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臭氧特性
日期：2025-05-02 01:42
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摘要：
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
臭氧得氧化能力极强，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、二氧化氯及高锰酸钾等氧化剂都高。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
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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)臭氧与硫氰化物的反应
⑸臭氧与氰化物的反应
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，下面仅以大家公认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，至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。
