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臭氧的物理工藝性質

發布時間:2019-07-13 14:57:49人氣:

簡介:臭氧是一種具有刺激性特殊氣味的不穩定氣體,分子結構如圖所示。它可在地球同溫層內光化學合成,但是在地平面上僅以極低濃度存在。
共振雜化分子的四種典型形

  1-1 純臭氧的物理性質 
1dyn=10 -3 N/m;1atm=101.325Pa;1cal=4.18J 。
表 1-2 臭氧的液體密度和蒸氣壓

1.2 臭氧的溶解度 
臭氧略溶于水,標準壓力和溫度下( STP ),其溶解度比氧大 13 倍(見表 1-3 ),比空氣大 25 倍。
表 1-3 臭氧在水中的溶解度(氣體分壓為 10 5 Pa ) /(ml/L)

   將臭氧通入蒸餾水中,可以測出不同溫度、不同壓力下臭氧在水中的溶解度。圖 2-2 是在壓力為 1atm 時,純臭氧在水中的溶解度和溫度的關系曲線。從圖2-2 知,當溫度為 0℃ 時,純臭氧在水中的溶解度可達 2.858×10 -2 mol/L(1372mg/L).
    臭氧和其他氣體一樣,在水中的溶解度符合亨利定律,即在一定溫度下,任何氣體溶解于已知液體中的質量,將與該氣體作用在液體上的分壓成正比,而亨利常數的大小只是溫度的函數,與濃度無關。
          C=K H P                          (1-1)
     式中 -臭氧在水中的溶解度, mg/L 
          P -臭氧化空氣中臭氧的分壓, kPa 
          K H -亨利常數, mg/ ( L·kPa )。
   從式( 1-1 )知,由于實際生產中采用的多是臭氧化空氣,其臭氧的分壓很小,故臭氧的溶解度遠遠小于表 1-3 中的數據。例如,用空氣為原料的臭氧發生器生產的臭氧化空氣,臭氧只占 0.6 %~ 1.2 %(體積)。根據氣態方程及道爾頓分壓定律知,臭氧的分壓也只有臭氧化空氣壓力的 0.6 %~ 1.2 %。因此,當水溫為 25℃ 時,將這種臭氧化空氣加入水中,臭氧的溶解度只有( 0.625 ~ 1.458 ) ×10 -4 mol/L(3 ~ 7mg/L) 。
表 1-4 低濃度臭氧在水中的溶解度 /(mg/L)

    在一般水處理中,臭氧濃度較低,所以在水中的溶解度并不大。在較低濃度下,臭氧在水中的溶解度基本滿足亨利定律。低濃度臭氧在水中的溶解度見表 1-4 
二、臭氧的化學性質
1. 臭氧的化學性質極不穩定,在空氣和水中都會慢慢分解成氧氣,其反應式為: 
   2O3 3O2 + 285kJ ( 1-2 
    由于分解時放出大量熱量,故當其含量在 25 %以上時,很容易爆炸。但一般臭氧化空氣中臭氧的含量很難超過 10 %,在臭氧用于飲用水處理的較長歷史過程中,還沒有一例氧爆炸的事例。
含量為 %以下的臭氧,在常溫常壓的空氣中分解半衰期為 16h 左右。隨著溫度的升高,分解速度加快,溫度超過 100℃ 時,分解非常劇烈,達到 270℃ 高溫時,可立即轉化為氧氣。臭氧在水中的分解速度比空氣中快的多。在含有雜質的水溶液中臭氧迅速回復到形成它的氧氣。如水中臭氧濃度為 6.25×10 -5   mol/L(3mg/l) 時,其半衰期為 ~ 30min ,但在純水中分解速度較慢,如在蒸餾水或自來水中的半衰期大約是 20min ( 20℃ ),然而在二次蒸餾水中,經過 85min 后臭氧分解只有 10 %,若水溫接近 0℃ 時,臭氧會變得更加穩定。
 

     臭氧在水中的分解速度隨水溫和 PH 值的提高而加快,圖 1-3 為 PH=7 時,水溫和分解速度的關系,圖 1-4 為 20℃ , PH 和分解速度的關系。
為提高臭氧利用率,水處理過程中要求臭氧分解得慢一些,而為了減輕臭氧對環境的污染,則要求處理后尾氣中的臭氧分解快一些。
2. 臭氧的氧化能力 
臭氧得氧化能力極強,其氧化還原電位僅次于 F 2 ,在其應用中主要用這一特性。從表 1-5 中看出。
從表 1-5 可知,臭氧的標準電極電位除比氟低之外,比氧、氯、二氧化氯及高錳酸鉀等氧化劑都高。說明臭氧是常用氧化劑中氧化能力最強的。同時,臭氧反應后的生成物是氧氣,所以臭氧是高效的無二次污染的氧化劑。

 

 

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