發(fā)展前景廣闊的臭氧技術(shù)

安徽 華雪瑩

發(fā)展前景廣闊的臭氧技術(shù)

安徽 華雪瑩

臭氧作為千千萬萬既普遍而又特殊的一種化學(xué)物質(zhì)，由于其自身的一些特性，如極強(qiáng)的氧化性、極優(yōu)的消毒殺菌和防腐保鮮作用、無殘留、以空氣為原料用物理方法可以生產(chǎn)等，使其在全世界已形成了一種獨(dú)立的產(chǎn)業(yè)——臭氧技術(shù)產(chǎn)業(yè)。

“臭氧”一詞因“保護(hù)大氣臭氧層”宣傳而廣為人知。由于臭氧冰箱除臭器、臭氧消毒碗柜等家電產(chǎn)品上市，人們對(duì)臭氧應(yīng)用也逐漸熟悉。

一、臭氧的發(fā)現(xiàn)

臭氧是一種具有獨(dú)特的腥臭味的淡藍(lán)色氣體，分子式為O3，空間結(jié)構(gòu)呈V形，常用作飲用水消毒劑。主要存在于地球表面15km～50km的大氣平流層中，臭氧能吸收紫外線，保護(hù)人們賴以生存的空間。最初人們正是根據(jù)臭氧的這種氣味而發(fā)現(xiàn)臭氧這種新物質(zhì)的。1840年，德國科學(xué)家舒貝因向慕尼黑科學(xué)院提出的報(bào)告里宣布發(fā)現(xiàn)了臭氧。他依據(jù)電解與火花放電實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的氣味與雷電之后空氣中的腥臭氣味相同，判定這種氣味是一種新物質(zhì)產(chǎn)生的，并對(duì)此物質(zhì)命名為“OZONE”——臭氧，該詞依據(jù)希臘語“OZ－ein”（臭氣）一詞音譯的。

二、臭氧的結(jié)構(gòu)

臭氧分子的結(jié)構(gòu)如圖，呈V形，鍵角116．5°，3個(gè)原子以一個(gè)O原子為中心，與另外2個(gè)O原子構(gòu)成一個(gè)非極性分子，旁邊2個(gè)O原子分別提供一個(gè)電子，構(gòu)成一個(gè)特殊的化學(xué)鍵，3個(gè)氧原子均等地享有4個(gè)電子。

例1 下列物質(zhì)的分子與臭氧分子的結(jié)構(gòu)最相似的是________。（填序號(hào)）

A．H2O B．CO2

C．SO2D．BeCl2

解析 因O、S同主族，它們的結(jié)構(gòu)相似，應(yīng)選C。

例2 分子中某一原子有一對(duì)某一跟其他原子共用的電子叫孤對(duì)電子，那么O3分子有________對(duì)孤對(duì)電子。

解析 中心原子有一對(duì)，旁邊兩個(gè)原子分別有兩對(duì)孤對(duì)電子，故臭氧分子共有五對(duì)孤對(duì)電子。

二、臭氧的性質(zhì)

臭氧O3是氧氣O2的同素異形體，組成元素相同，構(gòu)成形態(tài)相異，性質(zhì)差異很大。臭氧的氧化能力很強(qiáng)，其氧化還原能力僅次于F2。

例3 臭氧可使?jié)駶櫟腒I－淀粉試紙變藍(lán)，反應(yīng)式KI＋O3＋H2O→KOH＋I(xiàn)2＋O2（未配平），下述結(jié)論正確的是（ ）

A．O3在反應(yīng)中被氧化成O2

B．O3氧化能力大于O2

C．1molO3反應(yīng)中得到2molO2

D．反應(yīng)中氧化產(chǎn)物O2與還原產(chǎn)物I2的物質(zhì)的量之比為1∶1

解析 配平化學(xué)反應(yīng)方程式：2KI＋O3＋H2O2KOH＋I(xiàn)2＋O2，由化合價(jià)變化可知，O2既不是氧化產(chǎn)物，也不是還原產(chǎn)物。應(yīng)選C。

三、臭氧應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展

臭氧的應(yīng)用基礎(chǔ)是極強(qiáng)的氧化能力與殺菌性能。早在19世紀(jì)，人們就認(rèn)識(shí)到了臭氧的強(qiáng)氧化作用，發(fā)現(xiàn)臭氧對(duì)木材、稻草、淀粉、植物色素、天然橡膠、脂肪、動(dòng)植物油與酒精等物質(zhì)都有氧化作用。1868年，德·格貝斯獲得了臭氧應(yīng)用技術(shù)的第一項(xiàng)專利，這項(xiàng)技術(shù)是利用臭氧將煤焦油混合物氧化為適于涂料、油漆使用的產(chǎn)品。1873年報(bào)道了臭氧在食糖精制和亞麻漂白方面的生產(chǎn)應(yīng)用。一百多年來，臭氧應(yīng)用已深入到多個(gè)領(lǐng)域，對(duì)生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn)。

臭氧應(yīng)用按用途分為水處理、化學(xué)氧化、食品加工與醫(yī)療四個(gè)領(lǐng)域，各領(lǐng)域的應(yīng)用研究與適用設(shè)備開發(fā)都達(dá)到很高的水平。

1．水處理

臭氧在水中對(duì)細(xì)菌、病毒等微生物殺滅率高、速度快，對(duì)有機(jī)化合物等污染物質(zhì)去除徹底而又不產(chǎn)生二次污染，因此飲用水殺菌消毒是當(dāng)前臭氧應(yīng)用的最主要部門，自來水行業(yè)是臭氧的最大市場。

隨著水源受有機(jī)化學(xué)工業(yè)產(chǎn)物污染，氯消毒后會(huì)產(chǎn)生氯仿、二氯甲烷、四氯化碳等氯化有機(jī)物，這些物質(zhì)具有致癌性，而臭氧處理中氧化作用不產(chǎn)生二次污染化合物。

我國瓶裝水采用臭氧殺菌凈化工藝最為普遍、積極。粗略估計(jì)，礦泉水、純水、潔凈水廠近兩千家，約80%已采用臭氧殺菌工藝。

美國在20世紀(jì)70年代初，開始利用臭氧處理生活污水，其主要目的為消毒并降低生物耗氧量（BOD）和化學(xué)耗氧量（COD），去除亞硝酸鹽、懸浮固體及脫色，已達(dá)到全面生產(chǎn)應(yīng)用的水平。日本則在缺水地區(qū)進(jìn)行污水臭氧處理后作為非食用水（即中水）循環(huán)使用。

游泳池水臭氧消毒應(yīng)用廣泛，其處理效果和優(yōu)點(diǎn)已被公認(rèn)，國外應(yīng)用極為普遍。我國廣州天河游泳館、北京亞運(yùn)村英東游泳館等都采用臭氧消毒，池水清澈透明，徹底解決了氯消毒刺激眼睛、皮膚及使頭發(fā)變黃的難題。

例4 下列物質(zhì)均有殺菌消毒作用，其中又不會(huì)影響水質(zhì)的是 （ ）

A．液氯 B．漂白粉

C．臭氧 D．石灰

解析 只有臭氧不會(huì)影響水質(zhì)，應(yīng)選C。

2．化學(xué)氧化

臭氧作為氧化劑、催化劑和精制劑而應(yīng)用于化工、石油、造紙、紡織和制藥、香料工業(yè)。臭氧的強(qiáng)氧化能力很容易打斷烯烴、炔烴類有機(jī)物的碳鏈結(jié)合鍵，使其部分氧化后組合成新的化合物。我國宜賓、上海、天津等香料廠利用臭氧代替高錳酸鉀等氧化劑，產(chǎn)品質(zhì)量提高、成本降低并減少了環(huán)境污染。我國一批高級(jí)香料合成提純項(xiàng)目將采用臭氧工藝。

新型材料碳素纖維經(jīng)臭氧處理后品質(zhì)提高；塑料薄膜臭氧處理后提高了表面印刷著色能力；紙漿漂白在挪威已發(fā)展到生產(chǎn)驗(yàn)證階段。

在生物、化學(xué)污染氣體凈化方面，臭氧發(fā)揮了重要作用。皮毛、腸衣與魚類加工的惡臭、橡膠、化工廠的污染氣體均可通過臭氧分解除味。英國把臭氧－紫外線共同作用作為處理化學(xué)污染氣體的優(yōu)選技術(shù)，一些應(yīng)用取得了很好的效果。我國科研單位也成功地應(yīng)用臭氧處理橡膠硫化產(chǎn)生的污染氣體，凈化了環(huán)境。

臭氧可氧化分解芥子氣等化學(xué)毒劑，作為化學(xué)戰(zhàn)污染物品專用消毒設(shè)備的臭氧發(fā)生器獲得全軍科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。

臭氧對(duì)農(nóng)藥的合成產(chǎn)生催化作用，對(duì)某些農(nóng)藥的殘留又可以氧化分解。海軍醫(yī)學(xué)研究所對(duì)臭氧去除農(nóng)藥殘留污染進(jìn)行了深入的研究，肯定了臭氧的良好作用。

A．物理變化

B．化學(xué)變化

C．氧化還原反應(yīng)

D．非氧化還原反應(yīng)

解析 上述反應(yīng)屬于化學(xué)變化，是非氧化還原反應(yīng)。應(yīng)選BD。

3．食品行業(yè)應(yīng)用

臭氧的強(qiáng)殺菌能力及無殘余污染等優(yōu)點(diǎn)，使其在食品行業(yè)的消毒除味、防霉保鮮方面得到廣泛應(yīng)用。早在1904年就有利用臭氧保存牛奶、奶制品、奶酪、蛋白等食品的報(bào)導(dǎo)。1909年，法國德博涅冷凍廠正式使用臭氧對(duì)冷卻肉表面殺菌，取得了微生物數(shù)量顯著減少的效果。1928年，英國人在天津建立“合記蛋廠”，其打蛋車間就利用臭氧消毒。20世紀(jì)30年代末，美國80%的冷藏蛋庫都裝有臭氧發(fā)生器，提高了雞蛋的貯藏期。

特別要指出的是，美國食品與醫(yī)藥管理局（FDA）于1997年4月，修改了一直把臭氧作為“食品添加劑”限制使用的規(guī)定，允許不必申請(qǐng)即可在食品加工、貯藏中使用臭氧。這是臭氧技術(shù)發(fā)展的里程碑。

4．醫(yī)療應(yīng)用

對(duì)病房、手術(shù)室空氣進(jìn)行消毒在我國是推廣臭氧的主要方向，而國外則開展了很多治療的應(yīng)用研究實(shí)驗(yàn)。德國、瑞士、俄羅斯、法國及意大利的內(nèi)科和牙科醫(yī)生，多年來都在運(yùn)用臭氧進(jìn)行治療，如口腔手術(shù)和鑲牙用臭氧水保持口腔無菌，采用臭氧與放射治療合用治療癌癥，喝臭氧水治療婦女病，注射臭氧氣體治療瘺痔、靜脈曲張，等等。

保護(hù)環(huán)境是我國的基本國策，臭氧技術(shù)產(chǎn)品開發(fā)是保護(hù)環(huán)境、改善人民生活質(zhì)量的重要手段。我們要用科學(xué)的態(tài)度和方法、宣傳、推廣臭氧技術(shù)與成果，摒棄損害臭氧名聲、損害消費(fèi)者利益的行為。共同攜手，努力開發(fā)我國的臭氧技術(shù)行業(yè)。

（作者單位：安徽省靈璧縣黃灣中學(xué)）