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臭氧特性
日期:2025-02-08 07:44
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摘要:
臭氧特性
(1)臭氧的物理性質(zhì)
在常溫常壓下,較低濃度的臭氧是無色氣體。當(dāng)濃度達(dá)到15%時,呈現(xiàn)出淡藍(lán)色。臭氧可溶于水,在常溫常壓下臭氧在水中的溶解度比氧氣高約13倍,比空氣高25倍。但臭氧水溶液的穩(wěn)定性受水中所含雜質(zhì)的影響較大,特別是有金屬離子存在時,臭氧可迅速分解為氧氣,在純水中分解較慢。
臭氧的密度是2.14g
?l(0°C,0.1MP)。沸點是-111°C,熔點是-192°C。臭氧分子結(jié)構(gòu)是不穩(wěn)定的,它在水中比在空氣中更容易自行分解。臭氧的主要物理性質(zhì)列于表1-1。臭氧在不同溫度下的水中溶解度列于表1-2。臭氧雖然在水中的溶解度比氧大10倍,但是在實用上它的溶解度甚小,因為他遵守亨利定律,其溶解度與體系中的分壓和總壓成比例。臭氧在空氣中的含量極低,故分壓也極低,那就會迫使水中臭氧從水和空氣的界面上逸出,使水中臭氧濃度總是處于不斷降低狀態(tài)。
表1:臭氧的主要物理性質(zhì)
項目 | 數(shù)值 | 項目 | 數(shù)值 |
分子量 | 47.99828 | 粘度(液態(tài)),Mpa?S在90.2時 | 1.56 |
熔點,°C | -192.7+(-)0.2 | 表面張力,Mn/m在77.2K時 | 43.8 |
沸點,°C | -111.9+(-)0.3 | 表面張力,Mn/m在90.2K時 | 38.4 |
臨界狀態(tài)(溫度)/°C | -12.1+(-)0.1 | 等張比容(90.2K) | 75.7 |
臨界狀態(tài)(壓力)/Mpa | 5.46 | 介電常數(shù)(液態(tài),90.2K),F/m | 4.79 |
臨界狀態(tài)(體積)/(cm3/mol) | 147.1 | 偶極距,C?m(D) | 1.84*10(0.55) |
臨界狀態(tài)(密)/(g/cm3) | 0.437 | 熱容(液態(tài),90-150K),F(xiàn)/m | 1.778+0.0059(T-90) |
密度氣態(tài)(0°C,0.1Mpa)/(g/l) | |||
2.144 | 摩爾氣化熱,在161.1K時 | 14277 | |
密度液態(tài)(90K)/(g/cm3) | 1.571 | 摩爾氣化熱,在90K時 | 15282 |
密度固態(tài)(77.4K)/(g/cm3) | 1.728 | 摩爾生成熱,KJ/mol | -144 |
粘度(液態(tài)),Mpa?S在77.6K時 | 4.17 |
表2:臭氧在水中的溶解度
溫度,°C | 溶解度,g/l |
0 | 1.13 |
10 | 0.78 |
20 | 0.57 |
30 | 0.41 |
40 | 0.28 |
50 | 0.19 |
60 | 0.16 |
(2)臭氧的化學(xué)性質(zhì)
1.臭氧的化學(xué)性質(zhì)極不穩(wěn)定,在空氣和水中都會慢慢分解成氧氣,其反應(yīng)式為:
2O3 →3O2 + 285kJ ( 1-2)
由于分解時放出大量熱量,故當(dāng)其含量在 25%以上時,很容易爆炸。但一般臭氧化空氣中臭氧的含量很難超過 10%,在臭氧用于飲用水處理的較長歷史過程中,還沒有一例氧爆炸的事例。
含量為 1%以下的臭氧,在常溫常壓的空氣中分解半衰期為 16h 左右。隨著溫度的升高,分解速度加快,溫度超過 100℃時,分解非常劇烈,達(dá)到 270℃
高溫時,可立即轉(zhuǎn)化為氧氣。臭氧在水中的分解速度比空氣中快的多。在含有雜質(zhì)的水溶液中臭氧迅速回復(fù)到形成它的氧氣。如水中臭氧濃度為6.25×10 -5 mol/L(3mg/l) 時,其半衰期為 5 ~ 30min,但在純水中分解速度較慢,如在蒸餾水或自來水中的半衰期大約是 20min ( 20℃ ),然而在二次蒸餾水中,經(jīng)過 85min后臭氧分解只有 10 %,若水溫接近 0℃ 時,臭氧會變得更加穩(wěn)定。
臭氧在水中的分解速度隨水溫和 PH 值的提高而加快,圖 1-3 為 PH=7時,水溫和分解速度的關(guān)系,圖 1-4 為 20℃ , PH和分解速度的關(guān)系。
為提高臭氧利用率,水處理過程中要求臭氧分解得慢一些,而為了減輕臭氧對環(huán)境的污染,則要求處理后尾氣中的臭氧分解快一些。
2.臭氧的氧化能力
臭氧得氧化能力極強,其氧化還原電位僅次于 F 2 ,在其應(yīng)用中主要用這一特性。從表 1-5中看出。
從表 1-5可知,臭氧的標(biāo)準(zhǔn)電極電位除比氟低之外,比氧、氯、二氧化氯及高錳酸鉀等氧化劑都高。說明臭氧是常用氧化劑中氧化能力*強的。同時,臭氧反應(yīng)后的生成物是氧氣,所以臭氧是高效的無二次污染的氧化劑。
表 1-5氧化還原電位比較
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3.臭氧的氧化反應(yīng)
a、與無機物的氧化反應(yīng)
⑴臭氧與亞鐵的反應(yīng)
⑵ 臭氧與 Mn2+的反應(yīng)
⑶臭氧與硫化物的反應(yīng)
(4)臭氧與硫氰化物的反應(yīng)
⑸臭氧與氰化物的反應(yīng)
總反應(yīng)為:
⑹臭氧與氯的反應(yīng)
b、臭氧與有機物的反應(yīng)
臭氧在水溶液中與有機物的反應(yīng)極其復(fù)雜,下面僅以大家公認(rèn)的幾種反應(yīng)式列出以供參考。
⑴臭氧與烯烴類化合物的反應(yīng) 臭氧容易與具有雙鏈的烯烴化合物發(fā)生反應(yīng),反應(yīng)歷程描述如下:
式中 G 代表 OH 、OCH3 、 OCCH3等基。反應(yīng)的*終產(chǎn)物可能是單體的、聚合的、或交錯的臭氧化物的混合體。臭氧化物分解成醛和酸。
⑵臭氧和芳香族化合物的反應(yīng)臭氧和芳香族化合物的反應(yīng)較慢,在系列苯<萘<菲<嵌二萘<蒽中,其反應(yīng)速度常數(shù)逐漸增大。其
⑶對核蛋白(氨基酸)系的反應(yīng)
⑷對有機氨的氧化
臭氧在下列混合物的氧化順序為
鏈烯烴>胺>酚>多環(huán)芳香烴>醇>醛>鏈烷烴
c、臭氧的毒性和腐蝕性
臭氧屬于有害氣體,濃度為6.25×10 -6 mol/L(0.3mg/m3 ) 時,對眼、鼻、喉有刺激的感覺;濃度 (6.25-62.5)×10 -5mol/L(3 ~ 30mg/m3 ) 時,出現(xiàn)頭疼及呼吸器官局部麻痹等癥 ; 臭氧濃度為 3.125×10 -4 ~ 1.25×10-3 mol/L(15 ~ 60mg/m 3 ) 時 , 則對人體有危害。其毒性還和接觸時間有關(guān),例如長期接觸1.748×10 -7 mol/L(4ppm) 以下的臭氧會引起長久性心臟障礙,但接觸 20ppm 以下的臭氧不超過 2h,對人體無長久性危害。因此,臭氧濃度的允許值定為 4.46×10 -9 mol/L(0.1ppm)8h. 由于臭氧的臭味很濃,濃度為4.46×10 -9 mol/L(0.1ppm)時,人們就感覺到,因此,世界上使用臭氧已有一百多年的歷史,至今也沒有發(fā)現(xiàn)一例因臭氧中毒而導(dǎo)致死亡的報道。
臭氧具有很強的氧化性,除了金和鉑外,臭氧化空氣幾乎對所有的金屬都有腐蝕作用。鋁、鋅、鉛與臭氧接觸會被強烈氧化,但含鉻鐵合金基本上不受臭氧腐蝕?;谶@一點,生產(chǎn)上常使用含25 % Cr 的鉻鐵合金(不銹鋼)來制造臭氧發(fā)生設(shè)備和加注設(shè)備中與臭氧直接接觸的部件。
臭氧對非金屬材料也有了強烈的腐蝕作用,即使在別處使用得相當(dāng)穩(wěn)定得聚氯乙烯塑料濾板等,在臭氧加注設(shè)備中使用不久便見疏松、開裂和穿孔。在臭氧發(fā)生設(shè)備和計量設(shè)備中,不能用普通橡膠作密封材料,必須采用耐腐蝕能力強的硅橡膠或耐酸橡膠等。