發展前景廣闊的臭氧技術

安徽 華雪瑩

發展前景廣闊的臭氧技術

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物質，由于其自身的一些特性，如極強的氧化性、極優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等，使其在全世界已形成了一種獨立的產業——臭氧技術產業。

“臭氧”一詞因“保護大氣臭氧層”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品上市，人們對臭氧應用也逐漸熟悉。

一、臭氧的發現

臭氧是一種具有獨特的腥臭味的淡藍色氣體，分子式為O3，空間結構呈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，保護人們賴以生存的空間。最初人們正是根據臭氧的這種氣味而發現臭氧這種新物質的。1840年，德國科學家舒貝因向慕尼黑科學院提出的報告里宣布發現了臭氧。他依據電解與火花放電實驗產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產生的，并對此物質命名為“OZONE”——臭氧，該詞依據希臘語“OZ－ein”（臭氣）一詞音譯的。

二、臭氧的結構

臭氧分子的結構如圖，呈V形，鍵角116．5°，3個原子以一個O原子為中心，與另外2個O原子構成一個非極性分子，旁邊2個O原子分別提供一個電子，構成一個特殊的化學鍵，3個氧原子均等地享有4個電子。

例1 下列物質的分子與臭氧分子的結構最相似的是________。（填序號）

A．H2O B．CO2

C．SO2D．BeCl2

解析 因O、S同主族，它們的結構相似，應選C。

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

解析 中心原子有一對，旁邊兩個原子分別有兩對孤對電子，故臭氧分子共有五對孤對電子。

二、臭氧的性質

臭氧O3是氧氣O2的同素異形體，組成元素相同，構成形態相異，性質差異很大。臭氧的氧化能力很強，其氧化還原能力僅次于F2。

例3 臭氧可使濕潤的KI－淀粉試紙變藍，反應式KI＋O3＋H2O→KOH＋I2＋O2（未配平），下述結論正確的是（ ）

A．O3在反應中被氧化成O2

B．O3氧化能力大于O2

C．1molO3反應中得到2molO2

D．反應中氧化產物O2與還原產物I2的物質的量之比為1∶1

解析 配平化學反應方程式：2KI＋O3＋H2O2KOH＋I2＋O2，由化合價變化可知，O2既不是氧化產物，也不是還原產物。應選C。

三、臭氧應用技術的發展

臭氧的應用基礎是極強的氧化能力與殺菌性能。早在19世紀，人們就認識到了臭氧的強氧化作用，發現臭氧對木材、稻草、淀粉、植物色素、天然橡膠、脂肪、動植物油與酒精等物質都有氧化作用。1868年，德·格貝斯獲得了臭氧應用技術的第一項專利，這項技術是利用臭氧將煤焦油混合物氧化為適于涂料、油漆使用的產品。1873年報道了臭氧在食糖精制和亞麻漂白方面的生產應用。一百多年來，臭氧應用已深入到多個領域，對生產技術發展做出了重大貢獻。

臭氧應用按用途分為水處理、化學氧化、食品加工與醫療四個領域，各領域的應用研究與適用設備開發都達到很高的水平。

1．水處理

臭氧在水中對細菌、病毒等微生物殺滅率高、速度快，對有機化合物等污染物質去除徹底而又不產生二次污染，因此飲用水殺菌消毒是當前臭氧應用的最主要部門，自來水行業是臭氧的最大市場。

隨著水源受有機化學工業產物污染，氯消毒后會產生氯仿、二氯甲烷、四氯化碳等氯化有機物，這些物質具有致癌性，而臭氧處理中氧化作用不產生二次污染化合物。

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，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）和化學耗氧量（COD），去除亞硝酸鹽、懸浮固體及脫色，已達到全面生產應用的水平。日本則在缺水地區進行污水臭氧處理后作為非食用水（即中水）循環使用。

游泳池水臭氧消毒應用廣泛，其處理效果和優點已被公認，國外應用極為普遍。我國廣州天河游泳館、北京亞運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、皮膚及使頭發變黃的難題。

例4 下列物質均有殺菌消毒作用，其中又不會影響水質的是 （ ）

A．液氯 B．漂白粉

C．臭氧 D．石灰

解析 只有臭氧不會影響水質，應選C。

2．化學氧化

臭氧作為氧化劑、催化劑和精制劑而應用于化工、石油、造紙、紡織和制藥、香料工業。臭氧的強氧化能力很容易打斷烯烴、炔烴類有機物的碳鏈結合鍵，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，產品質量提高、成本降低并減少了環境污染。我國一批高級香料合成提純項目將采用臭氧工藝。

新型材料碳素纖維經臭氧處理后品質提高；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展到生產驗證階段。

在生物、化學污染氣體凈化方面，臭氧發揮了重要作用。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污染氣體的優選技術，一些應用取得了很好的效果。我國科研單位也成功地應用臭氧處理橡膠硫化產生的污染氣體，凈化了環境。

臭氧可氧化分解芥子氣等化學毒劑，作為化學戰污染物品專用消毒設備的臭氧發生器獲得全軍科技進步二等獎。

臭氧對農藥的合成產生催化作用，對某些農藥的殘留又可以氧化分解。海軍醫學研究所對臭氧去除農藥殘留污染進行了深入的研究，肯定了臭氧的良好作用。

A．物理變化

B．化學變化

C．氧化還原反應

D．非氧化還原反應

解析 上述反應屬于化學變化，是非氧化還原反應。應選BD。

3．食品行業應用

臭氧的強殺菌能力及無殘余污染等優點，使其在食品行業的消毒除味、防霉保鮮方面得到廣泛應用。早在1904年就有利用臭氧保存牛奶、奶制品、奶酪、蛋白等食品的報導。1909年，法國德博涅冷凍廠正式使用臭氧對冷卻肉表面殺菌，取得了微生物數量顯著減少的效果。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30年代末，美國80%的冷藏蛋庫都裝有臭氧發生器，提高了雞蛋的貯藏期。

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

4．醫療應用

對病房、手術室空氣進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用研究實驗。德國、瑞士、俄羅斯、法國及意大利的內科和牙科醫生，多年來都在運用臭氧進行治療，如口腔手術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。

保護環境是我國的基本國策，臭氧技術產品開發是保護環境、改善人民生活質量的重要手段。我們要用科學的態度和方法、宣傳、推廣臭氧技術與成果，摒棄損害臭氧名聲、損害消費者利益的行為。共同攜手，努力開發我國的臭氧技術行業。

（作者單位：安徽省靈璧縣黃灣中學）