臭氧(O₃)又称为超氧,是氧气(O₂)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。臭氧主要分布在10~50km高度的平流层大气中,极大值在20~30km高度之间。在常温常压下,稳定性较差,可自行分解为氧气。臭氧具有青草的味道,吸入少量对人体有益,吸入过量对人体健康有一定危害。不可燃,纯净物。氧气通过电击可变为臭氧。

 

臭氧的性质:熔点-192℃,沸点-111℃,水溶性1体积水溶解0.494体积臭氧,密度2.14g/L(0°C,0.1MPa),外观常温下蓝色气体,无闪点,可应用于医学、农业、餐饮业、杀菌、除甲醛等。安全性描述为工作场所限值0.15ppm。

物理性质

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 。在常温、常态、常压下,较低浓度的臭氧是无色气体,当浓度达到15%时,呈现出淡蓝色。臭氧不溶于液态氧,四氯化碳等,可溶于水,且在水中的溶解度较氧大,0℃,一标准大气压时,一体积水可溶解0.494体积臭氧。在常温常态常压下臭氧在水中的溶解度比氧约高13倍,比空气高25倍。但臭氧水溶液的稳定性受水中所含杂质的影响较大,特别是有金属离子存在时,臭氧可迅速分解为氧,在纯水中分解较慢。臭氧的密度是2.14g/L(0°C,0.1MP),沸点是-111°C,熔点是-192°C。臭氧分子结构是不稳定的,它在水中比在空气中更容易自行分解。臭氧虽然在水中的溶解度比氧大10倍,但是在实用上它的溶解度甚小,因为它遵守亨利定律,其溶解度与体系中的分压和总压成比例。臭氧在空气中的含量极低,故分压也极低,那就会迫使水中臭氧从水和空气的界面上逸出,使水中臭氧浓度总是处于不断降低状态。

化学性质

臭氧很不稳定,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,使许多有机色素脱色,如靛蓝。能侵蚀橡胶,很容易氧化有机不饱和化合物。臭氧、氯和过氧化氢的氧化势(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。

臭氧的氧化能力

臭氧的氧化能力极强,其氧化还原电位仅次于氟,在其应用中主要用这一特性。臭氧支持燃烧,可燃物放入臭氧中可发生自燃现象且燃烧较氧气中更加剧烈。

臭氧的安全浓度

根据清华大学编的《臭氧技术应用文集》一书,将有关臭氧应用浓度按安全浓度空气、应用浓度、水中应用浓度、环境浓度及感知浓度,分类摘录,以便在应用中查找。 安全浓度人们允许接触的臭氧浓度不大于0.2mg/m3。

◎臭氧工业卫生标准: 国际臭氧协会: 0.1 ppm,接触10小时; 美 国: 0.1 ppm,接触 8小时, 德、法、日 本: 0.1 ppm, 中国:0.15 ppm。

◎家用臭氧消毒柜外臭氧泄漏量不得超过0.2 mg/m3(指1.5米以外),消毒一个周期后残留浓度不得大于0.3mg/m3。

◎动物试验表明,臭氧毒性的起点浓度为0.3 ppm,而人对空气中臭氧可嗅知的浓度为0.02~0.04 ppm,根据臭氧对肺功能毒性的试验结果,提出1.5~2.0ppm为臭氧允许浓度的上限。卫生部规定臭氧最高允许浓度为0.3 mg/m³ (0.15 ppm)。

空气应用浓度

◎作为空气除味与杀菌,要求臭氧浓度较低,如0.25 ppm(0.5 mg/m³),而物品表面消毒(杀灭微生物和去除化学污染)则要求提高几十倍的臭氧浓度。

◎空气应用臭氧浓度在1 mg/m³~10 mg/m³之间。

◎温度低,湿度大则杀灭效果好,尤其是湿度,相对湿度小于45%,臭氧对空气中悬浮微生物几乎没有杀灭作用。在60%时才逐渐增强,在95%时达到最大

值。

◎用臭氧消毒食品加工车间,0.5~1.0 ppm即可杀灭空气中的80%的自然菌。

◎冷库消毒要求臭氧浓度6~10 ppm,停机后封库24小时以上细菌杀灭率90%左右,霉菌杀灭率80%左右。

◎在水果贮藏期间,可用2~3 ppm的臭氧可使霉菌的生长受到抑制,贮藏期可延长一倍。

水中应用浓度

◎水应用中臭氧溶解度在0.1 mg/L~10 mg/L之间。低值作为水消毒净化要求的最低浓度,高值作为“臭氧水消毒剂” 可达到的浓度值。

◎自来水臭氧净化,国际常规标准为0.4 mg/L的溶解度值,保持4分钟,即CT值为1.6。

◎水中余臭氧浓度保持在0.1~0.5 mg/L作用5~10 min可达消毒目的。

◎臭氧水消毒灭菌是急速的,消毒作用在瞬间发生。清水中臭氧浓度一旦达到,在0.5~1分钟内就杀死细菌,在浓度达4mg/L,在1分钟内乙肝病毒灭活率为

100%。

◎Herbold报道:20℃条件下,水中臭氧浓度达0.43mg/L时,可将大肠杆菌100%杀灭,10℃时仅需0.36 mg/L即可全部杀灭。

◎臭氧浓度为0.25~38mg/L时,仅需几秒或几分钟完全灭活甲型肝炎病毒(HAV)。

◎矿泉水中臭氧溶解度在0.4~0.5mg/L时,即可满足杀菌保质要求。合理的臭氧投放量为3~5mg/L。

◎瓶装水处理应达0.3~0.5mg/L的臭氧溶解度值,要求投加臭氧应满足 1m³水3g O₃的发生量。根据实践经验,臭氧发生浓度高于8mg/L时容易达到浓度。

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