臭氧的物化性质

文章来源：奥诺臭氧 编辑：奥诺臭氧

臭氧的物化性质

一.臭氧的发现及研究

1785年，德国人在使用电机时，发现在电机放电时产生一种异味。1840年法国科学家沈彬(Schonbein)将此异味确定为O3，而命名为 ozone（臭氧）。自此以后，欧洲的科学家率先开始研究臭氧的特性和功用，发现臭氧的广谱灭菌效果后，开始工业生产应用。瑞典一家牛肉公司用臭氧对牛肉 的存储保鲜，1870年开始以来，一直沿用至今。

1.自然界中的臭氧

科学家不懈地对臭氧技术及进行研究，现在对臭氧的特性及应用已比较明确。其实在自然界中，臭氧是广泛存在的，只是浓度差别很大，不易被人察觉而已。 现在人们普遍了解大气臭氧层，是阻挡太阳紫外线的天然屏障，它是由太阳光的特定波长光谱（λ=185nm）的光照射空气后产生的；雷雨过后，人们会呼吸到 一种特殊的清新味道，实际就是空气中的臭氧浓度提高（一般在0.04ppm左右），容易被人们觉察，臭氧浓度之所以提高，是因为闪电（高压放电）电离空气 中的氧气形成臭氧；森林中，旅游地带，空气格外清新，是因植物在吸收CO2过程中制造了氧（O2），氧原子在组合过程中，部分形成人们呼吸的氧气 （O2），一部分形成臭氧(O3)。自然界中细菌无处不在，在适合的条件下繁殖迅速，人类在发现细菌后，甚至谈虎色变，生怕被细菌吃掉，其实，人们没有必 要忧虑，自然界的一切都处在平稳状态，正是自然界中无处不在的臭氧和太阳光中的紫外线，在控制着细菌的生存平衡，保护着人类健康。

2.臭氧的基本性质研究

人类通过对臭氧的研究，发现臭氧具有不稳定性和很强的氧化能力。臭氧（O3）是由一个氧分子（O2）携带一个氧原子（O）组成,它是氧气的同素异形体。氧和氧气存在不同之处，表1中一目了然。

表1氧气和臭氧的主要性质

表1不难看出，与氧气比较，臭氧比重大、有味、有色、易溶于水、易分解。由于臭氧是由一个氧分子携带一个氧原子组成，决定了它只是一种暂存形态，携 带的氧原子除氧化用掉外，剩余的又组合为氧气进入稳定状态。所以臭氧在化合中没有二次污染产生，这是臭氧技术应用的最大优越性。

臭氧的应用主要是灭菌、消毒、脱色、除味。臭氧灭菌的机理是臭氧的氧原子可以氧化细菌细胞壁，直至穿透细胞壁与其体内的不饱合健化合而夺去细菌生 命，它的作用是即刻完成的（其杀菌速度是含氯消毒剂的600～3000倍，是紫外线的1000倍）。臭氧的迅速灭菌效果取决于臭氧有很强的氧化能力，其氧 化能力仅次于氟，但是臭氧是能在游离状态下存在的最强的氧化剂。氧化剂的氧化能力取决于还原电位，还原电位越高，氧化能力越强。表2列出了人们常用的消毒 物质还原电位与臭氧的比较。

表2几种氧化剂还原电位的比较

二.臭氧的广谱杀菌效果

在这里，我们不再用大量文字赘述，而是集臭氧消毒灭菌国内外实验结果选编表３如下：

表３臭氧的消毒杀菌效果选编

三.应用机理

应用臭氧基本上有四个方面：一是杀灭微生物——杀菌消毒；二是分解有机或无机污染物——除臭净化或污水治理；三是分解果蔬代谢产物，抑制后熟——保鲜；四是工业用氧化、催化剂。

１.杀菌消毒：

臭氧杀菌过程为强氧化作用，与微生物细胞的多种成分发生反应，从而产生不可逆转的变化而死亡。一般认为，臭氧杀灭病毒是通过直接破坏核糖核酸 （RNA）或脱氧核糖核酸（DNA）完成的。而杀灭细菌、霉菌类微生物则是臭氧直接作用于细胞膜，使膜结构受损伤，导致新陈代谢障碍并抑制其生长，臭氧继 续渗透破坏膜内组织，直至杀死菌类。湿度增加提高灭活性，是由于高湿度下细胞膜膨胀变薄，其组织容易被臭氧破坏。

２.除臭净化（污水治理中去处BOD、COD等较复杂，此处不赘述）：

臭氧去除异味性能非常好，依靠其强氧化性快速分解臭味及其它气味的有机或无机物质。臭味主要成分是胺（R3N）、硫化氢(H2S)、甲硫醇(CH3SH)等。臭氧与其反应式如下:

R3N+O3—R3N-O+O2

H2S+O3—S+H2O+O2（主反应）

SO2+H2O(副反应)

CH3SH+O3—[CH3-S-S-CH3]—CH3-SO3H+O2

小型家用臭氧发生器用于卫生间可除异味。

3.保鲜：

臭氧在蔬菜水果贮藏中的应用除了杀灭或抑制霉菌生长，防止腐烂之外，还具有防止老化、保鲜作用。其机理是臭氧可以分解果蔬新陈代谢呼出的催熟剂—乙烯气体（C2H4），反应如下：

C2H4+O3—CO2+H2O

四.臭氧与其它消毒品的比较及优越性

１.与传统化学消毒剂比较：

①杀菌能力与过氧乙酸相当，高于其它消毒剂。

②臭氧会自行分解为氧气，不会产生残余污染，用于空气消毒后不需通风换气。而含氯消毒剂消杀后与有机物可生成氯仿等致癌物；甲醛残留对人体有毒。

③臭氧可直接对食品使用作杀菌或防霉保鲜，为干法消毒，简单易行，臭氧对食品无害。现代冰箱内装有微型臭氧发生器，除臭保鲜，因此冷藏室内无异味，食品不易变质。化学消毒剂对食品杀菌消毒理论上可行，实际应用应很严格并且操作复杂。

２.与紫外线杀菌比较：

①紫外线以光波作用杀菌，只有照射到的位置且达到照射标准才有杀菌效果。紫外线照射强度与距离平方成反比，强度不够，照射又有很大死角。用于水体消毒紫外线穿透力只有2cm。而臭氧为流体，具有扩散性，无死角，浓度较均匀。

②紫外线杀菌在相对湿度60%以上时效果急剧下降，80%湿度以上时反可诱使细菌复活；臭氧则相反。

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