臭氧特性
臭氧特性 （1）臭氧的物理性质 在常温常压下，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。臭氧可溶于水，在常温常压下臭氧在水中的溶解度比氧气高约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气，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。臭氧的主要物理性质列于表1-1。臭氧在不同温度下的水中溶解度列于表1-2。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，因为他遵守亨利定律，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。 表1:臭氧的主要物理性质 项目 数值 项目 数值 分子量 47.99828 粘度（液态），Mpa•S在90.2时 1.56 熔点，°C -192.7+(-)0.2 表面张力，Mn/m在77.2K时 43.8 沸点，°C -111.9+(-)0.3 表面张力，Mn/m在90.2K时 38.4 临界状态(温度)/°C -12.1+(-)0.1 等张比容（90.2K） 75.7 临界状态(压力)/Mpa 5.46 介电常数（液态，90.2K）,F/m 4.79 临界状态(体积)/(cm3/mol) 147.1 偶极距，C•m(D) 1.84*10(0.55) 临界状态(密)/(g/cm3) 0.437 热容（液态，90-150K），F/m 1.778+0.0059(T-90) 密度气态（0°C,0.1Mpa）/(g/l) 2.144 摩尔气化热，在161.1K时 14277 密度液态（90K）/(g/cm3) 1.571 摩尔气化热，在90K时 15282 密度固态（77.4K）/(g/cm3) 1.728 摩尔生成热，KJ/mol -144 粘度（液态），Mpa•S在77.6K时 4.17 表2:臭氧在水中的溶解度 温度，°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）臭氧的化学性质 1.臭氧的化学性质极不稳定，在空气和水中都会慢慢分解成氧气，其反应式为： 2O3 →3O2 ＋ 285kJ （ 1-2） 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。但一般臭氧化空气中臭氧的含量很难超过 10％，在臭氧用于饮用水处理的较长历史过程中，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的多。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。 臭氧在水中的分解速度随水温和 PH 值的提高而加快，图 1-3 为 PH=7时，水温和分解速度的关系，图 1-4 为 20℃ ， PH和分解速度的关系。 为提高臭氧利用率，水处理过程中要求臭氧分解得慢一些，而为了减轻臭氧对环境的污染，则要求处理后尾气中的臭氧分解快一些。 2.臭氧的氧化能力 臭氧得氧化能力，其氧化还原电位仅次于 F 2 ，在其应用中主要用这一特性。从表 1-5中看出。 从表 1-5可知，臭氧的标准电极电位除比氟低之外，比氧、氯、二氧化氯及等氧化剂都高。说明臭氧是常用氧化剂中氧化能力*强的。同时，臭氧反应后的生成物是氧气，所以臭氧是高效的无二次污染的氧化剂。 表 1-5氧化还原电位比较 名称 分子式 标准电极电位/mv 名称 分子式 标准电极电位/mv 氟 F2 2.87 二氧化氯 ClO2 1.50 臭氧 O3 2.07 氯 Cl 2 1.36 过氧化氢 H2O2 1.78 氧 O 2 1.23MnO4- 1.67 3.臭氧的氧化反应 a、与无机物的氧化反应 ⑴臭氧与亚铁的反应 ⑵ 臭氧与 Mn2+的反应 ⑶臭氧与硫化物的反应 (4)臭氧与硫的反应 ⑸臭氧与的反应 总反应为： ⑹臭氧与氯的反应 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，下面仅以大家的几种反应式列出以供参考。 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，反应历程描述如下： 式中 G 代表 OH 、OCH3 、 OCCH3等基。反应的*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。其 ⑶对核蛋白（氨基酸）系的反应 ⑷对有机氨的氧化 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6.25×10 -6 mol/L(0.3mg/m3 ) 时，对眼、鼻、喉有刺激的感觉；浓度 (6.25-62.5)×10 -5mol/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/m 3 ) 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) 以下的臭氧会引起长久性心脏障碍，但接触 20ppm 以下的臭氧不超过 2h，对人体无长久性危害。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，*今也没有发现一例因臭氧中毒而导致死亡的报道。 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。 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。
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