凈化密閉空間一氧化碳的實驗探究

趙駿波++梁京梅++李書沐

摘 要：一氧化碳（CO）是毒性很強(qiáng)的污染物。以改善環(huán)境質(zhì)量，保護(hù)人員安全為目標(biāo)，筆者探索了凈化密閉空間中CO的實踐方法。從有效、經(jīng)濟(jì)方面考慮，重點(diǎn)實驗探究了基于不同pH值的氯化亞銅溶液（CuCl）對CO的吸收特性，發(fā)現(xiàn)強(qiáng)酸性CuCl溶液，能夠比較好地吸收凈化密閉空間中的CO，而且CuCl溶液作為一種綠色環(huán)保化學(xué)材料，還可以為分離和再生CO提供實驗思路和新的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：一氧化碳 氯化亞銅 吸收 綠色化學(xué)

中圖分類號：TD77 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）10（a）-0095-02

一氧化碳（CO）是對血液和神經(jīng)系統(tǒng)毒性很強(qiáng)的污染物，它可以通過呼吸系統(tǒng)進(jìn)入人體血液內(nèi)，與血液中的血紅蛋白結(jié)合，對人體生命帶來極大危害。然而，CO的產(chǎn)生，主要原因碳物質(zhì)燃燒不充分。中國是人口眾多的發(fā)展中大國，近年來工農(nóng)業(yè)快速發(fā)展，隨之也帶來了環(huán)境污染要問題，CO已成為工業(yè)中由于碳物質(zhì)燃燒不充分排放的主要污染源之一，其排放量也呈逐年增加的趨勢，對人民生活帶來很多隱患，做好污染物CO的凈化是現(xiàn)代工業(yè)可持續(xù)發(fā)展面臨的一個重要課題。而且，CO排放多發(fā)生在煤礦開采、爆破作業(yè)、瓦斯爆炸等密閉空間，在短時間由于釋放大量CO，給環(huán)境中人員生命帶來隱患。

另外，冬季寒冷，家庭的房間通風(fēng)普遍差，遭遇取暖設(shè)備質(zhì)量不合格，極可能造成全家人的CO中毒。據(jù)統(tǒng)計，我國每年僅在冬天收治的家中一氧化碳中毒病人竟為上千人。所以，如果能推廣采用簡單、經(jīng)濟(jì)的方法，迅速凈化密閉環(huán)境空氣中的CO，降低其含量，不僅可以減少工業(yè)排污量，改善大氣環(huán)境，而且對保護(hù)家庭人員生命財產(chǎn)安全，都有重要意義。本文將針對密閉空間CO凈化問題開展實驗探究工作。

1 CO凈化方法

為尋找簡單、高效的密閉空間CO凈化實驗方法，國內(nèi)外科研工作者在應(yīng)對環(huán)境污染過程中一直積極探索。目前，大型化工企業(yè)通常采用的凈化CO方法有：（1）低溫催化氧化法；（2）光催化法；（3）甲苯的吸收法；（4）亞銅溶液吸附法[1-2]。

對于前三種處理方法，如低溫催化氧化法，對CO進(jìn)行凈化，目前多采用Pt和Pd等貴金屬制作，這些貴金屬金屬粒徑小、分散度高、活性表面積大、表面能高，采用貴金屬催化劑Pt/SnO2或Pd/SnO2對降溫后的CO進(jìn)行凈化，有一定實驗效果，但是由于需要貴金屬制作，該方法成本較高，不易在普通生活中使用；第二種光催化法，工作原理簡單，但由于需要二氧化鈦（TiO2）電極，利用TiO2在紫外光照射下，能對CO產(chǎn)生光催化加速分解的原理，把CO轉(zhuǎn)化成二氧化碳和水，該實驗方法雖然原理簡單，但是實際工作過程需要非常干燥的環(huán)境，還要有一定強(qiáng)度的紫外光照射TiO2電極，在常溫、常濕環(huán)境中實施會有困難；第三種方法，用甲苯進(jìn)行吸收，看似簡單，但是甲苯材料非“綠色材料”，使用不當(dāng)容易造成二次污染；基于以上原因，最后把實驗探究的目標(biāo)鎖定在比較經(jīng)濟(jì)、實驗條件要求不高、綠色環(huán)保的亞銅材料上進(jìn)行化學(xué)吸附。

2 基于氯化亞銅化學(xué)吸附凈化CO

化學(xué)吸附法的工作原理是：金屬離子與CO絡(luò)合進(jìn)而凈化CO。所以利用亞銅材料對CO進(jìn)行凈化和吸附，主要是以Cu+的吸附特性工作原理，Cu+能與CO結(jié)合形成羰基絡(luò)合物，如果試驗中選用氯化亞銅溶液（CuCl）[3]，該材料在工業(yè)界屬于“綠色化學(xué)”環(huán)保材料，CuCl對CO的吸收是基于以下化學(xué)反應(yīng)：

CuCl+CO→Cu（CO）Cl

從原子結(jié)構(gòu)上看，CO結(jié)構(gòu)主要為：碳原子的兩個未成對P電子和氧原子的P電子形成的兩個共價鍵。CO攜帶孤對電子，Cu+有空軌道，可以接收這對孤對電子，二者比較容易結(jié)合，形成氯化碳酰銅。同時氯化碳酰銅溶液并不穩(wěn)固，加熱可以破壞配位鍵，從而又分解釋放CO。所以，利用CuCl溶液對CO不僅可以進(jìn)行吸收凈化，同時還提供一個CO凈化后再回收利用的思路。

實驗前，進(jìn)行了簡單計算，0.5mL的CO理論上可以被約0.0009g的CuCl完全吸收，按照以上原理，我們制定好CO吸收凈化的實驗方案設(shè)計，在老師的幫助下，我們來到中科院化學(xué)所，進(jìn)行了以下兩組對比實驗。

第一組：（1）0.5g的CuCl配制成的100mL的CuCl水溶液；（2）1g的CuCl配制成的100mL的水溶液；在通風(fēng)櫥內(nèi)，分別取15mL的CuCl溶液于燒瓶中，用翻口塞蓋好，室溫下分別向燒瓶中各通滿氮?dú)?，再分別通入30mL的CO（已提前制取好），根據(jù)容器瓶中通入CO后CuCl溶液的顏色變化深度和速度對凈化反應(yīng)進(jìn)程進(jìn)行判斷。結(jié)果表明：選用不同濃度的CuCl水溶液進(jìn)行CO吸收的試驗中，發(fā)現(xiàn)中性的CuCl溶液的淡綠色，在反應(yīng)后靜置一段時間，溶液稍微變暗，但基本仍未淺綠色，顏色變化速度均不明顯，說明反應(yīng)不充分，主要原因是中性CuCl溶液中Cu+很不穩(wěn)定，在中性水溶液中吸附效果差。

第二組實驗：選取鹽酸作為CuCl的穩(wěn)定劑，容量瓶中分別配置：（1）0.5g的CuCl配制成的100mL的鹽酸溶液，調(diào)節(jié)pH值至4；（2）0.5g的CuCl配制成100mL鹽酸溶液，調(diào)節(jié)pH值至2；同第一組實驗過程一樣，在通風(fēng)櫥內(nèi)，分別取15mL的CuCl溶液于燒瓶中，用翻口塞蓋好，再分別通入30mL的CO（已提前制取好），根據(jù)容器瓶中通入CO后CuCl溶液的顏色變化深度和速度對凈化反應(yīng)進(jìn)程進(jìn)行判斷。結(jié)果表明：發(fā)現(xiàn)通入CO后pH=2的CuCl溶液迅速變?yōu)樗{(lán)綠色，顏色變化非常明顯，pH=4的CuCl溶液通入CO后反應(yīng)速度和顏色變化介于pH=2和中性水溶液中間[4]。

結(jié)果表明：酸性CuCl溶液顯示出其對CO有更良好的吸收特性，酸性越強(qiáng)，吸收特性越好。

3 結(jié)語

CO等污染廢氣有很多危害，凈化CO有重要意義。通過本次在中科院化學(xué)所的研究性學(xué)習(xí)，實驗探究了酸性CuCl溶液，能夠比較好地吸收和凈化密閉空間CO，而且酸性越強(qiáng)凈化效果越好的特性。酸性CuCl溶液吸附實驗，操作簡單，非常符合綠色化學(xué)理念。未來工業(yè)對CO作為原材料其實需求很大，采用酸性CuCl溶液不僅可以對廢氣中的CO實現(xiàn)凈化，而且對吸附后的溶液，進(jìn)行有效處理，可以回收分離出CO，這不僅可降低生產(chǎn)成本，還可提高社會效益，變廢為寶，該種綠色化學(xué)實驗探究是下一步我們探究的方向。

參考文獻(xiàn)

[1] 陸軍民.工業(yè)CO廢氣回收利用現(xiàn)狀與展望[J].化工科技市場，2001（11）：22-25.

[2] 張祎，劉有智，袁志國.密閉空間一氧化碳凈化技術(shù)探討[J].天然氣與化工，2014，39（2）：85-90.

[3] 李麗.分子篩負(fù)載CuCl制備CO吸附劑的研究[J].山西化工，2013，33（6）：16-18.

[4] 顏智殊，侯素蘭.氯化亞銅實驗室制備的綠色化研究[J].湖南人文科技學(xué)院學(xué)報，2006（6）：34-36.endprint