臭氧方面的知識

【專家解說】：臭氧，是地球上存在的天然物質，因大氣臭氧層的存在而廣為人知。臭氧是一種強氧化劑和廣譜高效殺菌劑，具有獨特的腥臭味。1785年，德國人在使用電機時，發(fā)現(xiàn)在電機放電時產生一種異味。1840年德國科學家舒貝因(Schonbein)將此異味確定為O3，而命名為OZONE(臭氧)。自此以后，歐洲的科學家率先開始研究臭氧的特性和功用，發(fā)現(xiàn)廣譜的滅菌效果后，開始工業(yè)生產應用，其中瑞典一家牛肉公司用于臭氧對牛肉存儲的保鮮，自1870年開始，一直沿用至今。 在19世紀，人們就認識到了臭氧的強氧化作用，發(fā)現(xiàn)臭氧對木材、稻草、淀粉、植物色素、天然橡膠、脂肪、動植物油與酒精等物質都有氧化作用。1868 年，德·格貝斯(de·Gebeth)獲得了臭氧應用技術的第一項專利，用臭氧將煤焦油混合物氧化為適于涂料、油漆使用的產品。1873年，歐洲將臭氧在食糖精制和亞麻漂白方面投入使用。一百多年來臭氧應用已深入到多個領域，對人類的生產技術發(fā)展做出了重大貢獻。臭氧應用按用途分為水質處理、化學氧化、食品加工保鮮和醫(yī)療四個領域，各個領域的應用研究與設備開發(fā)都已達到相當高的水平。世界已經形成了獨立的臭氧技術產業(yè)和部門，1973年建立的國際臭氧協(xié)會(IOA)設在加拿大。該協(xié)會每兩年一次舉辦國際會議交流各國發(fā)展臭氧技術的論文、報告，發(fā)達國家都普遍建立了IOA地區(qū)性組織，進行學術交流。 二戰(zhàn)以后，國際上臭氧應用技術獲到了長足發(fā)展。首先，1902年，德國帕德博恩建立了第一座用臭氧處理水質的大規(guī)模水廠，開創(chuàng)了臭氧水處理的先河，現(xiàn)在世界上已有數千座臭氧水廠歐美、日本、加拿大等國家的自來水廠應用臭氧已達到普及程度。礦泉水、純凈水廠家?guī)缀醵佳b備了臭氧設備。美國七十年代初開始利用臭氧處理生活污水，主要是為了滅菌消毒、去除污染物、脫色等達到排放標準。日本則在缺水地區(qū)將污水用臭氧處理后作為中水使用。美、日、德、法等國家近年來都建立了大規(guī)模的臭氧污水處理廠。其次，工業(yè)應用臭氧也已非常普遍，主要用于化工、石油、造紙、紡織和制藥、香料工業(yè)。食品行業(yè)的應用更為普及， 1904年歐洲就利用臭氧對保存牛奶、肉制品、奶酪、蛋白等食品進行保鮮處理，三十年代末，美國80%的冷藏蛋庫都安裝了臭氧發(fā)生器。二戰(zhàn)后，歐美、日在食品果品、蔬菜保鮮中將臭氧運用到儲存、制造、運輸等各個環(huán)節(jié)。在醫(yī)療方面，二戰(zhàn)時日本就利用臭氧進行人體理療，俄羅斯則用于強氣(臭氧化空氣)體育人應用。目前，國際上在醫(yī)療方面已有多種用途:如病房、手術室的空氣消毒，利用臭氧水進行醫(yī)用器械消毒，采用臭氧進行牙科疾病治療(口腔手術及保持口腔無菌)，采用臭氧與放射理療結合治療癌癥，喝臭氧水治療婦女病，注射臭氧氣體治療瘺痔、靜脈曲張等。在保健方面，日本、臺灣流行吸強氣(含低濃度臭氧的空氣)以強身，用臭氧化水淋浴身體殺體菌和美容?，F(xiàn)在流行的高科技美容，事實上就是應用臭氧。 臭氧消毒技術是近年才引入食品加工業(yè)的一項衛(wèi)生消毒新技術。隨著人們對其認識的不斷深入，己逐漸得到越來越多的應用。臭氧氣體和臭氧水的殺菌消毒特點，使其具備了在某些食品生產環(huán)節(jié)替代現(xiàn)行紫外線和化學消毒方法的優(yōu)勢。還能解決某些食品不能采用熱消毒辦法的問題，同時減少能源的消耗。 臭氧(O3 OZONE)又名重氧或活性氧，是以稀薄的狀態(tài)混合存在于空氣中，特別是以光化學作用(受到雷擊閃電時的高能量電荷或太陽光中的短波紫外線沖擊時)自然產生于地球上的成層圈或地表上(尤其是在海濱、森林地帶有比較多臭氧存在)。臭氧以化學式來說明，即由三個同位素原子:氧(O)結合而構成一個分子(O3)，當臭氧產生時，三個原子中第三個原子具有不斷地從其他兩個原子的結合中游離、破壞或逸出的性質，并在逸出時，藉當時的能量很快的產生強力氧化作用，氧化其他物質，更難得的是臭氧在氧化過程中，如無氧化反應物質時，即自行還原為氧氣，具達成目的后自行消失的優(yōu)異特性(O3 = O2 (氧氣) + O (初生氧)，當初生氧從臭氧中逸出游離時，藉當時的能量可產生(1)殺菌(2)脫臭(3)解毒(4)漂白等氧化作用。 臭氧因系輕度結合所以為不安定的狀態(tài), 在常溫下會逐漸分解而成為氧分子。 臭氧也會因光、熱、水份、金屬、金屬氧化物以及其他的觸媒而加速其分解。 臭氧在大氣中的半衰期最多為50分鐘。將濃度高的臭氧打入水中時, 其半衰期則僅需20分鐘。水中雜質或PH質高時,在水中所殘留的臭氧其分解速度就會加速。 空氣或水中的溫度或濕度高時, 臭氧的分解或還原作用, 亦會加速。 臭氧存在于水中時，可與多數的有機物急速而強力地發(fā)生化學反應，因此，能除去水中化合物，或討人厭惡的味道、臭氣、顏色等，并發(fā)揮強力的殺菌效果。 臭氧一般來說，是混合在空氣中的稀薄氣體，由于分解速度快，所以不能儲存(但液體臭氧則另當別論)，自古以來臭氧在自然界中為人類提供其特性與功能默默的服務，實為人類生存中不可或缺的寶貴元素 負離子: 離子是一種非常小的粒子,以帶正電或負電的原子或份子型態(tài)存在,而所有化學變化的基礎就是由這些電子的移轉所造成,我們人體本身就是一個有機體,隨時在進行化學變化同時產生大量的離子. 煙霧.灰塵及各種污染粒子都是帶正離子,這些正離子間因互斥而懸浮于空氣中,此時,人體生理上受到影響而感覺不適,但在雷雨后因雷電作用而釋放出大量的負離子,這些負離子中和了空氣中的正離子,并產生沉淀效應,此時,空氣中留下的就只有水晶般清澈甘醇的新鮮空氣. 長久以來,我們室內的墻壁.地板.天花板等建材都不斷研生出正離子,而空氣中的污染粒子,如煙塵.細菌.霉菌.病毒等也都帶正離子,這些污染粒子在互斥作用下,不停在空中飛舞也不斷被我們吸入體內.對于居住在城市中及患有過敏性疾病的人們而言,如何克服空氣污染的問題日益重要,而一臺設計完美且具有負離子功能的空氣清靜機,可以讓我們得以在密閉又通風不良的家中或辦公室內,也可以享受到清新的空氣,大幅提高我們的生活品質而不會有任何負面影響. 1)何謂臭氧? 答:臭氧又名超氧或強氧，分子符號O3，英文名稱OZONE;其濃度高時呈淡藍色，最早為西元1785年，德人Van Marum于雷雨后，發(fā)現(xiàn)空氣特別清新，因其具有獨特草鮮味，而知其存在。至西元1840年，德人SchorBein 以「OZONE」命名之?！窸ZONE」具有新鮮空氣的意思。 2)臭氧之特性? 答:臭氧之性質比氧(O2)活潑，比重為氧氣的1.7倍，氧化能力僅次于氟，殺菌力為氯的3000倍。臭氧能于時間內將空氣及水中的浮游細菌消滅，并能中和、分解各種有毒物質，去除一切惡臭，并能漂白澄清水中污染雜質。 3)臭氧之原理? 答: (1) 臭氧是由三個原子氧(O)結合而成的一個分子(O3)。 (2) 當臭氧產生時，臭氧分子結構中的第三個原子氧會不斷的從此結構中游離或逸出，當逸出時，會于瞬間產生極大的殺菌、解毒、漂白、脫臭等氧化作用。臭氧如果未與其他物質產生氧化反應，即會自行分解為純氧(O2)。 4)大自然如何產生臭氧? 答:暴風雨中閃電、打電會產生大量的臭氧，臭氧可以凈化空氣，是故雷雨后，空氣特別清新。太陽光中的紫外線會放射高能，令大氣層形成光化學反應而產生臭氧，地球上百分之九十以上的臭氧集中于臭氧層，臭氧層可以吸收有害的輻射線，以屏蔽地面上的生物。 5)人工如何產生臭氧? 答: (1) 人工產生的方法，可分化學法、電解法、紫外線照射法與無聲放電法。其中以無聲放電法使用最廣，效率最高。 (2) 所謂無聲放電法，在兩電極間，放入一介電體，并送入交流高壓電，在其間隙會有紫色光輝產生，而有臭氧之生成。 6)臭氧有何用途? 答:臭氧因卓越的殺菌、解毒、漂白、脫臭能力，因而用途極廣: (1)食品工業(yè)生產制程之改善。 (2) 大樓空調、廢水排放處理。 (3) 自來水生飲設備之消毒、殺菌。 (4) 水產養(yǎng)殖漁業(yè)之應用。 (5) 日常飲用水之殺菌消毒。 (6) 大型環(huán)保工程，工業(yè)化學廢水、廢氣之處理。 (7) 實驗室、無菌室之使用。 (8) 辦公室、臥室、客廳之空氣凈化。 (9) 皮膚漂白殺菌。 (10) 蔬果農藥殘毒之去除、改善。 (11) 魚類、肉類除臭、殺菌、分解抗生素。 (12) 游泳池殺菌、消毒。 臭氧 臭氧是氧的同素異形體，在常溫下，它是一種有特殊臭味的藍色氣體。 分子式:O3 英文臭氧(Ozone)一詞源自希臘語ozon，意為“嗅”。 臭氧具有等腰三角形結構，三個氧原子分別位于三角形的三個頂點，頂角為116.79度。 1840年德國C.F.舍拜恩在電解稀硫酸時 ，發(fā)現(xiàn)有一種特殊臭味的氣體釋出 ，因此將它命名為臭氧 。當大氣層中的氧氣發(fā)生光化學作用時，便產生了臭氧，因此，在離地面垂直高度15~25千米處形成臭氧層，它的濃度為0.2ppm。臭氧的氣體明顯地呈藍色，液態(tài)呈暗藍色，固態(tài)呈藍黑色。它的分子結構呈三角形 。臭氧不穩(wěn)定，在常溫下慢慢分解 ，200℃時迅速分解 ，它比氧的氧化性更強，能將金屬銀氧化為過氧化銀 ，將硫化鉛氧化為硫酸鉛，它還能氧化有機化合物，如靛藍遇臭氧會脫色 。臭氧在水中的溶解度較氧大，0℃和1×10帕時，一體積水可溶解0.494體積臭氧。臭氧能刺激粘液膜 ，它對人體有毒 ，長時間在含0.1ppm臭氧的空氣中呼吸是不安全的。臭氧層能吸收大部分波長短的射線(如紫外線 )，起著保護人類和其他生物的作用，但氯氣和氮氧化物促使臭氧分解為氧 ，破壞了臭氧保護層，成為人類關注的重要環(huán)境問題之一。通常都借助無聲放電作用從氧氣或空氣制備臭氧，臭氧發(fā)生器即根據這一原理制造。利用臭氧和氧氣沸點的差別，通過分級液化可得濃集的臭氧。臭氧是強力漂白劑，用于漂白面粉和紙漿，用臭氧消毒飲用水，水中只含氧，無特殊氣味。它還用于污水處理。 臭氧極易分解，很不穩(wěn)定。它不溶于液態(tài)氧，四氯化碳等。有很強的氧化性，在常溫下可將銀氧化成氧化銀，將硫化鉛氧化成硫酸鉛。臭氧可是許多有機色素脫色，侵蝕橡膠，很容易氧化有機不飽和化合物。臭氧在冰中極為穩(wěn)定，其半衰期為2000年。 臭氧主要存在于距地球表面20公里的同溫層下部的臭氧層中。它吸收對人體有害的短波紫外線，防止其到達地球。 1785年，德國人在使用電機時，發(fā)現(xiàn)在電機放電時產生一種異味。1840年法國科學家克里斯蒂安·弗雷德日將它確定為臭氧。 在紫外線輻射下，通過電子放射或暴曬從雙原子氧氣可自然形成臭氧。工業(yè)上，用干燥的空氣或氧氣，采用5~25kv的交流電壓進行無聲放電制取。另外，在低溫下電解稀硫酸，或將液體氧氣加熱都可制得臭氧。 臭氧可用于凈化空氣，漂白飲用水，殺菌，處理工業(yè)廢物和作為漂白劑。 在夏季，由于工業(yè)和汽車廢氣的影響，尤其在大城市周圍農林地區(qū)在地表臭氧會形成和聚集。地表臭氧對人體，尤其是對眼睛，呼吸道等有侵蝕和損害作用。地表臭氧也對農作物或森林有害。 臭氧的物理性質 性質 數據 分子量 47.99828 沸點ºC -111.9 熔點℃ -193 臨界溫度ºC -5 臨界壓力atm 92.3 等張比容(90.2K) 75.7 生成熱，KJ/mol -144 在水中的溶解度ml/100ml 49.4 愛恨交加說臭氧 大氣中臭氧層對地球生物的保護作用現(xiàn)已廣為人知--它吸收太陽釋放出來的絕大部分紫外線，使動植物免遭這種射線的危害。為了彌補日漸稀薄的臭氧層乃至臭氧層空洞，人們想盡一切辦法，比如推廣使用無氟制冷劑，以減少氟利昂等物質對臭氧的破壞。世界上還為此專門設立國際保護臭氧層日。由此給人的印象似乎是受到保護的臭氧應該越多越好，其實不是這樣，如果大氣中的臭氧，尤其是地面附近的大氣中的臭氧聚集過多，對人類來說臭氧濃度過高反而是個禍害。 臭氧是地球大氣中一種微量氣體，它是由于大氣中氧分子受太陽輻射分解成氧原子后，氧原子又與周圍的氧分子結合而形成的，含有3個氧原子。大氣中90%以上的臭氧存在于大氣層的上部或平流層，離地面有10~50千米，這才是需要人類保護的大氣臭氧層。還有少部分的臭氧分子徘徊在近地面，仍能對阻擋紫外線有一定作用。但是，近年發(fā)現(xiàn)地面附近大氣中的臭氧濃度有快速增高的趨勢，就令人感到不妙了。 這些臭氧是從哪里來冒出來的呢?同鉛污染、硫化物等一樣，它也是源于人類活動，汽車、燃料、石化等是臭氧的重要污染源。在車水馬龍的街上行走，常?？吹娇諝饴詭\棕色，又有一股辛辣刺激的氣味，這就是通常所稱的光化學煙霧。臭氧就是光化學煙霧的主要成分，它不是直接被排放的，而是轉化而成的，比如汽車排放的氮氧化物，只要在陽光輻射及適合的氣象條件下就可以生成臭氧。隨著汽車和工業(yè)排放的增加，地面臭氧污染在歐洲、北美、日本以及我國的許多城市中成為普遍現(xiàn)象。根據專家目前所掌握的資料估計，到2005年，近地面大氣臭氧層將成為影響我國華北地區(qū)空氣質量的主要污染物。 研究表明，空氣中臭氧濃度在0.012ppm水平時--這也是許多城市中典型的水平，能導致人皮膚刺癢，眼睛、鼻咽、呼吸道受刺激，肺功能受影響，引起咳嗽、氣短和胸痛等癥狀;空氣中臭氧水平提高到0.05ppm，入院就醫(yī)人數平均上升7%~10%。原因就在于，作為強氧化劑，臭氧幾乎能與任何生物組織反應。當臭氧被吸入呼吸道時，就會與呼吸道中的細胞、流體和組織很快反應，導致肺功能減弱和組織損傷。對那些患有氣喘病、肺氣腫和慢性支氣管炎的人來說，臭氧的危害更為明顯。 從臭氧的性質來看，它既可助人又會害人，它既是上天賜與人類的一把保護傘，有時又像是一劑猛烈的毒藥。目前，對于臭氧的正面作用以及人類應該采取哪些措施保護臭氧層，人們已達成共識并做了許多工作。但是，對于臭氧層的負面作用，人們雖然已有認識，但目前除了進行大氣監(jiān)測和空氣污染預報外，還沒有真正切實可行的方法加以解決。 臭氧消毒原理可以認為是一種氧化反應。 (1)臭氧對細菌滅活的機理: 臭氧對細菌的滅活反應總是進行的很迅速。與其它殺菌劑不同的是:臭氧能與細菌細胞壁脂類雙鍵反應, 穿入菌體內部，作用于蛋白和脂多糖，改變細胞的通透性，從而導致細菌死亡。臭氧還作用于細胞內的核物質，如核酸中的嘌呤和嘧啶破壞DNA。 (2)臭氧對病毒的滅活機理: 臭氧對病毒的作用首先是病毒的衣體殼蛋白的四條多肽鏈，并使RNA受到損傷，特別是形成它的蛋白質。噬菌體被臭氧氧化后，電鏡觀察可見其表皮被破碎成許多碎片，從中釋放出許多核糖核酸，干擾其吸附到寄存體上。 臭氧殺菌的徹底性是不容懷疑的。 破壞臭氧層，危害我們每一個人。 紫外線從多方面影響著人類健康。人體會發(fā)生如曬斑、眼病、免疫系統(tǒng)變化、光變反應和皮膚病(包括皮膚癌)等。皮膚癌是一種頑固的疾病，紫外線的增長會使患這種病的危險性增大。紫外線光子有足夠的能量去破裂雙鍵。中短波紫外線會透人皮膚深處，使人的皮膚產生炎癥，人體的遺傳物質DNA(脫氧核糖核酸)受到損害，使正常生長的細胞蛻變成癌細胞并繼續(xù)生長成整塊的皮膚癌。也有說太陽光滲透進皮膚的表層。紫外線輻射轟擊著皮膚細胞核內的DNA基本單位，使許多單位溶化成失去作用的碎片。這些毛病的修復過程可能會出現(xiàn)不正常，從而導致癌變。流行病學已證實廠非黑瘤皮膚癌的發(fā)病率與日曬緊密相關。各種類型皮膚的人都有患非黑瘤皮膚癌的可能，但在淺色皮膚人群中發(fā)病率較高。動物實驗發(fā)現(xiàn)，紫外線中，紫外線B波長區(qū)是致癌作用最強的波長區(qū)域。 據估計，總臭氧量減少1%(即紫外線B增強2%)，基礎細胞癌變率將增加約4%。近來的研究發(fā)現(xiàn)，紫外線B可使免疫系統(tǒng)功能發(fā)生變化。有的實驗結果表明，傳染性皮膚病可能也與由臭氧減少而導致的紫外線B增強有關。據估計總臭氧量減少1%，皮膚癌的發(fā)病率將增加5%-7%，白內障患者將增加0.2%-0.6%。自1983年以來，加拿大皮膚癌的發(fā)病率己增加235%，1991年皮膚病患者已多達4.7萬人。美國環(huán)保局局長說，美國在今后50年內死于皮膚癌者，將比過去預計的增加20萬人。澳大利亞人喜歡曬日光浴，把皮膚曬得黑黑的。盡管科學家反復告誡多曬太陽會導致皮膚癌、他們對黑膚色還是樂此不疲。結果，直到澳大利亞人皮膚癌的發(fā)病率比世界上其他地方高出1倍時，才醒悟過來。全世界患皮膚癌的人已占癌癥患者總人數的1/3。 聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署曾警告說，如果地球的臭氧層會繼續(xù)按照目前的速度減少并變薄，那么到2000年時全世界患皮膚癌的比例將增加26%，達到30萬人。如果下個世紀初臭氧層再減少10%，那么全世界每年患白內障的人有可能達到160萬-175萬人。 受紫外線侵害還可能會誘發(fā)麻疹、水痘、瘧病、疤疹、真菌病、結核病、麻風病、淋巴癌。 紫外線的增加還會引起海洋浮游生物及蝦、蟹幼體、貝類的大量死亡，造成某些生物滅絕。紫外線照射結果還會使成群的兔子患上近視眼，成千上萬只羊雙目失明。 紫外線B削弱光臺作用 根據非洲海岸地區(qū)的實驗推測，在增強的紫外線B照射下，浮游生物的光合作用被削弱約5%。增強的紫外線B還可通過消滅水中微生物而導致淡水生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生變化，并因而減弱了水體的自凈化作用。增強的紫外線B還可殺死幼魚、小蝦和蟹。如果南極海洋中原有的浮游生物極度下降，則海洋生物從整體上會發(fā)生很大變化。但是，有的浮游生物對紫外線很敏感，有的則不敏感。紫外線對不同生物的DNA的破壞程度有100倍的差別。 嚴重阻礙各種農作物和樹木的正常生長 有些植物如花生和小麥，對紫外線B有較好的抵御能力，而另一些植物如萵苣、西紅柿、大豆和棉花，則是很敏感的。美國馬里蘭大學農業(yè)生物技術中心的特倫莫拉用太陽燈對6個大豆品種進行了觀察實驗，結果顯示其中3個大豆品種對紫外線輻射極為敏感。具體表現(xiàn)為，大豆葉片光合作用強度下降，造成減產，同時也使大豆種于蛋白質和油脂含量下降。大氣臭氧層損失1%，大豆也將減產1%。 特倫莫拉還用了4年時間，對高劑量紫外輻射給樹木生長造成的影響進行了觀察。結果表明，木材積累量明顯下降，它們的根部生長也因而受阻。 對全球氣候的不良擾亂作用 平流層上層臭氧的大量減少以及與此有關的平流層下層和對流層上層臭氧量的增長，可能會對全球氣候起不良的擾亂作用。臭氧的縱向重分布可能使低空大氣變暖，并加劇由二氧化碳量增加導致的溫室效應。 光化學大氣污染 過量的紫外線使塑料等高分子材料容易老化和分解，結果又帶來新的污染--光化學大氣污染。