臭氧的制取方法和技术.doc

　 臭氧的制取方法和技术:光化学法、电化学法、电晕放电法 一、光化学法 – 紫外线臭氧发生器 　　此方法是光波中的紫外光会使氧气分子 O2 分解并聚合成臭氧 O3 ，大气上空的臭氧层即是由此产生的。 　　波长 λ ＝ 185nm(10 -9 m) 的紫外光效率最高，此时，光量子被 O2 吸收率最大。其反应基本过程为： O2 ＋ hr→ O+O O2 +O+M→ O3 +M hr －紫外光量子 M －存在的任何惰性物体，如反应器器壁、氮、二氧化碳气体分子等。 　　使用 185nm 紫外光产生臭氧的光效率为 130gO3 /kw·h ，是比较高的。但目前低压汞紫外灯的电－光转换效率很低，只为 0.6 ％～ 1.5 ％，则紫外法产生臭氧的电耗高达 600kwh/kgO3 ，即 1.5gO3 /kw. h ，工业应用价值不大。 　　紫外法产生臭氧的优点是对湿度、温度不敏感，具有很好的重复性；同时，可以通过灯功率线性控制臭氧浓度、产量。这两个特性对于臭氧用于人体治疗与作为仪器的臭氧标准源是非常合适的。 　 二、电化学法 – 电解纯水臭氧发生器 　　利用直流电源电解含氧电解质产生臭氧气体的方法，其历史同发现臭氧一样悠久。八十年代以前，电解液多为水内填加酸、盐类电解质，电解面积比较小，臭氧产量很小，运行费用很高。由于人们在电极材料、电解液与电解机理、过程方面作了大量的研究工作，电解法臭氧发生技术取得了很大进步。近期发展的 SPE （固态聚合物电解质）电极与金属氧化催化技术，使用纯水电解得到 14 ％以上的高浓度臭氧，使电化学法臭氧发生器技术向前迈进了一大步。 　　日本某公司向市场推出了 120gO3 /h 的电解臭氧发生器，电耗 150kw·h/kgO3 ，使这种类型产品达到了工业化应用规模。我国武汉大学早期开展了电解臭氧技术的研究，上海唐锋电器公司研究开发了电解法臭氧发生器系列产品，臭氧浓度可达 20 ％，最大臭氧产量为 100g/h 。该产品使用纯水电解产生臭氧后在机内直接与水混合形成 4-20mg/L 高浓度臭氧水，其规格为高浓度臭氧水供水量由 60L/h 到 5000L/h 。 　　电解法臭氧发生器具有臭氧浓度高、成分纯净、在水中溶解度高的优势，在医疗、食品加工与养殖业及家庭方面具有广泛应用前景，在降低成本与电耗条件下将与目前应用广泛的电晕放电法臭氧发生器形成激烈竞争。 ? 图 1-1 电解法产生臭氧装置示意图 　 三、电晕放电法 –- 臭氧发生器 　　电晕放电合成臭氧是目前世界上应用最多的臭氧制取技术，此技术能够使臭氧产量单台达 500 kg/h 以上。 　　电晕放电法（无声放电或辉光发电法）就是一种干燥的含氧气体流过电晕放电区产生臭氧的方法。常用的原料气体有：氧气空气以及含有氮、二氧化碳，或许还有其他惰性稀释气体的含氧混合气体。 臭氧的产生机理： 　　虽然有若干机理可能同电晕内臭氧的形成有关，但 ① 式特殊反应途径被认为是主要的 e+O2 →2O ＋ e ????????① ??? 利用高速电子轰击氧气，其分解成氧原子。高速电子具有足够的动能（ 6 ～ 7eV ） , 紧接着通过三体碰撞反应形成臭氧。 O+O2 +M→O3 ＋ M ??????② ??? 式中 M 是气体中任何其它气体分子，不过与此同时，原子氧和电子也同样同臭氧反应形成氧气。 O+O3 →2O2 ???????????③ e+O3 →O+O2 +e ???????④ 　　此外，电晕内的气体是处于可促进臭氧分解反应的高温下，所以净臭氧产量或出口产气组成是形成和分解臭氧所有反应的总和。净产率依众多因素而变，包括：原料气的氧气含量和温度、原料气含的污染物、达到的臭氧浓度、电晕中的功率密度、冷却剂的温度和流量及冷却系统的效率。这些因素都影响着实用的、经济上有吸引力的臭氧发生器和系统的设计。 ? 1.1 沿面放电 – 臭氧发生器 ? 　　沿面放电型发生器原理属于电晕放电，其放电区发生在高压电极边缘表面，由高压闪络形成。沿面放电区空气电晕能量集中，功率密度较高，需要良好的冷却。 　　 此型发生器有充惰性气体氖（ Ne ）或（ Ar ）的玻璃放电管和陶瓷片两种，其结构简图如下： ??? 充气玻璃放电管发生器国外称作臭氧灯，八十年代初外国远洋食品冷藏船仓杀菌防霉就使用这种臭氧发生器。我国邯郸、大连灯船舶工业相关单位首先研制了这种产品，做成 5g/h 的发生器用于鸡蛋、果蔬冷库消毒与保鲜。由于结构简单、工艺要求低，我国很快发展了这种用于医疗行业和消毒柜的微型管式发生器，数量很大，价格便宜。但经多年实践检验，该种发生器大多数寿命极短，一般连续工作几百小时后产生的臭氧量即所剩无几了。 ??? 臭氧陶瓷片