论文摘要
研究针对微生物的高效杀菌剂是遏制生物武器杀伤威力的有效对策。气体ClO2因具有优异的高效广谱杀菌性能且有毒副产物含量较低而倍受青睐。本文从高纯度气体ClO2的生成方法、反应动力学以及ClO2对微生物的杀菌效果等方面进行了研究。（1）高纯度气体ClO2生成技术及ClO2浓度、纯度检测技术研究提出了NaClO3—NaClO2组合法生成高纯度气体ClO2的新工艺。HCl与NaClO3在主反应器内反应，生成的Cl2和ClO2混合气体通过NaClO2的固定床，将Cl2进一步转化为ClO2气体，最终产物气中ClO2／Cl2≈60／1，ClO2纯度达到98．19％。制备了快速测试ClO2浓度的标准比色卡及配套测试卡，所得测试卡测试ClO2溶液浓度的范围为5～1000mg／L，测试误差在10％以内。（2）高纯度气体ClO2反应动力学研究提出了HCl与NaClO3反应可能存在的假设机理，并进行了验证。通过理论上对亚氯酸钠与氯气发生气固反应的微观分析，建立了NaClO2与Cl2发生气固反应的固定床——等效粒子模型并进行表征，得出了NaClO3—NaClO2组合工艺生成高纯度气体ClO2的反应动力学模型。（3）气体二氧化氯爆炸特性和爆炸机理研究首次在20L的柱状爆炸罐内研究了气体ClO2的爆炸特性，考查了气体ClO2的爆炸极限及浓度对爆炸压力、爆炸诱导时间的影响。得出了气体ClO2的爆炸下限为9．5％（体积比），爆炸上限为100％；气体ClO2的爆炸压力随浓度的增加而增大，最大爆炸压力出现的诱导时间随着气体ClO2浓度的增加而缩短。提出了气体ClO2的爆炸属于分解爆炸，其爆炸机理是涉及到中间稳定物——Cl2O3的特殊衰减支链分解爆炸机理，Cl2O3是引发、促进支链反应的主要因素。（4）高纯度气体ClO2生成系统装置研究利用安全原理设计了高纯气体ClO2反应器，ClO2发生量达到了1．5kg／次以上，NaClO2转化率达到93．7％、NaClO3转化率达到95．5％时，气体ClO2的产率最高达到97．3％，纯度达到了98．55％以上。NaClO3—NaClO2组合工艺生成高纯度的气体ClO2，控制反应时间在30～45min左右较好。理论产量与实际产量二者的偏差在6．2％以内；超出此时间范围，实际产量与动力学计算结果的偏差会越来越大。（5）气体ClO2的应用研究a高纯度气体ClO2对葡萄的杀菌保鲜研究研究了气体ClO2对葡萄表面致病菌——葡萄球菌、大肠杆菌、李斯特单增菌和腐生酵母菌的杀菌效果。得出了气体ClO2浓度增加和杀菌时间的延长，可以使杀菌效果很快的提高，在气体ClO2杀菌浓度为25mg/L、杀菌时间12min、杀菌温度25℃的较佳条件下，金黄色葡萄球菌、李斯特单增菌和腐生酵母菌均减少了6．4log量级以上，而大肠杆菌达到5．76log量级。ClO2的作用浓度和杀菌时间存在协同增效的作用。气体ClO2对葡萄的保鲜效果研究表明，常温下采用浓度为30ml／m3的气体ClO2处理葡萄效果最好。ClO2可以迅速有效地阻止蛋氨酸的分解，消除乙烯等物质并杀灭腐败菌，从而延缓果蔬变质过程，减少营养成分损失，起到长期保鲜的作用。b二氧化氯消毒城市生活废水研究研究表明，污水中粪大肠菌的灭菌效果随着ClO2浓度和作用时间的增加而增加，得出了ClO2消毒城市污水的投药浓度为5 mg／L、杀菌时间为20min的最佳条件，粪大肠菌杀菌率达到99．99％的去除率极限。处理后的出水中未检出CHCl3，CCl4的含量虽然随ClO2浓度不同而有所区别，但是含量很少且差别不大。研究结果证实ClO2消毒水体形成卤代烃类明显低于普通含氯消毒剂，将ClO2用于污水消毒增强了回用污水的环境安全性。