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      1. 行業新聞

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        臭氧制備方式及臭氧在生活中的應用

        臭氧的化學分子式為O3,常溫、常壓下無色,有特臭的氣味,具有強氧化作用。氧氣的同素異形體,每個分子由三個氧原子組成。當其存在于平流層時有助于保護地球上的生物免受紫外線的傷害,而當其在地球表面附近時,是城市光化學煙霧的一種組分,對植被和人類有傷害作用。在常溫下,它是一種有特殊臭味的藍色氣體,主要存在于距地球表面20公里的同溫層下部的臭氧層中。

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        氣態臭氧厚層帶藍色,有刺激性腥臭氣味,濃度高時與氯氣氣味相像;液態臭氧深藍色,固態臭氧紫黑色。臭氧極易分解,很不穩定。它不溶于液態氧,四氯化碳等。有很強的氧化性,在常溫下可將銀氧化成氧化銀,將硫化鉛氧化成硫酸鉛。臭氧可使許多有機色素脫色,侵蝕橡膠,很容易氧化有機不飽和化合物。

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        臭氧對生產生活有著很重要的意義,那臭氧是如何制備的呢?大氣中的臭氧主要來自于閃電或地面上某些有機物的氧化,實際應用的臭氧主要是采用電暈放電法、電解法與紫外線法等制備。

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        其中的紫外線法是最早使用的制備臭氧的方法,通過紫外線照射干燥的氧氣,一部分氧分子被激活離解成氧原子,進而形成臭氧。在紫外線照射氧氣的過程中,既有使氧變成臭氧的波長,也有使臭氧分解的波長,因此臭氧的產量將取決于產生臭氧的波長與分解臭氧的波長量的比值。紫外線照射法重復性好,對溫度不敏感,易通過光源控制改變臭氧產量,但無法用于大量生產臭氧,因此,對實驗用以及其他少量低濃度要求的情況,如空氣消毒、滅菌、除臭等還是合適的。

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        另一個是電解法,它可以生產高濃度臭氧,但其能耗大,設備復雜,電解液均為水內填加酸、鹽類電解質,對設備耐腐蝕程度要求高。其反應原理如下:SO42-SO4+2?e  3SO4+H2O3H2SO4+O3?  近年來,經過人們對極板材料、機理、電解過程等方面的大量研究,電解法制臭氧技術有了很大提高。此外,臭氧的制備還有放射法、等離子流法等,但現在工業上應用最常見的還是介質阻擋放電法。

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        相對各種制備方法而言,電暈放電法較為經濟,工業用臭氧大多由此產生。電暈放電法又可分為極問直接放電、無聲放電和沿面放電等形式。沿面電暈放電具有起始電壓低、擊穿電壓高,放電通道更有利于臭氧的形成及擴散,產生臭氧的效率高,可控性好等優點,是近年來臭氧生產研究的主要方向。電暈放電法臭氧發生器生產臭氧是一個極為復雜的過程,包括發生在放電通道中的一系列物理化學反應,可用三個步驟來概括

        ①高能粒子的產生在強電場的作用下放電管中會產生具有一定能量的電子,電子能量分配與每次微放電發生時放電管兩端所加電場強度有關,電子的能量分配應控制在適量的范圍內將有利于臭氧的生成。資料表明,電子能量在28.4eV時,會加速臭氧的分解反應的進行,大大降低臭氧生產效率;當電子的能量大于8.4eV時,有利于臭氧生成反應,在放電區間內應盡可能提高這部分電子的含量;

        ②氧原子的產生具有一定能量的電子與氧分子碰撞引起氧氣分子解離,產生氧原子:e+o22O+?(1);

        ③臭氧的生成具有一定能量的氧原子和氧氣分子碰撞,反應生臭氧:O+0?+M03+M?(2)其中:M表示參與反應的中間物質。在臭氧生產過程中還存在著一些副反應,如:臭氧分子和其他粒子發生碰撞、發生分解反應或和其他物質發生氧化還原反應。0+03202?(3)??03+e一一O+O?+e(4)e+O+M0+M?(5)上面的反應僅為臭氧生產過程中的幾個典型的代表,實際臭氧生產中過程都包含很多復雜的物理化學反應。

        (1)式中,電源的選取會直接影響到放電通道的特性,決定著放電通道中粒子問的能量分配。電源的選取還會影響到后面發生的一系列復雜化學反應的條件,從而在一定程度上影響臭氧生產的效率,電源的頻率和電壓是影響臭氧發生器生產效率非常重要的因素。臭氧的產生效率在一定范圍內會隨著電源頻率的升高而增大,這是因放電的電能密度隨著頻率的升高而增大,而電能密度的增大有利于氧原子的解離,在一定的范圍內有利于提高臭氧產生效率。放電通道中電子的能量分布還將影響到放電通道中氧原子濃度。由于氧原子不單參與與氧氣分子結合產生臭氧的反應,還要和其他粒子碰撞發生副反應,如與電子結合成負氧離子消耗能量、與臭氧分子碰撞引起其分解、與電極和介電體表面發生碰撞消耗能量,如式(3)(5)等,所以,氧原子的相對濃度并非越高越好,而是有最優值。氧原子濃度和放電通道的能量分布有直接的關系,為了提高臭氧生產效率應該設計適合的放電強度。臭氧 分解反應的激烈程度主要取決于溫度和微放電時的初始臭氧濃度。當放電達到一定強度時,臭氧的分解反應會十分活躍,很大程度上降低臭氧生產效率。一個理想的放電通道應該具有較短的持續時問,合適的強度,每一次放電產生的臭氧應能夠及時輸送到放電通道以外。放電通道的溫度也應該控制在合理的范圍,以抑制臭氧的分解反應。

         

        臭氧可氧化重金屬元素為不溶于水的化合物如鐵、錳、鋁、銅、錫、金、銀,使其沉淀除去,因而臭氧在水處理領域中有著廣泛的應用。

         

        臭氧代替氯系作自來水消毒劑。氯能有效殺滅水中細菌,但氯也能與水中有機物形成致癌的三鹵甲烷及其他鹵化物。研究表明,臭氧不僅具有很強的消毒殺菌作用,還可以氧化去除水中的微污染物質,氧化較為徹底,較少產生副產物,基于臭氧的強氧化性且可在水中短時間內自行分解,沒有二次污染,因此,臭氧是理想的綠色氧化藥劑。臭氧無論在酸性或堿性條件下都具有強氧化性,能將水中的二價鐵、錳等及其他金屬離子氧化成三價鐵及高價錳等,使溶解性的鐵、錳變成固態物質,以便通過沉淀和過濾除去。臭氧殺菌效果好,速度快,而且對消滅病毒非常有效。臭氧處理含氰廢水及其他工業廢水臭氧不僅在處理自來水方面有突出的優點,在處理工業污水中也非常有效,如常規的水處理方法對氰化物的去除效果不大,而臭氧則能很容易地將氰化物氧化成毒性小100?的氰酸鹽。在降解污染物上,雖然臭氧能氧化降解大多數的無機、有機物,但也不是“萬能藥劑”,如臭氧能使一般的氰絡合鹽及氰化物快速分解,但處理鐵氰絡合鹽則比較困 難。臭氧能有效地氧化生物難降解的有機物,但當臭氧濃度過低時,對這些生物難降解有機物的處理效果也不甚理想。

         

        臭氧在醫藥工業中也有獨特的應用價值。醫藥工業獲得無菌藥品生產環境的方法,大致可分為兩大類:滅菌和除菌。醫藥工業應用的除菌、除塵方法往往不是單一的,而是滅、除兩者的結合。應用臭氧消毒滅菌則是醫藥工業的優選方法。臭氧具有消毒滅菌力強、不產生殘余污染的優越性能,在發達國家已被廣泛地應用于醫藥、電子、化工、光學等工業和生物制品、遺傳工程、食品飲料生產、遠洋運輸等諸多領域(氧負離子發生器、雙氧水蒸發器、負氧機等設備)。制藥、生物制品、遺傳工程等行業可以利用臭氧對無菌生產環境消毒滅菌、凈化空氣;可以對生產設備、模具、工具、容器、反應釜貯罐和輸液、輸料、輸氣管道進行消毒;也可以對生產原輔材料、包裝材料、工作服等進行消毒。

         

        臭氧凈化空氣時,主要是殺滅空氣中細菌病毒、消除臭味。一般在20M2的室內開臭氧機15分鐘或聞到臭氧氣味后停機,就可達到滅菌、消除異味的效果。新裝修的室內散發的苯、甲醛、油漆等怪味;廚房中油煙味、泄漏的煤氣;舞廳、卡拉OK室、賓館客房、包廂、會議室、車廂內等地方都可凈化,以便消除異味。醫院的病房用上臭氧消毒凈化器。不但消除雷素、福米林等化學消毒劑惱人的氣味,而且殺滅各種細菌病毒,避免交叉感染;改善空氣質量,為病人創造健康的環境。

         

        臭氧對水果蔬菜殺毒保鮮也有重要應用。水果蔬菜保鮮、消除表面殘留農藥將水果裝進塑料袋,把膠管伸到袋中扎上袋囗,裝二三公斤的水果,充臭氧510分鐘,可大大地延長水果新鮮期?;蛘邔⑺卟朔旁谒?,把爆氣頭伸到底下爆臭氧510分鐘,消除表面殘留農藥。還有室內的觀賞花木、鮮花店中的鮮花用臭氧水噴灑或澆灌,枝葉更青翠、花朵更鮮艷、花期更長久。

         

        臭氧還可以降解肉類食品中的激素、抗生素等對人體有危害的東西。豬、雞肉中激素及抗生素含量很高,可將肉類食品泡在水中,把爆氣頭放在下方爆臭氧520分鐘,經臭氧降解后的肉即香又鮮。

         

        臭氧氧化水處理技術在徹底去除水中無機和有機污染物、對環境不造成二次污染、實現可持續發展上有著突出的優點,特別是當水中含有重金屬離子及其他技術難降解的有機物時,尤其我們現在重視自身環境,更重視微污染物的危害時,有著更明顯的優勢。最近,材料技術的進步,以及高濃度臭氧生產技術的開發,使臭氧氧化技術在水凈化領域及其他領域有著良好的發展前景和社會效益,人們正向環境時代的邁進,而臭氧必將成為支撐的技術之一。


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