臭氧方面的知识

【专家解说】：臭氧，是地球上存在的天然物质，因大气臭氧层的存在而广为人知。臭氧是一种强氧化剂和广谱高效杀菌剂，具有独特的腥臭味。1785年，德国人在使用电机时，发现在电机放电时产生一种异味。1840年德国科学家舒贝因(Schonbein)将此异味确定为O3，而命名为OZONE(臭氧)。自此以后，欧洲的科学家率先开始研究臭氧的特性和功用，发现广谱的灭菌效果后，开始工业生产应用，其中瑞典一家牛肉公司用于臭氧对牛肉存储的保鲜，自1870年开始，一直沿用至今。 在19世纪，人们就认识到了臭氧的强氧化作用，发现臭氧对木材、稻草、淀粉、植物色素、天然橡胶、脂肪、动植物油与酒精等物质都有氧化作用。1868 年，德·格贝斯(de·Gebeth)获得了臭氧应用技术的第一项专利，用臭氧将煤焦油混合物氧化为适于涂料、油漆使用的产品。1873年，欧洲将臭氧在食糖精制和亚麻漂白方面投入使用。一百多年来臭氧应用已深入到多个领域，对人类的生产技术发展做出了重大贡献。臭氧应用按用途分为水质处理、化学氧化、食品加工保鲜和医疗四个领域，各个领域的应用研究与设备开发都已达到相当高的水平。世界已经形成了独立的臭氧技术产业和部门，1973年建立的国际臭氧协会(IOA)设在加拿大。该协会每两年一次举办国际会议交流各国发展臭氧技术的论文、报告，发达国家都普遍建立了IOA地区性组织，进行学术交流。 二战以后，国际上臭氧应用技术获到了长足发展。首先，1902年，德国帕德博恩建立了第一座用臭氧处理水质的大规模水厂，开创了臭氧水处理的先河，现在世界上已有数千座臭氧水厂欧美、日本、加拿大等国家的自来水厂应用臭氧已达到普及程度。矿泉水、纯净水厂家几乎都装备了臭氧设备。美国七十年代初开始利用臭氧处理生活污水，主要是为了灭菌消毒、去除污染物、脱色等达到排放标准。日本则在缺水地区将污水用臭氧处理后作为中水使用。美、日、德、法等国家近年来都建立了大规模的臭氧污水处理厂。其次，工业应用臭氧也已非常普遍，主要用于化工、石油、造纸、纺织和制药、香料工业。食品行业的应用更为普及， 1904年欧洲就利用臭氧对保存牛奶、肉制品、奶酪、蛋白等食品进行保鲜处理，三十年代末，美国80%的冷藏蛋库都安装了臭氧发生器。二战后，欧美、日在食品果品、蔬菜保鲜中将臭氧运用到储存、制造、运输等各个环节。在医疗方面，二战时日本就利用臭氧进行人体理疗，俄罗斯则用于强气(臭氧化空气)体育人应用。目前，国际上在医疗方面已有多种用途:如病房、手术室的空气消毒，利用臭氧水进行医用器械消毒，采用臭氧进行牙科疾病治疗(口腔手术及保持口腔无菌)，采用臭氧与放射理疗结合治疗癌症，喝臭氧水治疗妇女病，注射臭氧气体治疗瘘痔、静脉曲张等。在保健方面，日本、台湾流行吸强气(含低浓度臭氧的空气)以强身，用臭氧化水淋浴身体杀体菌和美容。现在流行的高科技美容，事实上就是应用臭氧。 臭氧消毒技术是近年才引入食品加工业的一项卫生消毒新技术。随着人们对其认识的不断深入，己逐渐得到越来越多的应用。臭氧气体和臭氧水的杀菌消毒特点，使其具备了在某些食品生产环节替代现行紫外线和化学消毒方法的优势。还能解决某些食品不能采用热消毒办法的问题，同时减少能源的消耗。 臭氧(O3 OZONE)又名重氧或活性氧，是以稀薄的状态混合存在于空气中，特别是以光化学作用(受到雷击闪电时的高能量电荷或太阳光中的短波紫外线冲击时)自然产生于地球上的成层圈或地表上(尤其是在海滨、森林地带有比较多臭氧存在)。臭氧以化学式来说明，即由三个同位素原子:氧(O)结合而构成一个分子(O3)，当臭氧产生时，三个原子中第三个原子具有不断地从其他两个原子的结合中游离、破坏或逸出的性质，并在逸出时，藉当时的能量很快的产生强力氧化作用，氧化其他物质，更难得的是臭氧在氧化过程中，如无氧化反应物质时，即自行还原为氧气，具达成目的后自行消失的优异特性(O3 = O2 (氧气) + O (初生氧)，当初生氧从臭氧中逸出游离时，藉当时的能量可产生(1)杀菌(2)脱臭(3)解毒(4)漂白等氧化作用。 臭氧因系轻度结合所以为不安定的状态, 在常温下会逐渐分解而成为氧分子。 臭氧也会因光、热、水份、金属、金属氧化物以及其他的触媒而加速其分解。 臭氧在大气中的半衰期最多为50分钟。将浓度高的臭氧打入水中时, 其半衰期则仅需20分钟。水中杂质或PH质高时,在水中所残留的臭氧其分解速度就会加速。 空气或水中的温度或湿度高时, 臭氧的分解或还原作用, 亦会加速。 臭氧存在于水中时，可与多数的有机物急速而强力地发生化学反应，因此，能除去水中化合物，或讨人厌恶的味道、臭气、颜色等，并发挥强力的杀菌效果。 臭氧一般来说，是混合在空气中的稀薄气体，由于分解速度快，所以不能储存(但液体臭氧则另当别论)，自古以来臭氧在自然界中为人类提供其特性与功能默默的服务，实为人类生存中不可或缺的宝贵元素 负离子: 离子是一种非常小的粒子,以带正电或负电的原子或份子型态存在,而所有化学变化的基础就是由这些电子的移转所造成,我们人体本身就是一个有机体,随时在进行化学变化同时产生大量的离子. 烟雾.灰尘及各种污染粒子都是带正离子,这些正离子间因互斥而悬浮于空气中,此时,人体生理上受到影响而感觉不适,但在雷雨后因雷电作用而释放出大量的负离子,这些负离子中和了空气中的正离子,并产生沉淀效应,此时,空气中留下的就只有水晶般清澈甘醇的新鲜空气. 长久以来,我们室内的墙壁.地板.天花板等建材都不断研生出正离子,而空气中的污染粒子,如烟尘.细菌.霉菌.病毒等也都带正离子,这些污染粒子在互斥作用下,不停在空中飞舞也不断被我们吸入体内.对于居住在城市中及患有过敏性疾病的人们而言,如何克服空气污染的问题日益重要,而一台设计完美且具有负离子功能的空气清静机,可以让我们得以在密闭又通风不良的家中或办公室内,也可以享受到清新的空气,大幅提高我们的生活品质而不会有任何负面影响. 1)何谓臭氧? 答:臭氧又名超氧或强氧，分子符号O3，英文名称OZONE;其浓度高时呈淡蓝色，最早为西元1785年，德人Van Marum于雷雨后，发现空气特别清新，因其具有独特草鲜味，而知其存在。至西元1840年，德人SchorBein 以「OZONE」命名之。「OZONE」具有新鲜空气的意思。 2)臭氧之特性? 答:臭氧之性质比氧(O2)活泼，比重为氧气的1.7倍，氧化能力仅次于氟，杀菌力为氯的3000倍。臭氧能于时间内将空气及水中的浮游细菌消灭，并能中和、分解各种有毒物质，去除一切恶臭，并能漂白澄清水中污染杂质。 3)臭氧之原理? 答: (1) 臭氧是由三个原子氧(O)结合而成的一个分子(O3)。 (2) 当臭氧产生时，臭氧分子结构中的第三个原子氧会不断的从此结构中游离或逸出，当逸出时，会于瞬间产生极大的杀菌、解毒、漂白、脱臭等氧化作用。臭氧如果未与其他物质产生氧化反应，即会自行分解为纯氧(O2)。 4)大自然如何产生臭氧? 答:暴风雨中闪电、打电会产生大量的臭氧，臭氧可以净化空气，是故雷雨后，空气特别清新。太阳光中的紫外线会放射高能，令大气层形成光化学反应而产生臭氧，地球上百分之九十以上的臭氧集中于臭氧层，臭氧层可以吸收有害的辐射线，以屏蔽地面上的生物。 5)人工如何产生臭氧? 答: (1) 人工产生的方法，可分化学法、电解法、紫外线照射法与无声放电法。其中以无声放电法使用最广，效率最高。 (2) 所谓无声放电法，在两电极间，放入一介电体，并送入交流高压电，在其间隙会有紫色光辉产生，而有臭氧之生成。 6)臭氧有何用途? 答:臭氧因卓越的杀菌、解毒、漂白、脱臭能力，因而用途极广: (1)食品工业生产制程之改善。 (2) 大楼空调、废水排放处理。 (3) 自来水生饮设备之消毒、杀菌。 (4) 水产养殖渔业之应用。 (5) 日常饮用水之杀菌消毒。 (6) 大型环保工程，工业化学废水、废气之处理。 (7) 实验室、无菌室之使用。 (8) 办公室、卧室、客厅之空气净化。 (9) 皮肤漂白杀菌。 (10) 蔬果农药残毒之去除、改善。 (11) 鱼类、肉类除臭、杀菌、分解抗生素。 (12) 游泳池杀菌、消毒。 臭氧 臭氧是氧的同素异形体，在常温下，它是一种有特殊臭味的蓝色气体。 分子式:O3 英文臭氧(Ozone)一词源自希腊语ozon，意为“嗅”。 臭氧具有等腰三角形结构，三个氧原子分别位于三角形的三个顶点，顶角为116.79度。 1840年德国C.F.舍拜恩在电解稀硫酸时 ，发现有一种特殊臭味的气体释出 ，因此将它命名为臭氧 。当大气层中的氧气发生光化学作用时，便产生了臭氧，因此，在离地面垂直高度15~25千米处形成臭氧层，它的浓度为0.2ppm。臭氧的气体明显地呈蓝色，液态呈暗蓝色，固态呈蓝黑色。它的分子结构呈三角形 。臭氧不稳定，在常温下慢慢分解 ，200℃时迅速分解 ，它比氧的氧化性更强，能将金属银氧化为过氧化银 ，将硫化铅氧化为硫酸铅，它还能氧化有机化合物，如靛蓝遇臭氧会脱色 。臭氧在水中的溶解度较氧大，0℃和1×10帕时，一体积水可溶解0.494体积臭氧。臭氧能刺激粘液膜 ，它对人体有毒 ，长时间在含0.1ppm臭氧的空气中呼吸是不安全的。臭氧层能吸收大部分波长短的射线(如紫外线 )，起着保护人类和其他生物的作用，但氯气和氮氧化物促使臭氧分解为氧 ，破坏了臭氧保护层，成为人类关注的重要环境问题之一。通常都借助无声放电作用从氧气或空气制备臭氧，臭氧发生器即根据这一原理制造。利用臭氧和氧气沸点的差别，通过分级液化可得浓集的臭氧。臭氧是强力漂白剂，用于漂白面粉和纸浆，用臭氧消毒饮用水，水中只含氧，无特殊气味。它还用于污水处理。 臭氧极易分解，很不稳定。它不溶于液态氧，四氯化碳等。有很强的氧化性，在常温下可将银氧化成氧化银，将硫化铅氧化成硫酸铅。臭氧可是许多有机色素脱色，侵蚀橡胶，很容易氧化有机不饱和化合物。臭氧在冰中极为稳定，其半衰期为2000年。 臭氧主要存在于距地球表面20公里的同温层下部的臭氧层中。它吸收对人体有害的短波紫外线，防止其到达地球。 1785年，德国人在使用电机时，发现在电机放电时产生一种异味。1840年法国科学家克里斯蒂安·弗雷德日将它确定为臭氧。 在紫外线辐射下，通过电子放射或暴晒从双原子氧气可自然形成臭氧。工业上，用干燥的空气或氧气，采用5~25kv的交流电压进行无声放电制取。另外，在低温下电解稀硫酸，或将液体氧气加热都可制得臭氧。 臭氧可用于净化空气，漂白饮用水，杀菌，处理工业废物和作为漂白剂。 在夏季，由于工业和汽车废气的影响，尤其在大城市周围农林地区在地表臭氧会形成和聚集。地表臭氧对人体，尤其是对眼睛，呼吸道等有侵蚀和损害作用。地表臭氧也对农作物或森林有害。 臭氧的物理性质 性质 数据 分子量 47.99828 沸点ºC -111.9 熔点℃ -193 临界温度ºC -5 临界压力atm 92.3 等张比容(90.2K) 75.7 生成热，KJ/mol -144 在水中的溶解度ml/100ml 49.4 爱恨交加说臭氧 大气中臭氧层对地球生物的保护作用现已广为人知--它吸收太阳释放出来的绝大部分紫外线，使动植物免遭这种射线的危害。为了弥补日渐稀薄的臭氧层乃至臭氧层空洞，人们想尽一切办法，比如推广使用无氟制冷剂，以减少氟利昂等物质对臭氧的破坏。世界上还为此专门设立国际保护臭氧层日。由此给人的印象似乎是受到保护的臭氧应该越多越好，其实不是这样，如果大气中的臭氧，尤其是地面附近的大气中的臭氧聚集过多，对人类来说臭氧浓度过高反而是个祸害。 臭氧是地球大气中一种微量气体，它是由于大气中氧分子受太阳辐射分解成氧原子后，氧原子又与周围的氧分子结合而形成的，含有3个氧原子。大气中90%以上的臭氧存在于大气层的上部或平流层，离地面有10~50千米，这才是需要人类保护的大气臭氧层。还有少部分的臭氧分子徘徊在近地面，仍能对阻挡紫外线有一定作用。但是，近年发现地面附近大气中的臭氧浓度有快速增高的趋势，就令人感到不妙了。 这些臭氧是从哪里来冒出来的呢?同铅污染、硫化物等一样，它也是源于人类活动，汽车、燃料、石化等是臭氧的重要污染源。在车水马龙的街上行走，常常看到空气略带浅棕色，又有一股辛辣刺激的气味，这就是通常所称的光化学烟雾。臭氧就是光化学烟雾的主要成分，它不是直接被排放的，而是转化而成的，比如汽车排放的氮氧化物，只要在阳光辐射及适合的气象条件下就可以生成臭氧。随着汽车和工业排放的增加，地面臭氧污染在欧洲、北美、日本以及我国的许多城市中成为普遍现象。根据专家目前所掌握的资料估计，到2005年，近地面大气臭氧层将成为影响我国华北地区空气质量的主要污染物。 研究表明，空气中臭氧浓度在0.012ppm水平时--这也是许多城市中典型的水平，能导致人皮肤刺痒，眼睛、鼻咽、呼吸道受刺激，肺功能受影响，引起咳嗽、气短和胸痛等症状;空气中臭氧水平提高到0.05ppm，入院就医人数平均上升7%~10%。原因就在于，作为强氧化剂，臭氧几乎能与任何生物组织反应。当臭氧被吸入呼吸道时，就会与呼吸道中的细胞、流体和组织很快反应，导致肺功能减弱和组织损伤。对那些患有气喘病、肺气肿和慢性支气管炎的人来说，臭氧的危害更为明显。 从臭氧的性质来看，它既可助人又会害人，它既是上天赐与人类的一把保护伞，有时又像是一剂猛烈的毒药。目前，对于臭氧的正面作用以及人类应该采取哪些措施保护臭氧层，人们已达成共识并做了许多工作。但是，对于臭氧层的负面作用，人们虽然已有认识，但目前除了进行大气监测和空气污染预报外，还没有真正切实可行的方法加以解决。 臭氧消毒原理可以认为是一种氧化反应。 (1)臭氧对细菌灭活的机理: 臭氧对细菌的灭活反应总是进行的很迅速。与其它杀菌剂不同的是:臭氧能与细菌细胞壁脂类双键反应, 穿入菌体内部，作用于蛋白和脂多糖，改变细胞的通透性，从而导致细菌死亡。臭氧还作用于细胞内的核物质，如核酸中的嘌呤和嘧啶破坏DNA。 (2)臭氧对病毒的灭活机理: 臭氧对病毒的作用首先是病毒的衣体壳蛋白的四条多肽链，并使RNA受到损伤，特别是形成它的蛋白质。噬菌体被臭氧氧化后，电镜观察可见其表皮被破碎成许多碎片，从中释放出许多核糖核酸，干扰其吸附到寄存体上。 臭氧杀菌的彻底性是不容怀疑的。 破坏臭氧层，危害我们每一个人。 紫外线从多方面影响着人类健康。人体会发生如晒斑、眼病、免疫系统变化、光变反应和皮肤病(包括皮肤癌)等。皮肤癌是一种顽固的疾病，紫外线的增长会使患这种病的危险性增大。紫外线光子有足够的能量去破裂双键。中短波紫外线会透人皮肤深处，使人的皮肤产生炎症，人体的遗传物质DNA(脱氧核糖核酸)受到损害，使正常生长的细胞蜕变成癌细胞并继续生长成整块的皮肤癌。也有说太阳光渗透进皮肤的表层。紫外线辐射轰击着皮肤细胞核内的DNA基本单位，使许多单位溶化成失去作用的碎片。这些毛病的修复过程可能会出现不正常，从而导致癌变。流行病学已证实厂非黑瘤皮肤癌的发病率与日晒紧密相关。各种类型皮肤的人都有患非黑瘤皮肤癌的可能，但在浅色皮肤人群中发病率较高。动物实验发现，紫外线中，紫外线B波长区是致癌作用最强的波长区域。 据估计，总臭氧量减少1%(即紫外线B增强2%)，基础细胞癌变率将增加约4%。近来的研究发现，紫外线B可使免疫系统功能发生变化。有的实验结果表明，传染性皮肤病可能也与由臭氧减少而导致的紫外线B增强有关。据估计总臭氧量减少1%，皮肤癌的发病率将增加5%-7%，白内障患者将增加0.2%-0.6%。自1983年以来，加拿大皮肤癌的发病率己增加235%，1991年皮肤病患者已多达4.7万人。美国环保局局长说，美国在今后50年内死于皮肤癌者，将比过去预计的增加20万人。澳大利亚人喜欢晒日光浴，把皮肤晒得黑黑的。尽管科学家反复告诫多晒太阳会导致皮肤癌、他们对黑肤色还是乐此不疲。结果，直到澳大利亚人皮肤癌的发病率比世界上其他地方高出1倍时，才醒悟过来。全世界患皮肤癌的人已占癌症患者总人数的1/3。 联合国环境规划署曾警告说，如果地球的臭氧层会继续按照目前的速度减少并变薄，那么到2000年时全世界患皮肤癌的比例将增加26%，达到30万人。如果下个世纪初臭氧层再减少10%，那么全世界每年患白内障的人有可能达到160万-175万人。 受紫外线侵害还可能会诱发麻疹、水痘、疟病、疤疹、真菌病、结核病、麻风病、淋巴癌。 紫外线的增加还会引起海洋浮游生物及虾、蟹幼体、贝类的大量死亡，造成某些生物灭绝。紫外线照射结果还会使成群的兔子患上近视眼，成千上万只羊双目失明。 紫外线B削弱光台作用 根据非洲海岸地区的实验推测，在增强的紫外线B照射下，浮游生物的光合作用被削弱约5%。增强的紫外线B还可通过消灭水中微生物而导致淡水生态系统发生变化，并因而减弱了水体的自净化作用。增强的紫外线B还可杀死幼鱼、小虾和蟹。如果南极海洋中原有的浮游生物极度下降，则海洋生物从整体上会发生很大变化。但是，有的浮游生物对紫外线很敏感，有的则不敏感。紫外线对不同生物的DNA的破坏程度有100倍的差别。 严重阻碍各种农作物和树木的正常生长 有些植物如花生和小麦，对紫外线B有较好的抵御能力，而另一些植物如莴苣、西红柿、大豆和棉花，则是很敏感的。美国马里兰大学农业生物技术中心的特伦莫拉用太阳灯对6个大豆品种进行了观察实验，结果显示其中3个大豆品种对紫外线辐射极为敏感。具体表现为，大豆叶片光合作用强度下降，造成减产，同时也使大豆种于蛋白质和油脂含量下降。大气臭氧层损失1%，大豆也将减产1%。 特伦莫拉还用了4年时间，对高剂量紫外辐射给树木生长造成的影响进行了观察。结果表明，木材积累量明显下降，它们的根部生长也因而受阻。 对全球气候的不良扰乱作用 平流层上层臭氧的大量减少以及与此有关的平流层下层和对流层上层臭氧量的增长，可能会对全球气候起不良的扰乱作用。臭氧的纵向重分布可能使低空大气变暖，并加剧由二氧化碳量增加导致的温室效应。 光化学大气污染 过量的紫外线使塑料等高分子材料容易老化和分解，结果又带来新的污染--光化学大气污染。