臭氧的物化性質和制備方法

時間：2023-03-24 08:45:50來源：food欄目：食品快速檢測閱讀：

臭氧的物化性質和制備方法

[db:作者] / 2023-01-12 00:00

臭氧

[分子結構]臭氧的分子結構呈三角形，頂角的角度為116.8°。

[物化性質]常溫常壓下，較低濃度的臭氧是無色氣體，當濃度達到15%時，臭氧為淡藍色氣體。密度為2.14g/L(0℃，0.1MPa)，熔點-251℃，沸點-112℃，有特殊臭味。臭氧分子結構不穩定，常溫下自行分解為氧氣，1%濃度以下臭氧在空氣中的半衰期為0.5h左右，高溫下分解迅速。在水中比在空氣中更容易自行分解，臭氧在不同溫度下的水中溶解度見表7-3。具有極強的氧化能力，與其他氧化性物質氧化性對比如下：氟>氫氧根>臭氧>過氧化氫>高錳酸根>二氧化氯>次氯酸>氯氣>氧氣。

表7-3 臭氧在不同溫度下的水中的溶解度

[制備方法]目前產生臭氧的方法大致有電暈放電法、紫外線輻射法和電化學法。電化學法是利用直流電源電解含氧電解質產生臭氧的方法。紫外線輻射法原理是仿效大氣層上空紫外線促使分子分解并聚合成臭氧的方法，即用人工產生的紫外線促使氧分子分解并聚合成臭氧的方法。電暈放電法是在常壓下使大量氧氣體在交流高壓電場作用下產生電暈放電生成臭氧的過程，電暈放電法臭氧發生器相對能耗較低，廣泛應用于工業。

(1)電暈放電法

電暈放電法產生臭氧的反應過程主要有以下4個步驟：

①高壓電場使氣體發生電離，產生放電，放電通道中產生一定能量的電子；

②電子的無規則的運動碰撞引起氧分子的電離，分解產生氧原子；

O2+高能量電子→2O+低能量電子

③氧原子和氧分子結合起來產生臭氧，式中M是間隙中的任何其他氣體分子；

O+O2+M→O4+M+熱

④與此同時，原子氧和電子也同樣同臭氧反應形成氧。

O+O4→2O2

O4+e-1→O2+O+e-1

圖7-2是一種典型電暈放電元件示意，由充滿氣體的間隙和一塊介電體分開的兩塊金屬板電極組成。在對電極施加高電壓，同時含氧氣體從放電間隙流過。輸入到電暈中的大部分電能，主要以熱的形式散失，較小部分轉化為光、聲、化學等能量。

圖7-2典型電暈放電元件

目前大多數臭氧發生器都是根據電暈放電原理制成的，結構大致相同，通過細節上的改進來提高臭氧的產生量。如美國專利7402289提出一種臭氧發生裝置，不僅提高了臭氧產生的效率而且減少了副產物NOx的濃度。臭氧發生器的主要裝置是由一對低壓電極和高壓電極組成，電極上附帶一種光催化材料(由WO3、CrO2、Fe2O3、TiO2，金屬半導體結構，鐵電體組成)，前后通入三種氣體原料，第一種為99.9%以上的O2，第二種為微量的氧化物氣體，如NO2、NO、N2、CO2、CO，濃度小至0.2μL/m4，大至幾百微升每升；第三種原料是通過電極放電和光引發使氧化物氣體分解產生的氣體，如N2O、NO2、CO等，濃度小至幾百微升每升，大至50000uL/L。第二種原料和第三種原料可以促進氧氣和氧化物氣體的分解，從而提高臭氧的產生率。

(2)電化學法

電化學法制備臭氧所需設備相對簡易，常用于小型規模的生產。電解裝置由陰陽兩極和電解質溶液構成，陽極處析出臭氧，陰極處析出氫氣。電化學反應式如下。

電解法制備臭氧的過程中，陽極材料首先必須具備較高的析氧過電位以有利于較多臭氧的產生，同時也要具有一定的耐腐蝕性。常用的電極材料主要有Pb、Au、PbO2，戴峻等探討了探討了Pb及鉛合金電極的電化學性能、耐腐蝕性能和電解產生臭氧的產率，及鉛合金電極在不同電流強度下電解產生臭氧的最佳條件。結果表明：摻雜Sn、Ce等金屬能提高鉛合金電極的析氧電位和臭氧產率，其中以Pb-0.8%、Sn-0.1%、Ca-0.1%、Ce合金電極為陽極，鉑電極為陰極，飽和硫酸鉀溶液為電解液，pH=1，電流強度為7.5mA時，產生臭氧的最高電流效率達到19%。

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