臭氧怎么形成的,消毒柜臭氧是怎样产生的

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臭氧一般是由于普通氧气在闪电以及强烈紫外线照射(这也就是为什么臭氧只存回在于很高的大气答层之上)情况下形成 。
在数亿年以前,地球上的大气中没有臭氧层 , 地球的表面受到来自太阳的紫外线强烈照射,地面上没有生物存在,仅有少数生物生存在水中,因为水能吸收紫外线,水中绿色植物不断地吸收大气中的二氧化碳,释放出氧气,扩散到空气中,而其中一部分的氧气在大气层的上层,受到紫外线的作用 , 依下面所示的反应式,氧气变成了臭氧而产生了臭氧层 。
臭氧层对地球上的生命相当重要,因它能滤除紫外线,地球上生物才能登上陆地,展开另一种灿烂多姿的地表生活 。地球大气层中的臭氧对波长小于290纳米的紫外线几乎能够全部吸收 。对波长大于290纳米的紫外线只能一般性吸收,而空气则能吸收波长小于200纳米的紫外线 。因此说,臭氧层吸收了太阳光中的某一波段范围内的紫外线,而对其它波段的紫外线会反射或透过 。
消毒柜臭氧是怎样产生的氧气通过电击可变为臭氧 。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 。臭氧(O3)是氧气(O2)的同素异形体 , 它是一种具有特殊气味的淡蓝色气体 。分子结构呈三角形 , 键角为116°,其密度是氧气的1.5倍 , 在水中的溶解度是氧气的10倍 。臭氧是一种强氧化剂,它在水中的氧化还原电位为2.07V,仅次于氟(2.5V),其氧化能力高于氯(1.36V)和二氧化氯(1.5V) , 能破坏分解细菌的细胞壁,很快地扩散透进细胞内,氧化分解细菌内部氧化葡萄糖所必须的葡萄糖氧化酶等 , 也可以直接与细菌、病毒发生作用,破坏细胞、核糖核酸(RNA),分解脱氧核糖核酸(DNA)、RNA、蛋白质、脂质类和多糖等大分子聚合物,使细菌的代谢和繁殖过程遭到破坏 。细菌被臭氧杀死是由细胞膜的断裂所致,这一过程被称为细胞消散,是由于细胞质在水中被粉碎引起的,在消散的条件下细胞不可能再生 。应当指出,与次氯酸类消毒剂不同,臭氧的杀菌能力不受PH值变化和氨的影响,其杀菌能力比氯大600-3000倍,它的灭菌、消毒作用几乎是瞬时发生的,在水中臭氧浓度0.3-2mg/L时,0.5-1min内就可以致死细菌 。
臭氧是如何形成的原理臭氧是一种无色而有特殊臭味的气体 。在近地层中,汽车尾气、森林火灾、火山爆发、自然闪电、人工放电以及核爆炸等,均会产生臭氧 。但大气中臭氧的主要来源还是太阳紫外线辐射的作用 。
在高层大气中,氧分子经太阳紫外线辐射的作用而离解为氧原子,这种氧原子在第三种分子的介入下与氧分子碰撞而结合成臭氧分子 。
由于太阳紫外辐射离地面越高处越强,大气密度离地面越高处越小,因此,就形成了20~25公里高度上的臭氧含量出现极大值,这就是臭氧层 。一般臭氧层的界限可取为15~50公里高度 。
臭氧产生原理图解产生臭氧的方法主要有紫外照射法、电解法、放射化学法和介质阻挡放电法 。
紫外照射法
紫外照射法是利用紫外线照射干燥的氧气 , 使一部分氧分子被激活离解成氧原子 , 进而形成臭氧 。紫外照射法产生臭氧的特点是臭氧浓度低,优点是不易产生氧化物,不需要复杂转换设备 。但是紫外照射法不适合于大量生产臭氧,只适合于少量、低浓度要求的各种试验,如空气消毒、灭菌、除臭等 。
电解法
电解法制备臭氧技术创立于1840年,主要通过采用低压直流电对水进行电解,使水在阳极-溶液界面上发生氧化反应产生臭氧 。该臭氧制备装置由电解质溶液和阴阳两极构成 。臭氧在阳极析出,阴极可分为两种 , 分别为析氢阴极和氧还原阴极 。八十年代以前,电解液多为水内添加酸、盐类电解质,电解面积比较小,臭氧产量低,运行费用高 。经过人们对极板材料、电解液与电解机理、过程方面的大量研究,电解法制臭氧技术有了很大的进步 。近来发展的SPE(固态聚合物电解质)电极与金属氧化催化技术,使电解纯净水得到14%以上的高浓度臭氧 。电解法产生臭氧具有浓度较高、成份纯净、水中溶解度高 、对进料空气无须进行预处理且不会产生氮氧化物;此外,该臭氧生产设备小且轻便,结构简单,无噪声、便携,因此其应用前景非常广阔 。其主要缺点是能耗较大 , 经过进一步改进,设法降低成本和电耗后,有可能与目前广泛使用的介质阻挡放电法相竞争 。
在电解法制备臭氧的方法中,其中以二氧化铅作电极的方法占主流 , 如何提高臭氧产生效率是电解法产生臭氧的主要研究方向 。我们知道,在电化学反应中,pH、温度、电流密度和电极的种类是最关键的,现在有很多对二氧化铅电极进行改性的文献报道,比如在二氧化铅电极中掺少量的二氧化钛 , 可以大大提高二氧化铅电极的电流效率和导电性,但未能改变二氧化铅的腐蚀问题;而β型二氧化铅的稳定性更好,且价格适中 , 且产生的臭氧浓度可达13%以上,同时不产生有害的氮氧化合物 。但是β型二氧化铅在高电压和酸性条件下易重结晶,造成阳极催化层β型二氧化铅催化效率不稳定;阴阳极催化层容易脱附,使膜电极工作的寿命很短,严重时还会导致短路;现有的膜电极催化层制备工艺不够稳定,而造成这种问题的主要原因是催化层与在膜上附着的不是很紧密 。基于二氧化铅及SPE膜电极的优缺点,后续研究二氧化铅与SPE复合膜电极是非常有必要的 。
放射化学法
放射化学法是利用各种放射源核辐射离解氧分子生成臭氧 。该法已有两种工艺用于工业型臭氧生产,一是氧同裂变产物接触,由辐射、氧同裂变产物及二次辐射的热碰撞产生臭氧 。二是仅在辐射下生成臭氧,该方法因采用放射源其成本高、安全性差,只适用于某些特殊情况,不适合于工业大量生产 。
介质阻挡放电法
也称无声放电法(简称DBD法) 。通过交变高压电场在气体中产生电晕,电晕中的自由高能电子离解氧气分子,经碰撞聚合为臭氧分子 。介质阻挡放电法具有能耗相对较低、单机臭氧产量大,气源可用干燥空气、氧气或含氧浓度较高的富氧气体等优点,因此工业上合成臭氧大多采用此法 。
上个世纪,人们通常生产获取臭氧是采用热化学方法 。虽然热化学理论所计算得到的臭氧率(产生臭氧的能量利用效率)理论值是1200g/(kW·h),可实际生产中只有4%~12%的转换比 。剩余的能量都转化成了热量逸散,实际产率远远达不到理论值 。21世纪以来 , 为了提高密封容器中臭氧浓度和产率,使生产成本降低 , 科学家们进行了众多的学术研讨交流 。随着理论研究不断进行,技术工艺不断完善 , 其中主要研究方向集中在不同的原料、相关的气体、不同的电极形式、不同的反应介质、电极材料以及放电形式等方面 。
等离子体放电过程中产生臭氧的基本原理是含氧气体在放电反应器内所形成的低温等离子体氛围中,一定能量的自由电子将氧分子分解成氧原子,之后通过三体碰撞反应形成臭氧分子,同时也发生着臭氧的分解反应 。
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