臭氧的性能

        【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σ键。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/cm3 ）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。  

        【化学性质及功效】

        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

        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、臭氧可以氧化、分解水中的污染物，在水处理中对除嗅味、脱色、杀菌、去除酚、氰、铁、锰和降低COD、BOD等都具有显著的效果。臭氧与有机物的反应如下：

        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

        3、臭氧能破坏分解细菌的细胞壁，很快地扩散透进细胞内，氧化分解细菌内部氧化葡萄糖所必须的葡萄糖氧化酶等，也可以直接与细菌、病毒发生作用，破坏细胞、核糖核酸（RNA），分解脱氧核糖核酸（DNA）、RNA、蛋白质、脂质类和多糖等大分子聚合物，使细菌的代谢和繁殖过程遭到破坏。细菌被臭氧杀死是由细胞膜的断裂所致，这一过程被称为细胞消散，是由于细胞质在水中被粉碎引起的，在消散的条件下细胞不可能再生。应当指出，与次氯酸类消毒剂不同，臭氧的杀菌能力不受PH值变化和氨的影响，其杀菌能力比氯大600-3000倍，它的灭菌、消毒作用几乎是瞬时发生的，在水中臭氧浓度0.3-2mg/L时，0.5-1min内就可以致死细菌。达到相同灭菌效果（如使大肠杆菌杀灭率达99%）所需臭氧水药剂量仅是氯的0.0048%。

        臭氧对酵母和寄生生物等也有活性，例如可以用它去除以下类型的微生物和病毒。

    ①病毒 已经证明臭氧对病毒具有非常强的杀灭性，例如Poloi病毒在臭氧浓度为0.05-0.45mg/L时，2min就会失去活性。

    ②孢囊 在臭氧浓度为0.3mg/L下作用2.4min就被完全除掉。

    ③孢子 由于孢衣的保护，它比生长态菌的抗臭氧能力高出10-15倍。

    ④真菌 白色念珠菌（candida albicans）和青霉属菌（penicillium）能被杀灭。   

    ⑤寄生生物 曼森氏血吸虫（schistosoma mansoni）在3min后被杀灭。

    4、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。

        【用途】

    可广泛应用于市政给水、市政污水处理及回用、工业废水处理、废气净化处理、漂白脱色、泳池水处理、船用压舱水处理、精细化工、医用消毒、空间消毒等领域。

        【制备或来源】

学法、电化学法、电晕放电法等几种。电晕放电法又分为沿面放电和气隙放电，气隙放电臭氧发生器是目前工业应用最多，单机产量最大，技术较成熟臭氧产品。