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废气治理知识

文章来源:宝马娱乐在线_宝马线上娱乐2011_宝马线上娱乐官网2011 发布者:宝马娱乐在线_宝马线上娱乐2011_宝马线上娱乐官网2011 发布时间:2013-09-18 13:27:49
臭氧及其性质

臭氧,是氧的同素异形体,其分子含有三个氧原子,分子式为O3,常温下为无色气体,有一股特殊的草腥味,有极强的氧化能力。

臭氧简介

臭氧,是氧的同素异形体,其分子含有三个氧原子,分子式为O3,常温下为无色气体,有一股特殊的草腥味,有极强的氧化能力,稳定性极差,常温下可自行分解为氧,通常以稀薄的状态混合于大气中。其主要密集处是臭氧层或雷电撞击之处,因为雷击会使空气中的氧转化为臭氧,这也说是雷雨过后空气特别清新的原因!因为臭氧具有极强的氧化性的特点 ,被世界公认是一种广谱高效杀菌剂,它的氧化能力高于氯一倍,灭菌比氯快600-3000倍,甚至几秒种内可以杀死细菌。臭氧可杀灭细菌繁殖体和芽胞、病毒、真菌等,并可破坏肉毒杆菌毒素,可以清除空气和杀灭空气中、水中、食物中的有毒物质,常见的大肠杆菌、粪链球菌、绿脓杆菌、金黄葡萄球菌、霉菌等,在臭氧的环境中5分钟,其杀灭率可达到99%以上。将臭氧溶于水中可形成臭氧水,臭氧水是一种对各种致病微生物有极强杀灭作用的消毒灭菌水剂,用臭氧水清洗瓜果、蔬菜、衣物、器皿等,可除去上面残留的农药异味等,并能延长食品的保鲜期。臭氧被称为绿色环保元素,因为在杀菌、消毒过程中,臭氧可自行还原为氧和水,没有任何残留和二次污染,这是其它任何化学元素消毒剂都无法做到的。

臭氧的性质

物理性质

在常温常压下,较低浓度的臭氧是无色气体,当浓度达到 15%时,呈现出淡蓝色。臭氧可溶于水,在常温常压下臭氧在水中的溶解度比氧高约13倍,比空气高25倍。但臭氧水溶液的稳定性受水中所含杂质的影响较大,特别是有金属离子存在时,臭氧可迅速分解为氧,在纯水中分解较慢。臭氧的密度是2.14g/L(0°C,0.1MP),沸点是-111°C,熔点是-192°C。臭氧分子结构是不稳定的,它在水中比在空气中更容易自行分解。臭氧的主要物理性质列于表1-1,臭氧在不同温度下的水中溶解度列于表1-2。臭氧虽然在水中的溶解度比氧大10倍,但是在实用上它的溶解度甚小,因为他遵守亨利定律,其溶解度与体系中的分压和总压成比例。臭氧在空气中的含量极低,故分压也极低,那就会迫使水中臭氧从水和空气的界面上逸出,使水中臭氧浓度总是处于不断降低状态。

化学性质

1. 臭氧很不稳定,在常温下即可分解为氧气。臭氧、氯和二氧化氢的氧化势(还原电位)分别是2.07、1.36、1.28伏特,可见臭氧在处理水中是氧化力量最强的一种。臭氧的氧化作用导致不饱和的有机分子的破裂。使臭氧分子结合在有机分子的双键上,生成臭氧化物。臭氧化物的自发性分裂产生一个羧基化合物和带有酸性和碱性基的两性离子,后者是不稳定的,可分解成酸和醛。其反应式为:

  2O3 →3O2 + 285kJ ( 1-2 )

由于分解时放出大量热量,故当其含量在 25 %以上时,很容易爆炸。但一般臭氧化空气中臭氧的含量很难超过 10 %,在臭氧用于饮用水处理的较长历史过程中,还没有一例氧爆炸的事例。

含量为 1 %以下的臭氧,在常温常压的空气中分解半衰期为 16h 左右。随着温度的升高,分解速度加快,温度超过 100℃ 时,分解非常剧烈,达到 270℃ 高温时,可立即转化为氧气。臭氧在水中的分解速度比空气中快的多。在含有杂质的水溶液中臭氧迅速回复到形成它的氧气。如水中臭氧浓度为 6.25×10 -5 mol/L(3mg/l) 时,其半衰期为 5 ~ 30min ,但在纯水中分解速度较慢,如在蒸馏水或自来水中的半衰期大约是 20min ( 20℃ ),然而在二次蒸馏水中,经过 85min 后臭氧分解只有 10 %,若水温接近 0℃ 时,臭氧会变得更加稳定。

2. 臭氧的氧化能力

臭氧得氧化能力极强,其氧化还原电位仅次于 F 2 ,在其应用中主要用这一特性。

3. 臭氧的氧化反应

a 、与无机物的氧化反应

臭氧与亚铁、Mn2+ 、硫化物、硫氰化物、氰化物、氯等均发生反应

b 、臭氧与有机物的反应

臭氧在水溶液中与有机物的反应极其复杂,

⑴ 臭氧与烯烃类化合物的反应 臭氧容易与具有双链的烯烃化合物发生反应,反应的最终产物可能是单体的、聚合的、或交错的臭氧化物的混合体。臭氧化物分解成醛和酸。

⑵ 臭氧和芳香族化合物的反应 臭氧和芳香族化合物的反应较慢,在系列苯<萘<菲<嵌二萘<蒽中,其反应速度常数逐渐增大。

⑶ 对核蛋白(氨基酸)系、有机氨也都发生反应

臭氧在下列混合物的氧化顺序为

链烯烃>胺>酚>多环芳香烃>醇>醛>链烷烃

c 、臭氧的毒性和腐蚀性

臭氧属于有害气体,浓度为 6.25×10mol/L(0.3mg/m3 ) 时,对眼、鼻、喉有刺激的感觉;浓度 (6.25-62.5)×10 -5 mol/L(3 ~ 30mg/m3 ) 时,出现头疼及呼吸器官局部麻痹等症 ; 臭氧浓度为 3.125×10 -4 ~ 1.25×10 -3 mol/L(15 ~ 60mg/m 3 ) 时 , 则对人体有危害。其毒性还和接触时间有关,例如长期接触 1.748×10 -7 mol/L(4ppm) 以下的臭氧会引起永久性心脏障碍,但接触 20ppm 以下的臭氧不超过 2h ,对人体无永久性危害。因此,臭氧浓度的允许值定为 4.46×10 -9 mol/L(0.1ppm)8h. 由于臭氧的臭味很浓,浓度为 4.46×10 -9 mol/L(0.1ppm) 时,人们就感觉到,因此,世界上使用臭氧已有一百多年的历史,至今也没有发现一例因臭氧中毒而导致死亡的报道。

臭氧具有很强的氧化性,除了金和铂外,臭氧化空气几乎对所有的金属都有腐蚀作用。铝、锌、铅与臭氧接触会被强烈氧化,但含铬铁合金基本上不受臭氧腐蚀。基于这一点,生产上常使用含 25 % Cr 的铬铁合金(不锈钢)来制造臭氧发生设备和加注设备中与臭氧直接接触的部件。

臭氧对非金属材料也有了强烈的腐蚀作用,即使在别处使用得相当稳定得聚氯乙烯塑料滤板等,在臭氧加注设备中使用不久便见疏松、开裂和穿孔。在臭氧发生设备和计量设备中,不能用普通橡胶作密封材料,必须采用耐腐蚀能力强的硅橡胶或耐酸橡胶等。


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