时的杀菌效果比 pH= 7 时好，而氯则是在 pH= 7 时比 pH= 8 时的杀菌效果好。使用二氧化氯几乎不会产生致癌副产物三卤甲烷(THM) ，这是二氧化氯最突出的优点。二氧化氯除了可以杀灭一般的细菌外，还可以杀灭甲型、乙型肝炎病毒 5。1.3.1.1 二氧化氯在自来水消毒中的应用传统是用氯气来处理自来水进行消毒，但是后来发现氯气在水中会产生致癌物三卤甲烷，为减少致癌物质的产生，人们开始使用二氧化氯来代替氯气处理自来水。综合考虑，二氧化氯的消毒效果最好，且在较宽的 pH 范围内，二氧化氯对大肠杆菌有较强的杀灭力。1.3.1.2 二氧化氯在循环冷却水处理中的应用 3二氧化氯作为杀菌灭藻剂，对循环水中的藻类、硫酸盐还原菌、异氧菌的杀灭作用十分有效，同时能除铁，有很好的协同作用。且在膦系缓蚀阻垢剂作水稳剂的循环系统中的使用不受影响。1.3.1.3 二氧化氯在印染废水处理中的应用 3在常用剂量下，二氧化氯与水中酚类反应不产生氯酚，且可以有效去除泥臭味、霉臭味和其它腥臭味。二氧化氯还可以将水中的二价铁、二价锰分别氧化成不溶于水的三价铁、四价锰，以达到除铁除锰的目的 14。1.3.1.4 二氧化氯在含氰废水处理中的应用 3二氧化氯用于处理含氰废水，氰化物的去除率高，使用方便、安全，处理后废水中氰化物的含量可以达到排放标准。1.3.2 作为保鲜除臭剂二氧化氯利用它的强氧化性使细菌连续遭到氧化，杀灭细菌，除去影响食品保鲜的一些不利成分（例如乙烯） ，从而达到为果蔬、食品保鲜的目的 5。二氧化氯已广泛应用于香蕉、柠檬、芒果、韭菜、蘑菇、黄瓜、西红柿、对虾等的保鲜。二氧化氯除了作为上述食品、果蔬的保鲜剂外，还可作为除臭剂，并已制成产品用于家用冰箱、工业冷库的脱臭和公共场所的空气清新剂。最近，国内也有用于除口腔内臭、异味的新型二氧化氯漱口液等产品问世 5。农产品、水产品、鲜活产品等食品加工业的原料虽然营养丰富但极易变质，很难贮存。二氧化氯可有效用于食品原料的除臭保鲜，它能快速杀灭微生物但不会与脂肪酸发生反应，也不会使蔬菜和水果的纤维组织受损，并且二氧化氯在原料处理过程中不会产生对人体有害的物质 7。二氧化氯可对水、各种加工食品的设备、食品包装袋、饮料瓶进行杀菌消毒处理，还可用于水产品等物质的保鲜防腐，去除蔬菜水果等表面残留的农药以及驱除冰柜等冷藏装置中的异味 9。二氧化氯在美国等一些发达国家已得到广泛应用，我国目前也在大力推广二氧化氯的应用，为此食品卫生相关部门制定了“稳定性二氧化氯食品添加剂标准” ，以规范其使用。1.3.3 作为漂白剂次氯酸的氧化能力强，但是它漂白的同时会氧化纤维素，使材料强度降低。氯气漂白时会与木质素生成氯化木质素，白色不稳定，在储存过程中容易泛黄。二氧化氯的氧化能力介于氯气与次氯酸之间，比次氯酸弱，比氯气强，但用它漂白能克服以上氯气与次氯酸的不足，漂白后白度高，粘度下降少，纸浆得率高，不透明性好，尘埃点易脱色，废水污染少 13。 次氯酸钠、氯气、过氧化氢等传统的漂白增白剂将会被二氧化氯取代。由于二氧化氯能剧烈氧化、漂白、分解木素或残余木素，而对纸浆中的碳水化合物组份影响很小，并可以使硫酸盐浆漂到较高的白度而不损伤纸浆的强度性质，因此二氧化氯在纸浆漂白方面的应用在世界范围内稳步增加。此外，二氧化氯与氯及其他含氯无机氧化剂的漂白机理是不同的，二氧化氯在漂白过程中不会产生二噁英等致癌物质，有利于保护环境。因而，二氧化氯在纺织工业和造纸方面的应用越来越广泛 16。除此之外，二氧化氯还可用于大米、面粉等加工过程中的漂白和油脂的脱色 3。1.3.4 作为空气净化剂目前市场上销售的空气清新剂一般只能通过散发香味来掩盖异味，实际上并不能净化空气，也不能杀灭空气中的细菌，而二氧化氯不仅可以杀灭细菌、抑制细菌，而且对高等动物的细胞结构没有任何影响。二氧化氯能与空气中的许多无机物及有机物发生氧化还原反应，其中包括酚类、芳烃、有机胺类、有机硫化物和不饱和化合物等，从而达到分解异味、净化空气的目的 6。ClO2 在常温下是一种气体，能够迅速而均匀地分散到空隙中和其他物质难以到达的区域。并且，温度较低条件下的 ClO2 不易发生聚集，其浓度也不会因为温度的升高而受到影响。在净化过程中，可以使用紫外可见分光光度计监测 ClO2 气体的浓度，使其保持在爆炸极限以内 8。活化后的二氧化氯有效的释放期比较短，不方便运输储存和使用。为了更好地开发二氧化氯其他的一些用途及扩展其使用的领域，最近几年来一些发达国家都致力于研究发展生产二氧化氯固体的工艺流程。通过对二氧化氯固体制品跟液体的二氧化氯进行比较可以发现，二氧化氯固体制品在较为封闭的空间应用的比较广泛，也更为有效，同时还具有使用方便、便于携带、安全等特点 6。目前国内关于二氧化氯的应用仅限于利用二氧化氯液体进行消毒，而对固体二氧化氯的研究和应用却相对较少，原因在于寻找一种合适的载体物质和缓释材料非常困难。2009 年，益海嘉里研发中心刘青松的项目研制了一种凝胶缓释的二氧化氯空气净化剂产品，能持续稳定地释放低浓度二氧化氯 2 个月。1.3.5 二氧化氯在医疗保健行业的应用在医疗方面和保健行业，二氧化氯可对医疗相关的器材进行灭菌、消毒，还可以用作伤口冲洗液、病源地的消毒液，医院、公共厕所等公共场所的消毒液和除臭液。综合起来说，二氧化氯的性能是比其他种类的消毒剂都要好的 9。在对医疗器械进行消毒时，由于二氧化氯消毒液会在一定程度上腐蚀碳钢，会轻度氧化铝和不锈钢制品，因此手术器械一般不宜长时间用二氧化氯进行浸泡杀菌消毒。但用 200ppm 二氧化氯溶液对内窥镜浸泡 2 分钟进行消毒则是可行的 12。此外，二氧化氯还可对肝炎病人家庭的疫源地进行消毒，一般物品用 500ppm 二氧化氯溶液进行擦试，对公共设施和家庭用品及其表面用 200500ppm 二氧化氯溶液喷洒或擦试，可以取得较好的消毒杀菌效果 12。1.3.6 杀菌洗涤剂在洗涤剂中加入特制的缓释性单剂型固载二氧化氯，即可使洗涤剂具有十分优良的消毒杀菌性能 11。在洗洁精中只需 1/ 200000 的二氧化氯，即可在 5min 内将各种芽孢细菌 100%地杀灭；将少量粉状固载二氧化氯直接加入各种洗涤剂、洗衣粉中可以获得同样的效果，400g 的洗衣粉实际成本增加仅为几分钱，但其洗涤效果却得到大大的改善 10。1.3.7 杀菌护肤霜在各种护肤霜、牙膏和香皂中加入特制的粉状缓释型固载二氧化氯，使之具有独特、良好的杀菌抑菌效果，特别是其具有良好的除臭作用可用于研制各种具有杀菌、除臭等特殊功效的专用产品 10。1.3.8 作为专用防霉剂实验证明，二氧化氯分子对霉菌的杀灭效果要比对其他细菌的杀灭效果好。运用固载二氧化氯技术研发出来的专用型防霉剂，防霉效果非常好，具有有效期长、生产成本低廉等突出优点，可广泛应用于橱柜、箱子袋子、库房、地下室等处的防霉。1.3.8.1 工业防霉剂运用固载二氧化氯技术研发出来的工业专用型防霉剂，可以用来储藏保存工业产品，防止其发生霉变，也可广泛应用于物流中心、长途货运车辆、船舶和各类商场、书店等地，具有十分巨大的市场容量。1.3.8.2 家用防霉剂特殊设计的可以用来代替目前市面上常用的、医学上已证明有致癌作用的卫生球（萘丸） 、防霉剂樟脑丸，其释放出来的二氧化氯气体不会产生致癌作用和其他毒副作用，可放置在家中的衣柜、书柜、箱内，用来防止衣物、书籍等发生霉变。此外，固载二氧化氯片剂小包装还可以放在存放食品或其他易霉变物品的密封容器内，杀灭霉腐微生物，防止食品霉变腐坏 10。1.3.9 固体芳香剂用固载二氧化氯制作的固体芳香剂，释放香味的时间较长，而且在释放香味的同时还可释放具有杀菌消毒、除臭防霉作用的二氧化氯气体，使空气清新。其性价比远远高于目前市售的其他各种固体芳香剂。这种固体芳香剂可广泛应用于写字楼、办公室、驾驶室、卫生间、客厅等场所 10。1.3.10 在农牧业中的应用现在二氧化氯已较多地用于奶牛场。用含二氧化氯和亚氯酸的消毒杀菌剂浸泡挤奶前和挤奶后的橡皮乳头可以有效防止奶牛乳腺炎的发生，并可使金黄色葡萄球菌的感染率减少 67. 4% 。除此以外，二氧化氯还可用于家禽养殖场，使鸭蛋在孵化中被污染的数量明显降低，例如被二氧化氯溶液处理过的被污染的鸭蛋可以比对照组的孵出率提高 10%12。1.3.11 在水产业中的应用二氧化氯应用于水产养殖业将具有非常广阔的发展前景，有望解决水产养殖行业所面临的诸多难题。二氧化氯可以防治鱼虾类疾病，可以用于鱼类养殖用水的消毒。一般的鱼场、鱼缸、大型水族箱，二氧化氯溶液浓度保持在 0.5 50ppm 即可达到较好的消毒效果。