臭氧的化學性質(zhì)

1、臭氧的分解

臭氧的化學性質(zhì)極不穩(wěn)定，在空氣和水中都會慢慢分解成氧氣，其反應(yīng)式為

2O?-3O?+285kJ（2-2）

由于分解時放出大量熱量，故當其含量在25%以上時，很容易爆炸。但一般臭氧化空氣中臭氧的含量很難超過10%，在臭氧用于飲用水處理的較長歷史過程中，還沒有一例關(guān)于臭氧爆炸的事例。

含量為1%以下的臭氧，在常溫常壓的空氣中分解半衰期為16h左右。隨著溫度的升高，分解速度加快，溫度超過100℃時，分解非常劇烈，達到270℃高溫時，可立即轉(zhuǎn)化為氧氣。臭氧在水中的分解速度比空氣中快得多。在含有雜質(zhì)的水溶液中臭氧迅速回復(fù)到形成它的氧氣。如水中臭氧濃度為6.25×105mol/L（3mg/L）時，其半衰期為5~30min，但在純水中分解速度較慢，如在蒸餾水或自來水中的半衰期大約是20min（20℃），然而在二次蒸餾水中，經(jīng)過85min后臭氧分解只有10%，若水溫接近0℃時，臭氧會變得更加穩(wěn)定。

臭氧在水中的分解速度隨水溫和pH值的提高而加快，圖2-3為pH=7時，水溫和分解速度的關(guān)系，圖2-4為20℃時，pH和分解速度的關(guān)系。

為了提高臭氧利用率，水處理過程中要求臭氧分解得慢一些，而為了減輕臭氧對環(huán)境的污染，則要求處理后尾氣中的臭氧分解得快一些。

 

2、臭氧的氧化能力

臭氧的氧化性極強，其氧化還原電位僅次于F?，在其應(yīng)用中

主要應(yīng)用這一特性。可從表2-5中看出。

從表2-5可知，臭氧的標準電極電位除比氟低之外，比氧、氯、二氧化氯及高錳酸鉀等氧化劑都高。說明臭氧是常用氧化劑中氧化能力 很強的。同時，臭氧反應(yīng)后的生成物是氧氣，所以臭氧是高效的無二次污染的氧化劑。

 

3、臭氧的氧化反應(yīng)

3.1 與無機物的氧化反應(yīng)

（1）臭氧與亞鐵的反應(yīng)

3Fe²++2O?-3Fe³+ + 3O?

（2）臭氧與Mn2+的反應(yīng)

Mn²++O?+H?O→MnO?+2H++O?（易）

Mn²++O?+H?O→MnO4-+2H+（難）

（3）臭氧與硫化物的反應(yīng)

H?S+O?→SO?+H?O

3H?S+4O?--3H?SO4

3.2臭氧與有機物的反應(yīng)

臭氧在水溶液中與有機物的反應(yīng)極其復(fù)雜，下面僅以大家公認的幾種反應(yīng)式列出以供參考。

（1）臭氧與烯烴類化合物的反應(yīng)臭氧容易與具有雙鍵的烯烴化合物發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)歷程描述如下

式中G代表OH、OCH?、OCCH?等基。反應(yīng)的 很終產(chǎn)物可能是單體的、聚合的、或交錯的臭氧化物的混合體。臭氧化物分解成醛和酸。

（2）臭氧和芳香族化合物的反應(yīng)臭氧和芳香族化合物的反應(yīng)較慢，在系列苯<萘<菲<嵌二萘<蒽中，其反應(yīng)速度常數(shù)逐漸增大。其反應(yīng)如下

（3）對核蛋白（氨基酸）系的反應(yīng)

（4）對有機氨的氧化

臭氧在下列混合物的氧化順序為

鏈烴>胺>酚>多環(huán)芳香烴>醇>醛>鏈烷烴