| 词条 | 臭氧 |
| 释义 | § 概述 臭氧是氧气的同素异形体，在常温下，它是一种有特殊臭味的淡蓝色气体。英文臭氧（Ozone）一词源自希腊语ozon，意为“嗅”。 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，含量约50ppm。它吸收对人体有害的短波紫外线，防止其到达地球。O2经紫外光照射而得。在大气层中，氧分子因高能量的辐射而分解为氧原子(O)，而氧原子与另 一氧分子结合，即生成臭氧。臭氧又会与氧原子、氯或其他游离性物质反应而分解消失，由于这种反复不断的生成和消失，乃能使臭氧含量维持在一定的均衡状态，而大气中约有90%的臭氧存在于离地面 15到50公里之间的区域，也就是平流层，在平流层的较低层，即离地面20到30公里处，为臭氧浓度最高之区域，是为臭氧层，臭氧层具有吸收太阳光中大部分的紫外线，以屏蔽地球表面生物，不受紫外线侵害之功能。 § 基本简介 臭氧分子 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。 性状：气态臭氧厚层带蓝色，有特殊臭味，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。 § 发现历史 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。 § 物理性质 臭氧发生装置 臭氧易溶于四氯化碳或碳氟化合物，形成了一个蓝色的状态。在-112 °C凝结成深蓝色的液体，这是有危险性的，因为气态和液态的臭氧容易发生爆炸。温度低于-193℃，臭氧会形成紫黑色固体。 大多数人都可以嗅到有点类似氯刺鼻的气味。暴露0.1〜1 ppm的臭氧会产生头痛，眼睛灼热，和刺激呼吸道。即使空气中有低浓度的臭氧，亦会破坏有机材料，如橡胶、塑料及动物的肺部组织。 臭氧是抗磁性，这意味着它的电子都是成对的。[1] § 化学性质 稳定性 臭氧很不稳定，在常温常态常压下即可分解为氧气。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。但一般臭氧在空气中，臭氧的含量很难超过10%以上，在臭氧用于饮用水处理的较长过程中，还没有一例氧爆炸的事例。 含量为1%以下的臭氧，在常温常态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。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。 氧化性 臭氧得氧化能力极强，其氧化还原电位仅次于F，在其应用中主要用这一特性。 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。 氧化反应 a 、与无机物的氧化反应 臭氧与亚铁、Mn2+ 、硫化物、硫氰化物、氰化物、氯等均发生反应，如：O3+SO2==SO3+O2 O3+CO==CO2+O2 O3+NO==NO2+O2 b 、臭氧与有机物的反应 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。 c 、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/m3 ) 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。[2] § 结构 臭氧分子结构 臭氧具有等腰三角形结构，含有一个3中心4电子离域π键，三个氧原子分别位于三角形的三个顶点，顶角为116.79度，密度约为氧气的1.5倍，其沸点和凝固点圴高于氧。臭氧液态呈蓝色，固态呈紫色。它与氧气不同，带明显令人恶心的气味，但低浓度的臭氧闻起来就像下过雨后出门闻到的“新鲜空气”的那种气味，十分怡人。臭氧反应活性强，极易分解，很不稳定，在常温下会逐渐分解为氧气，其性质比氧活泼，比重为一般空气之1.7倍。臭氧会因光、热、水份、金属、金属氧化物以及其他的触媒而加速分解为氧。 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。臭氧可使许多有机色素脱色，对橡胶和纤维破坏性很大，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。 臭氧可利用碘化钾来检验。[3] § 用途与制备 臭氧能于短时间内将空气中的浮游细菌消灭，并能中和、分解毒气，去除恶臭。因此臭氧可用于净化空气、饮用水，杀菌，处理工业废物和作为漂白剂。臭氧在一些游泳池中都充当消毒工作。 用于水的消毒和空气的臭氧化，在化学工业中用作强氧化剂。 主要的制臭氧技术有电解法、核辐射法、紫外线、等离子体及电晕放电法等几种。应用比较广泛的是臭氧发生器放电氧化空气或纯氧气成臭氧。即应用高能量交互式电流作用空气中的氧气使氧气分子电离而成臭氧。 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。大自然很容易产生臭氧，在打雷闪电时会产生几十万伏的高压电，电离空气及有机物形成臭氧。[4] § 地表臭氧和臭氧层 2000年9月6日，南极上空的臭氧层空洞。 臭氧的分布对人类生活的影响差别很大： 1、低层空气中臭氧有时被称为“有害的”臭氧，主要源于汽机车排气中二氧化氮的光化学分解。 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。因臭氧反应活性远远比氧（O2）强，是强氧化剂，对植物、动物及很多结构材料如塑胶、橡胶有害。它还会伤害肺组织，严重会导致肺出血而死亡，因此当空气中臭氧含量过高时，一般建议老人和幼儿不宜于户外作剧烈运动，以免吸入过量臭氧。地表臭氧也对农作物或森林有害。 2、与“有害的”臭氧相反，“有益的”臭氧存在于地球大气的平流层，通常被称为臭氧层，覆盖着地球表面，阻隔大部分破坏生物组织的太阳紫外线辐射。而稀薄的臭氧会给人以清新的感觉，因此在大雷雨后，空气总是特别清新。[5] § 常用臭氧数据 1．臭氧发生器的规格是按照臭氧产生的重量单位划分的。臭氧产量的单位是mg/h或g/h（毫克/小时、克/小时），即臭氧发生器工作1小时能够产生多少重量单位的臭氧。 2．臭氧在空气中的浓度单位是ppm或mg/m3 ；臭氧在水中的浓度单位是ppm或mg/L。换算方法：在空气中时1ppm=2.144mg/L；在水中时，1ppm=1mg/L。 3．臭氧在大气中达到一定的浓度时就会造成环境污染。我国规定在居住环境，臭氧浓度超过0.16mg/m3 时就构成空气污染；在作业场所，臭氧浓度超过0.2mg/m3 时就构成污染。 § 臭氧污染 臭氧污染图 尽管在高空中，臭氧层在削弱，但是在地球上空8—16公里的对流层，尤其是在大城市的空气中，臭氧的数量却在不断增加。 空气污染物中，臭氧同样对人体影响很大。一般空气中臭氧的含量极低，但如果这极少的臭氧达到一定的浓度，被吸入人的呼吸道时，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，症状如咳嗽、鼻咽刺激，严重时呼吸短促、头痛、疲倦、鼻子出血[6] 。 臭氧监测结果通常都是郊区比市区要高，这是因为臭氧是二次污染物，污染需要一定的时间飘移并进行反应[6] 。 危害 臭氧具有强烈的刺激性，主要是刺激和损害深部呼吸道，并可损害中枢神经系统，对眼睛有轻度的刺激作用。 当大气中臭氧浓度为0.1mg/m3 时，可引起鼻和喉头粘膜的刺激；臭氧浓度在0.1－0.2mg/m3 时，引起哮喘发作，导致上呼吸道疾病恶化，同时刺激眼睛，使视觉敏感度和视力降低。臭氧浓度在2mg/m3以上可引起头痛、胸痛、思维能力下降，严重时可导致肺气肿和肺水肿。 此外，臭氧还能阻碍血液输氧功能，造成组织缺氧；使甲状腺功能受损、骨骼钙化，还可引起潜在性的全身影响，如诱发淋巴细胞染色体畸变，损害某些酶的活性和产生溶血反应。臭氧超过一定浓度，除对人体有一定毒害外，对某些植物生长也有一定危害。臭氧还可以使橡胶制品变脆和产生裂纹。臭氧对人体也有致畸性，母亲孕期接触臭氧可导致新生儿睑裂狭小发生率增多。[7] 污染事件 2012年3月27日，在珠三角区域空气质量监测网中，17个站点有11个站点的AQI指数达到了轻度污染。除了佛山惠景城和肇庆城中子站的首要污染物是二氧化氮外，其余9个站点的首要污染物都是臭氧[6] 。而广州4个站点中只有从化天湖的AQI指数达到了132，首要污染物同样是臭氧。珠三角的臭氧浓度全国最高，已经超过美国洛杉矶，广东已经由原来的脱硫控煤烟为主的一次污染控制向臭氧浓度升高、灰霾污染加剧等大气复合型二次污染防治转变。 5月23日下午，广州市环保局官网监测数据显示，10个国控点的空气质量AQI指数全部超标。广东省环保厅官网上的珠三角区域空气质量数据显示，其监测网络位于广州的4个点位，有3个的AQI指数超过150，达到了第四级的中度污染。[8] 污染源 城市空气中的臭氧，主要是直接排入大气中的一次污染物氮氧化物和挥发性有机物在太阳光与热作用下，经化学反应形成的二次污染物。而氮氧化物和挥发性有机化合物主要来源于火电、钢铁和水泥等行业以及机动车尾气、加油站等。如：在晴天，机动车和工业污染源排放的挥发性有机物VOC里氮氧化物，在光化学反应下，能生成臭氧产生污染。臭氧超标不会使能见度衰退，但会对人体产生影响。比起PM2.5，臭氧治理起来更困难。 |
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