常溫常壓下，二氧化氯為深綠色氣體，具有比氯氣更強的刺激性和毒性，消毒能力僅次于臭氧，是一種逐步取代液氯，且受PH和NH3-N影響較小的消毒劑，近年來在水處理行業受到青睞。另外，還具有去除還原性無機物和部分致色、致臭、致突變變物質的能力。
二氧化氯消毒劑具有強氧化性，與水基本不會發生化學變化，在水中的擴散速度和滲透能力高于氯氣，低濃度時尤為明顯，CLO2對細胞壁具有很強的吸附穿透能力，聚集于細胞周圍的CLO2分子，通過吸附和滲透作用對水中傳播的病原微生物，包括病毒、芽孢以及水中異養菌、硫酸鹽還原菌和真菌產生封閉作用，抑制其呼吸系統，進而滲透到細胞內部，以其強氧化能力有效氧化菌類細胞懶以生存的含硫激酶，從而快速抑制微生物蛋白質組成。由于CLO2在水中幾乎都是以分子狀態存在，不發生化學分解，能夠保持較高的消毒效率。
CLO2對細菌的滅活能力較強，能有效殺滅細菌繁殖、芽孢、真菌、病毒、原生物、藻類和浮游生物等生物體，實際滅活效果比氯更理想，但對動植物的滅活能力較弱。這主要是因為細菌屬原核細胞生物，絕大多數酶系統分布于細胞膜表面，容易受到攻擊，而動植物細胞屬于真核生物，其酶系統多數位于細胞內的細胞器中，對細胞具有保護作用，另外，高等動植物機體在受到外來侵害時，會自動產生抵抗外來物質的保護系統，能有效預防二氧化氯的傷害。
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