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臭氧

臭氧是地球大气中一种微量气体,在常温常压下,稳定性极差,在常温下可自行分解为氧气。臭氧具有强烈的刺激性,吸入过量对人体健康有一定危害。

【中文名称】臭氧

【英文名称】Ozone

【结构或分子式】

O原子以sp2杂化轨道形成离域π键(三中心四电子体)。分子形状为V形。极性分子

【相对分子量或原子量】48.00

密度】气体密度( 0℃,g/L)2.144;液体密度(-150℃,g/cm)1.473

熔点(℃)】(固)-251.4

【沸点(℃)】(液)-112.4

【性状】

气态臭氧厚层带蓝色,有刺激性腥臭气味,浓度高时与氯气气味相像;液态臭氧深蓝色,固态臭氧紫黑色。

另外,臭氧为纯净物。在常温下,易分解,生成氧气和氧原子

【用途】

用于水的消毒和空气的臭氧化,在化学工业中用作强氧化剂。

【制备或来源】

主要的制臭氧技术有:电解法、核辐射法、紫外线等离子体及电晕放电法等几种。应用比较广泛的是臭氧发生器放电氧化空气或纯氧气成臭氧,紫外线杀菌灯分解空气中的氧气形成臭氧。即应用高能量交互式电流作用空气中的氧气使氧气分子电离而成臭氧。 高锰酸盐和强酸反应可以生成臭氧(O)。

分子式'O

【各原子价态】 一个+2/3,两个-1/3

特别注意:因为臭氧特殊的π键,故臭氧转化为氧气是一个氧化还原反应

2O==3O转移电子数为4/3mol.

英文臭氧(Ozone)一词源自希腊语ozon,意为“嗅”。

西班牙文名称为Ozono

臭氧具有等腰三角形结构,三个氧原子分别位于三角形的三个顶点,顶角为116.79度。

1840年德国C.F.舍拜恩在电解稀硫酸时 ,发现有一种特殊臭味的气体释出 ,因此将它命名为臭氧 。当大气层中的氧气发生光化学作用时,便产生了臭氧,因此,在离地面垂直高度15~25千米处形成臭氧层,它的浓度为0.2ppm。臭氧的气体明显地呈蓝色,液态呈暗蓝色,固态呈蓝黑色。它的分子结构呈三角形 。臭氧不稳定,在常温下慢慢分解 ,200℃时迅速分解 ,它比氧的氧化性更强,能将金属银氧化为过氧化银 ,将硫化铅氧化为硫酸铅,它还能氧化有机化合物,如靛蓝遇臭氧会脱色 。臭氧在水中的溶解度较氧大,0℃,一标准大气压时,一体积水可溶解0.494体积臭氧。臭氧能刺激粘液膜 ,它对人体有毒 ,长时间在含0.1ppm臭氧的空气中呼吸是不安全的。臭氧层能吸收大部分波长短的射线(如紫外线 ),起着保护人类和其他生物的作用,但氯气和氟化物促使臭氧分解为氧 ,破坏了臭氧保护层,成为人类关注的重要环境问题之一。通常都借助无声放电作用从氧气或空气制备臭氧,臭氧发生器即根据这一原理制造。利用臭氧和氧气沸点的差别,通过分级液化可得浓集的臭氧。臭氧是强力漂白剂,用于漂白面粉和纸浆,用臭氧消毒饮用水,水中只含氧,无特殊气味。它还用于污水处理。

臭氧极易分解,很不稳定。它不溶于液态氧,四氯化碳等。有很强的氧化性,在常温下可将银氧化成氧化银,将硫化铅氧化成硫酸铅。臭氧可使许多有机色素脱色,侵蚀橡胶,很容易氧化有机不饱和化合物。臭氧在冰中极为稳定,其半衰期为2000年。

1785年,德国人在使用电极时,发现在电极放电时产生一种异味。1840年法国科学家克里斯蒂安弗雷德日将它确定为臭氧。

在紫外线辐射下,通过电子放射或暴晒从双原子氧气可自然形成臭氧。工业上,用干燥的空气或氧气,采用5~25kv的交流电压进行无声放电制取。另外,在低温下电解稀硫酸,或将液体氧气加热都可制得臭氧。

臭氧可用于净化空气,漂白饮用水,杀菌,处理工业废物和作为漂白剂。

在夏季,由于工业和汽车废气的影响,尤其在大城市周围农林地区在地表臭氧会形成和聚集。地表臭氧对人体,尤其是对眼睛,呼吸道等有侵蚀和损害作用。地表臭氧也对农作物或森林有害。

根据清华大学编的《臭氧技术应用文集》一书,将有关臭氧应用浓度按安全浓度空气、应用浓度、水中应用浓度、环境浓度及感知浓度,分类摘录,以便在应用中查找。 安全浓度人们允许接触的臭氧浓度不大于0.2mg/m3。

◎臭氧工业卫生标准: 国际臭氧协会: 0.1 ppm,接触10小时 美 国: 0.1 ppm,接触 8小时 德、法、日 本: 0.1 ppm中 国: 0.15ppm

◎家用臭氧消毒柜外臭氧泄漏量不得超过0.2mg/m3(指1.5米以外),消毒一个周期后残留浓度不得大于0.2mg/m?。

◎动物试验表明,臭氧毒性的起点浓度为0.3ppm,而人对空气中臭氧可嗅知的浓度为0.02~0.04ppm,根据臭氧对肺功能毒性的试验结果,提出1.5~2.0ppm为臭氧允许浓度的上限。卫生部规定臭氧最高允许浓度为0.2mg/m?。

空气应用浓度

◎作为空气除味与杀菌,要求臭氧浓度较低,如0.5ppm(1mg/m?),而物品表面消毒(杀灭微生物和去除化学污染)则要求提高几十倍的臭氧浓度。

◎空气应用具氧浓度在1mg/m?~10mg/m?之间。

◎温度低,湿度大则杀灭效果好,尤其是湿度,相对湿度小于45%,臭氧对空气中悬浮微生物几乎没有杀灭作用。在60%时才逐渐增强,在95%时达到最大值。

◎用臭氧消毒食品加工车间,0.5~1.0ppm即可杀灭空气中的80%的自然菌。

◎冷库消毒要求臭氧浓度6~10ppm,停机后封库24小时以上细菌杀灭率90%左右,霉菌杀灭率80%左右。

◎在水果贮藏期间,可用2~3ppm的臭氧可使霉菌的生长受到抑制,贮藏期可延长一倍。

水中应用浓度

◎水应用中臭氧溶解度在0.1mg/L~10mg/L之间。低值作为水消毒净化要求的最低浓度,高值作为“臭氧水消毒剂” 可达到的浓度值。

◎自来水臭氧净化,国际常规标准为0.4mg/L的溶解度值,保持4分钟,即CT值为1.6。

◎水中余臭氧浓度保持在0.1~0.5mg/L作用5~10min可达消毒目的。

◎臭氧水消毒灭菌是急速的,消毒作用在瞬间发生。清水中臭氧浓度一旦达到,在0.5~1分钟内就杀死细菌,在浓度达4mg/L,在1分钟内乙肝病毒灭活率为100%。

◎Herbold报道:20℃条件下,水中臭氧浓度达0.43mg/L时,可将大肠杆菌100%杀灭,10℃时仅需0.36mg/L即可全部杀灭。

◎臭氧浓度为0.25~38mg/L时,仅需几秒或几分钟完全灭活甲型肝炎病毒(HAV)。

◎矿泉水中臭氧溶解度在0.4~0.5mg/L时,即可满足杀菌保质要求。合理的臭氧投放量为1.5~2.0mg/L。

◎瓶装水处理应达0.3~0.5mg/L的臭氧溶解度值,要求投加臭氧应满足 1m?水2gO?的发生量。根据实践经验,臭氧发生浓度高于8mg/L时容易达到浓度。

臭氧对人类的危害

低浓度的臭氧可消毒。一般森林地区臭氧浓度即可达到0.1ppm 但超标的臭氧则是个无形杀手!

▲ 它强烈刺激人的呼吸道,造成咽喉肿痛、胸闷咳嗽、引发支气管炎和肺气肿;

▲ 臭氧会造成人的神经中毒,头晕头痛、视力下降、记忆力衰退;

▲ 臭氧会对人体皮肤中的维生素E起到破坏作用,致使人的皮肤起皱、 出现黑斑;

▲ 臭氧还会破坏人体的免疫机能,诱发淋巴细胞染色体病变,加速衰老, 致使孕妇生畸形儿;

▲ 而复印机墨粉发热产生的臭氧及有机废气更是一种强致癌物质,它会引发各类癌症和心血管疾病

因此,臭氧和有机废气所造成的危害必须引起人们的高度重视。

大气中臭氧层对地球生物的保护作用现已广为人知它吸收太阳释放出来的绝大部分紫外线,使动植物免遭这种射线的危害。为了弥补日渐稀薄的臭氧层乃至臭氧层空洞,人们想尽一切办法,比如推广使用无氟制冷剂,以减少氟利昂等物质对臭氧的破坏。世界上还为此专门设立国际保护臭氧层日。由此给人的印象似乎是受到保护的臭氧应该越多越好,其实不是这样,如果大气中的臭氧,尤其是地面附近的大气中的臭氧聚集过多,对人类来说臭氧浓度过高反而是个祸害。 臭氧也是一种温室气体,能够导致更严重的温室效应。大气动力学解释认为,初春,极夜结束,太阳辐射加热空气,产生上升运动,将对流层臭氧浓度低的空气输入平流层,使得平流层臭氧含量减小,容易出现臭氧洞。一般认为,在人为因素中,工业上大量使用氟里昂气体是破坏臭氧层的主要原因之一。通常,氟里昂是比较稳定的物质,然而,当它被大气环流带到平流层(16公里~30公里)时,由于受太阳紫外线的照射,容易形成游离的氯离子。这些氯离子非常活泼,容易与臭氧起化学反应,把臭氧(O3)变成氧分子(O2)和氧原子(O),从而使臭氧总量减少,形成了臭氧洞。本来,在离地20公里~30公里的大气层内,是臭氧集中分布的地带,称作臭氧层,太阳辐射透过这层大气时,大量的臭氧吸收了波长较短的紫外线辐射(0.20微米~0.30微米波段),大大减弱了到达地面太阳辐射中的紫外线强度。然而,若臭氧层的臭氧含量大大减少,则吸收太阳紫外线辐射的能力减弱,到达地面的太阳辐射强度会增大。从医学上来说,较短波的紫外线辐射杀伤能力最大,能杀死细胞,破坏生物细胞内的遗传物质,如染色体、脱氧核糖核酸等,严重时会导致生物的遗传病,产生突变体,导致人类的皮肤癌。强烈的紫外线还可以穿透海洋10米~30米,使海洋浮游植物的初级生产力降低四分之三左右,抑制浮游动物生长。人们一旦了解了臭氧洞的危害和形成原因,相信会对臭氧洞演变的预测和防止提出新的理论和方法。在臭氧层内各地分布不均匀,世界三极地区即南极、北极和青藏高原气候寒冷,臭氧层微薄。某处臭氧层中臭氧含量的减少等于在屋顶上开了天窗,如果减少到正常值的50%以上,人们形象地说这是个臭氧洞。臭氧洞可以用一个三维的结构来描述,即臭氧洞的面积、深度及延续时间。 南极臭氧洞2000年9月3日南极上空的臭氧层空洞面积达到2830万平方公里,超出中国面积两倍以上,相当于美国领土面积的3倍。这是迄今观测到的最大的臭氧层洞。图中覆盖在南极上空如同兰色水滴的就是就是卫星观测到的臭氧洞.南极是一个非常寒冷的地区,终年被冰雪覆盖,四周环绕着海洋。1985 年,英国科学家法尔曼等人在南极哈雷湾观测站发现:1977-1984年每到春天南极上空的臭氧浓度就会减少约 30%,有近 95% 的臭氧被破坏。1985年前南极臭氧洞大小和深度,大约以两年为消长周期。近年臭氧洞的深度和面积等仍在继续扩展。

臭氧是地球大气中一种微量气体,它是由于大气中氧分子受太阳辐射分解成氧原子后,氧原子又与周 围的氧分子结合而形成的,含有3个氧原子。大气中90%以上的臭氧存在于大气层的上部或平流层,离地面有10~50千米,这才是需要人类保护的大气臭氧层。还有少部分的臭氧分子徘徊在近地面,仍能对阻挡紫外线有一定作用。但是,近年发现地面附近大气中的臭氧浓度有快速增高的趋势,就令人感到不妙了。虽然臭氧在平流层起到了保护人类与环境的重要作用,但若其在对流层浓度增加,则会对人体健康产生有害影响。臭氧对眼睛和呼吸道有刺激作用,对肺功能也有影响,较高浓度的臭氧对植物也是有害的。

这些臭氧是从哪里来冒出来的呢?同铅污染、硫化物等一样,它也是源于人类活动,汽车、燃料、石化等是臭氧的重要污染源。在车水马龙的街上行走,常常看到空气略带浅棕色,又有一股辛辣刺激的气味,这就是通常所称的光化学烟雾。臭氧就是光化学烟雾的主要成分,它不是直接被排放的,而是转化而成的,比如汽车排放的氮氧化物,只要在阳光辐射及适合的气象条件下就可以生成臭氧。随着汽车和工业排放的增加,地面臭氧污染在欧洲、北美、日本以及我国的许多城市中成为普遍现象。根据专家目前所掌握的资料估计,到2005年,近地面大气臭氧层将成为影响我国华北地区空气质量的主要污染物。

研究表明,空气中臭氧浓度引起人员一定反应的浓度为0.5-1ppm,时间长了会感到口干等不适, 浓度在1-4ppm会引起人员咳嗽。原因就在于,作为强氧化剂,臭氧几乎能与任何生物组织反应。当臭氧被吸入呼吸道时,就会与呼吸道中的细胞、流体和组织很快反应,导致肺功能减弱和组织损伤。对那些患有气喘病、肺气肿和慢性支气管炎的人来说,臭氧的危害更为明显。

从臭氧的性质来看,它既可助人又会害人,它既是上天赐与人类的一把保护伞,有时又像是一剂猛烈的毒药。目前,对于臭氧的正面作用以及人类应该采取哪些措施保护臭氧层,人们已达成共识并做了许多工作。但是,对于臭氧层的负面作用,人们虽然已有认识,但目前除了进行大气监测和空气污染预报外,还没有真正切实可行的方法加以解决。

欧洲科学家的一项联合研究发现,臭氧层是使地表生物免遭太阳紫外线危害的天然屏障,但土壤中的臭氧却是植物生长的大敌,它能抑制各种植物的生长,给农业生产带来重大损失。

臭氧是大气中自然产生的一种具有特殊臭味的微量无色气体,绝大部分臭氧存在于离地面25公里左右处的大气平流层中,这就是人们通常所说的臭氧层。臭氧量往往随纬度、季节和天气等因素的变化而不同。

法国研究人员介绍说,天空中的臭氧层能够吸收99%以上的太阳紫外线,为地球上的生物提供了天然的保护屏障,而当臭氧存在于土壤中时却是一种严重的污染。最新得出的研究结果表明,光照越强的地方,土壤中臭氧造成的损失,尤其是对于农作物造成的损失越大。

法国研究人员认为,造成土壤中臭氧含量增高的主要原因是石油产品等矿物燃料在燃烧过程中产生氮氧化物,这些氮氧化物在空气中四处漂浮,其中的部分氧原子慢慢地与空气中的氧气结合,构成由3个氧原子组成的臭氧。他们强调说,太阳光照能够加速这种化学反应,因此在气候不同的地区,土壤中臭氧对植物生长的影响程度也不一样。 在水处理系统中,水箱、交换柱以及各种过滤器、膜和管道,均会不断的滋生和繁殖细菌。消毒杀菌的方法虽然都提供了除去细菌和微生物的能力,但这些方法中没有哪一种能够在多级水处理系统中除去全部细菌及水溶性的有机污染。目前在高纯水系统中能连续去除细菌和病毒的最好方法是用臭氧。

1905年起,臭氧就开始用于水处理。它较用氯处理水优越,能除去水中的卤化物。此方法在国内水系统中的应用仅处于起步阶段。在国外,这种消毒方式已非常普遍,这是由于臭氧不会产生有害的残留物。

使用臭氧消毒并在用水点前安装紫外灯减少臭氧残留,是制药用水系统、尤其是纯化水系统消毒的常用方法之一。

臭氧主要功能

1 、食物净化: 由表及里的降解果蔬、粮食中残留的化肥、农药等有毒物质,清除肉、蛋中的抗生素、化学添加剂、激素等有害物质,杀灭海鲜中容易引起中毒的嗜盐性菌,把住病从口入关。

2 、饮用水净化: 自来水经臭氧处理后是一种优质的生饮水。每升水只需通入 O3 2 分钟即可去除水中的余氯,杀菌、消毒、去味、去除重金属,防止致癌物质三氯甲烷的生成,增加水中含氧量,自制理想纯净的饮用水。

3 、消毒灭菌: 将清洗后的餐饮用具放入水中通入 O3 20 分钟,可去除洗涤剂残留物,杀灭细菌、病毒,替代电子消毒柜,避免餐饮用具传染疾病。还可对衣物、毛巾、抹布、袜子等进行水介质消毒、除味。

4 、空气净化: 将臭氧排气管挂在 1.7 米以上高度,排放 O3 20--30 分钟,即可有效去除室内烟尘或装饰材料的异味,降尘灭菌,增加空气含氧量,清新空气,让您在家中享受到雨后森林般清新的空气(可用于家庭、办公室、会议室、娱乐场所的除烟、除尘、消毒、去味)。

5 、果蔬保鲜、防霉: 家庭果蔬保鲜只需往袋装果蔬中通入 O3 2 分钟,可延长保鲜期 7 天,也可用于菜窖防霉、果蔬运输。

6 、洗浴、美容、保健: 洗臭氧浴在国外已成为时尚,通过臭氧浴治疗疾病已有多年历史,这是 O3 的又一神奇功效。经常洗臭氧浴能排除体内毒素,活化表皮细胞,消除痤疮,美白皮肤,对风湿病、皮肤病、妇科病、糖尿病及灰指甲等有良好疗效。

7 、养鱼、浇花: 浇花、大棚蔬菜的喷灌,能避免虫害,减少农药使用量。 养鱼、水产养殖, O3进入水中释放出初生态氧,消灭细菌、病毒,氧化杂质,防止水质腐坏变质,增加水中养份。

8 、除臭: 因臭氧有很强的氧化分解能力,可迅速而彻底的消除空气中、水中的各种异味。

臭氧在国内的应用情况

目前在中国已经的得到了广泛的应用,包含北京、天津、上海、浙江、江苏、广东、云南、山东、湖南等地均已开始使用臭氧消毒自来水和市政回用水,臭氧应用领域越来越广。

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