臭氧的产生方法
发布时间:2020-11-16 18:03:20

臭氧的产生方法
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缺点是能耗高、臭氧浓度低,因此紫外照射法用于大量生产臭氧是不现实的,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,  常见于消毒碗柜上使用。
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。