化学氧化-二氧化氯氧化课件
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第1章
化学氧化
Chemical Oxidation
内 容
1
2
臭氧氧化 二氧化氯氧化 2
过氧化氢氧化 高锰酸钾氧化 高铁酸钾氧化
3
4 5
作用
无机物 有机物
化合物
化学氧化
微毒、无毒或易 分离形态的物质
臭氧氧化
直接反应机理—臭氧分子直接进攻有机物的反应
共振杂化分子的四种典型形式 加成反应 亲电反应 亲核反应
在酸性较强的条件下, ClO2分解并生 成氯酸,亚氯酸, 从而氧化、降解废水 中的带色基团及其他的有机污染物; Cl2 + H2O → HCl + HClO 在弱酸性条件下, ClO2不易分解污染 HClO → Cl2 ＋ H2O 物,而是直接和废水中污染物发生作用 HClO2＋Cl2＋H2O→ HClO3＋HCl 并破坏有机物的结构. ClO2 + H2O → HClO3 + HCl ClO2 → Cl2 +O2
2
二氧化氯的物理化学性质
(3) 广谱灭菌
属广谱型消毒剂，对一切经水体传播的病原 微生物均有很好的杀灭效果; 除对一般细菌有杀死作用外,对芽孢、病毒、 异养菌、铁细菌、真菌等均有很好的杀灭作 用，且不易产生抗药性，尤其是对伤寒，甲 肝、乙肝、脊髓灰质炎及艾滋病毒等也有良 好的杀灭和抑制效果; 对病毒的灭活比O3和Cl2更有效; 低剂量的ClO2还具有很强的杀蠕虫效果
细菌、病毒、真菌都是单细胞的低 级微生物，其酶系分布于细胞膜表 面, 易于受到ClO2攻击而失活. 而人和动物细胞中，酶系位于细胞 质之中受到系统的保护，ClO2难以 和酶直接接触，故其对人和动物的 危害较小.
2
二氧化氯的物理化学性质
(1) 高效、强力
在常用消毒剂中，相同时间内达到同样的杀菌效果所需的ClO2浓度最低; 对杀灭异养菌所需的ClO2浓度仅为Cl2的1/2; 对地表水中大肠杆菌杀灭效果比Cl2高5倍以上; 对孢子的杀灭作用比氯强
2
二氧化氯的物理化学性质
(4) 安全、广泛
不与水体中的有机物作用生成三卤甲烷等致癌物质，对高等动物细胞、 精子及染色体无致癌、致畸、致突变作用; ClO2 消毒只是有选择的与某些有机物进行氧化反应将其降解为含氧基 团为主的产物，不产生氯化有机物，所需投加量小，约为氯投加量的 40%,且不受水中氨氮的影响 其安全性是被世界卫生组织（WHO）定为AI级
氧化性
2
二氧化氯的物理化学性质
是国际上公认的含氯消毒剂中唯 一的高效消毒灭菌剂，它可以杀 灭一切微生物.
包括细菌繁殖体, 细菌芽孢, 真菌, 分 枝杆菌和病毒等.
消毒灭菌性能
消毒机理 ClO2对微生物细胞壁 有较好的吸附和穿透作用,能渗透 到细胞内部与含巯基（-SH）的酶 反应，使之迅速失活，抑制细胞 内蛋白质的合成，从而达到将微 生物灭活的目的。
温度升高、暴露在光线下或与某些有机物接触摩擦,可能引起爆炸; 在空气中的体积浓度超过10%就会发生爆炸; 在水中浓度超过30%时也会发生爆炸; ClO2溶液浓度在10g/L以下时基本没有爆炸的危险。 ClO2水溶液在较高温度与光照下会生成ClO2-与ClO3-, 应避光低温 存放.
二氧化氯的发现及其应用
1811年 美国的戴维(Dary)用硫酸将氯酸钾酸化得到黄绿色气体,称之为优氯. 1843年 米隆用盐酸将氯酸钾酸化也获得了一种黄绿色气体. 1881年 舍恩拉科鉴别出这种气体是ClO2和Cl2的混合物. 1940年代 ClO2开始用于食品杀菌消毒,造纸的漂白和水的净化处理等. 1973年 氯气和其它氯系消毒剂的消毒副产物——三氯甲烷的发现推动了ClO2 在饮用水处理中的推广应用. 1980年代 稳定性ClO2问世及小型商用ClO2发生器开发成功. 1983年 美国EPA推荐使用ClO2对饮用水消毒. ClO2不仅是一种广谱、高效的消毒剂，而且还是优良的水处理剂、食品保鲜剂、 漂白剂、防腐剂和除臭剂, 在水处理、食品、医疗保健、造纸、养殖、日化等行 业得到广泛应用 WHO确认ClO2为A级安全消毒剂，被认定为氯系消毒剂最理想的更新换代产品。 中国状况
稳定性
2
二氧化氯的物理化学性质
是强氧化剂，具有较高的电极电位 E0＝1.95V; ClO2中含氯52.6%, 从Cl4+→Cl-1的氧化过程中有5个电子转移,其有 效氯含量为52.6％×5＝263%，氧化能力是Cl2的2.63倍; ClO2不稳定, 遇水会迅速分解生成HClO3、HClO2、HClO、Cl2、 O2等强氧化剂，进而产生多种氧化能力极强的活性基团(即自由基). 二氧化氯在水中的反应：
(2) 快速、持久
溶于水后，基本不与水发生化学反应，也不以二聚或多聚状态存在 它在水中的扩散速度与渗透能力都比氯快，特别在低浓度时更突出 0.5ppm的ClO2作用5分钟后即可杀灭99％以上的异养菌, 而0.5ppm的 Cl2的杀菌率最高只能达到75％ 0.5ppm的ClO2在12小时内对异养菌的杀灭率保持在99％以上,作用时 间长达24小时杀菌率才下降为86.3%; ClO2 的残余量能在管网中持续很长时间, 对病毒、细菌的灭活效果比臭 氧和氯更有效.
臭氧分子的共振三角形结 构表明，它可以作为偶极 试剂、亲电试剂和亲核试 剂,与有机物形成三类反应
间接反应机理—臭氧分解形成自由基与有机物的反应
溶解O3分解形成HO〃，HO〃通过不同的反应使无机物和有机物氧化. 电子转移反应 抽氢反应 OH〃加成反应
二氧化氯氧化
1
基本性质
溶解性
易溶于水，其在水中的溶解度是氯的5 倍，常温水溶液呈黄绿色； 溶解度与其分压和水的温度有关。
2
ห้องสมุดไป่ตู้
二氧化氯的物理化学性质
在常温下可压缩成深红色液体，极易挥发，极不稳定，易分解 为氯气和氧气，并放出热量，在光照、机械碰撞或接触有机物 都会发生爆炸。 影响ClO2稳定性的主要因素: 温度和光照.
1980年代初 开始ClO2的研究 1990年代 发展迅速 多用于造纸、纺织等行业，并逐步应用于自来水厂。
2
二氧化氯的物理化学性质
通常状态下为黄绿色的气体，具有与氯 气相似的刺激性气味，分子量67.45； 760mmHg时, 沸点11℃, 熔点-59℃,气 态密度是空气的2.4倍;液态呈红褐色， 固态为橙黄色.
化学氧化
Chemical Oxidation
内 容
1
2
臭氧氧化 二氧化氯氧化 2
过氧化氢氧化 高锰酸钾氧化 高铁酸钾氧化
3
4 5
作用
无机物 有机物
化合物
化学氧化
微毒、无毒或易 分离形态的物质
臭氧氧化
直接反应机理—臭氧分子直接进攻有机物的反应
共振杂化分子的四种典型形式 加成反应 亲电反应 亲核反应
在酸性较强的条件下, ClO2分解并生 成氯酸,亚氯酸, 从而氧化、降解废水 中的带色基团及其他的有机污染物; Cl2 + H2O → HCl + HClO 在弱酸性条件下, ClO2不易分解污染 HClO → Cl2 ＋ H2O 物,而是直接和废水中污染物发生作用 HClO2＋Cl2＋H2O→ HClO3＋HCl 并破坏有机物的结构. ClO2 + H2O → HClO3 + HCl ClO2 → Cl2 +O2
2
二氧化氯的物理化学性质
(3) 广谱灭菌
属广谱型消毒剂，对一切经水体传播的病原 微生物均有很好的杀灭效果; 除对一般细菌有杀死作用外,对芽孢、病毒、 异养菌、铁细菌、真菌等均有很好的杀灭作 用，且不易产生抗药性，尤其是对伤寒，甲 肝、乙肝、脊髓灰质炎及艾滋病毒等也有良 好的杀灭和抑制效果; 对病毒的灭活比O3和Cl2更有效; 低剂量的ClO2还具有很强的杀蠕虫效果
细菌、病毒、真菌都是单细胞的低 级微生物，其酶系分布于细胞膜表 面, 易于受到ClO2攻击而失活. 而人和动物细胞中，酶系位于细胞 质之中受到系统的保护，ClO2难以 和酶直接接触，故其对人和动物的 危害较小.
2
二氧化氯的物理化学性质
(1) 高效、强力
在常用消毒剂中，相同时间内达到同样的杀菌效果所需的ClO2浓度最低; 对杀灭异养菌所需的ClO2浓度仅为Cl2的1/2; 对地表水中大肠杆菌杀灭效果比Cl2高5倍以上; 对孢子的杀灭作用比氯强
2
二氧化氯的物理化学性质
(4) 安全、广泛
不与水体中的有机物作用生成三卤甲烷等致癌物质，对高等动物细胞、 精子及染色体无致癌、致畸、致突变作用; ClO2 消毒只是有选择的与某些有机物进行氧化反应将其降解为含氧基 团为主的产物，不产生氯化有机物，所需投加量小，约为氯投加量的 40%,且不受水中氨氮的影响 其安全性是被世界卫生组织（WHO）定为AI级
氧化性
2
二氧化氯的物理化学性质
是国际上公认的含氯消毒剂中唯 一的高效消毒灭菌剂，它可以杀 灭一切微生物.
包括细菌繁殖体, 细菌芽孢, 真菌, 分 枝杆菌和病毒等.
消毒灭菌性能
消毒机理 ClO2对微生物细胞壁 有较好的吸附和穿透作用,能渗透 到细胞内部与含巯基（-SH）的酶 反应，使之迅速失活，抑制细胞 内蛋白质的合成，从而达到将微 生物灭活的目的。
温度升高、暴露在光线下或与某些有机物接触摩擦,可能引起爆炸; 在空气中的体积浓度超过10%就会发生爆炸; 在水中浓度超过30%时也会发生爆炸; ClO2溶液浓度在10g/L以下时基本没有爆炸的危险。 ClO2水溶液在较高温度与光照下会生成ClO2-与ClO3-, 应避光低温 存放.
二氧化氯的发现及其应用
1811年 美国的戴维(Dary)用硫酸将氯酸钾酸化得到黄绿色气体,称之为优氯. 1843年 米隆用盐酸将氯酸钾酸化也获得了一种黄绿色气体. 1881年 舍恩拉科鉴别出这种气体是ClO2和Cl2的混合物. 1940年代 ClO2开始用于食品杀菌消毒,造纸的漂白和水的净化处理等. 1973年 氯气和其它氯系消毒剂的消毒副产物——三氯甲烷的发现推动了ClO2 在饮用水处理中的推广应用. 1980年代 稳定性ClO2问世及小型商用ClO2发生器开发成功. 1983年 美国EPA推荐使用ClO2对饮用水消毒. ClO2不仅是一种广谱、高效的消毒剂，而且还是优良的水处理剂、食品保鲜剂、 漂白剂、防腐剂和除臭剂, 在水处理、食品、医疗保健、造纸、养殖、日化等行 业得到广泛应用 WHO确认ClO2为A级安全消毒剂，被认定为氯系消毒剂最理想的更新换代产品。 中国状况
稳定性
2
二氧化氯的物理化学性质
是强氧化剂，具有较高的电极电位 E0＝1.95V; ClO2中含氯52.6%, 从Cl4+→Cl-1的氧化过程中有5个电子转移,其有 效氯含量为52.6％×5＝263%，氧化能力是Cl2的2.63倍; ClO2不稳定, 遇水会迅速分解生成HClO3、HClO2、HClO、Cl2、 O2等强氧化剂，进而产生多种氧化能力极强的活性基团(即自由基). 二氧化氯在水中的反应：
(2) 快速、持久
溶于水后，基本不与水发生化学反应，也不以二聚或多聚状态存在 它在水中的扩散速度与渗透能力都比氯快，特别在低浓度时更突出 0.5ppm的ClO2作用5分钟后即可杀灭99％以上的异养菌, 而0.5ppm的 Cl2的杀菌率最高只能达到75％ 0.5ppm的ClO2在12小时内对异养菌的杀灭率保持在99％以上,作用时 间长达24小时杀菌率才下降为86.3%; ClO2 的残余量能在管网中持续很长时间, 对病毒、细菌的灭活效果比臭 氧和氯更有效.
臭氧分子的共振三角形结 构表明，它可以作为偶极 试剂、亲电试剂和亲核试 剂,与有机物形成三类反应
间接反应机理—臭氧分解形成自由基与有机物的反应
溶解O3分解形成HO〃，HO〃通过不同的反应使无机物和有机物氧化. 电子转移反应 抽氢反应 OH〃加成反应
二氧化氯氧化
1
基本性质
溶解性
易溶于水，其在水中的溶解度是氯的5 倍，常温水溶液呈黄绿色； 溶解度与其分压和水的温度有关。
2
ห้องสมุดไป่ตู้
二氧化氯的物理化学性质
在常温下可压缩成深红色液体，极易挥发，极不稳定，易分解 为氯气和氧气，并放出热量，在光照、机械碰撞或接触有机物 都会发生爆炸。 影响ClO2稳定性的主要因素: 温度和光照.
1980年代初 开始ClO2的研究 1990年代 发展迅速 多用于造纸、纺织等行业，并逐步应用于自来水厂。
2
二氧化氯的物理化学性质
通常状态下为黄绿色的气体，具有与氯 气相似的刺激性气味，分子量67.45； 760mmHg时, 沸点11℃, 熔点-59℃,气 态密度是空气的2.4倍;液态呈红褐色， 固态为橙黄色.