臭氧

1785年，德國(guó)人在使用電機(jī)時(shí)，發(fā)現(xiàn)電機(jī)在發(fā)電時(shí)會(huì)產(chǎn)生一種異味。1840年，德國(guó)科學(xué)家舍拜恩在電解稀硫酸時(shí)，發(fā)現(xiàn)有一種特殊臭味的氣體釋出。這種氣體的氣味與雷電后空氣中的腥臭味相同，他判定這種氣味是由一種新物質(zhì)產(chǎn)生的，并將此物質(zhì)命名為臭氧。自此，臭氧的神秘面紗終于被揭開(kāi)了。

臭氧（O3）的名稱來(lái)源于希臘文，意為氣味難聞。臭氧是氧氣的“親兄弟”，它的分子由3個(gè)氧原子組成。在紫外線的照射下，一個(gè)氧氣分子可分解為兩個(gè)氧原子，其中一個(gè)氧原子和其余的氧分子再一次結(jié)合，就形成了臭氧分子。

臭氧濃度在0.02ppm至0.04ppm范圍內(nèi)時(shí)可被多數(shù)人感知。當(dāng)濃度約在0.02ppm時(shí)，臭氧會(huì)使空氣聞起來(lái)清新，令人神清氣爽。在濃度較高時(shí)，臭氧具有特殊的臭味，是近地面一種令人討厭的污染物。和以PM2.5（細(xì)顆粒物）為首的污染相比，臭氧污染潛伏得更深。即使在晴朗的藍(lán)天下，也可能存在臭氧濃度超標(biāo)的問(wèn)題。

人類與臭氧相識(shí)之初就對(duì)它沒(méi)什么好印象。后來(lái)，人們逐漸認(rèn)識(shí)到，臭氧原來(lái)像它的同胞兄弟氧氣（O2）一樣，也是人類不可或缺的好朋友，更是陸地生物的保護(hù)神。毫不夸張地說(shuō)，是臭氧使生物從海洋發(fā)展到陸地成為可能，沒(méi)有臭氧，就沒(méi)有人類的繁衍，更不會(huì)有今天美麗的地球家園。

陸地生物的保護(hù)傘

在46億年前地球形成的初期，大氣層主要由氮、氫、甲烷、氨、硫化氫等還原性氣體和少量水蒸氣構(gòu)成。沒(méi)有含氧的大氣層，更沒(méi)有臭氧，含有高能紫外線的陽(yáng)光直達(dá)地球表面。所有生物都經(jīng)受不住紫外線的殺傷，只能依靠水層的保護(hù)，深藏于海湖水面之下，很難走向陸地。

幸運(yùn)的是，在地球誕生40億年以后，由于大氣中氧含量逐漸增加以及復(fù)雜的光化學(xué)反應(yīng)不斷發(fā)生，大氣中臭氧濃度達(dá)到了現(xiàn)今的10%左右，形成了相對(duì)穩(wěn)定的臭氧層。臭氧層能夠吸收陽(yáng)光中波長(zhǎng)295納米以下、對(duì)人類和生物危害最大的短波紫外光（UVC），并能吸收大部分對(duì)生物有一定危害的波長(zhǎng)280～320納米的中波紫外光（UVB），波長(zhǎng)大于320納米的長(zhǎng)波紫外光（UVA）則可到達(dá)地球表面。生物從此開(kāi)始大規(guī)模地向陸地發(fā)展。億萬(wàn)年來(lái)，臭氧濃度不斷增加，依靠臭氧對(duì)紫外線吸收的不斷增強(qiáng)，高等生物乃至人類才得以出現(xiàn)和發(fā)展。所以，說(shuō)臭氧層是地球的保護(hù)傘一點(diǎn)也不過(guò)分。正是這把保護(hù)傘的存在，才有了今天的人類及今天世界上的萬(wàn)物，才有了地球陸地上的萬(wàn)紫千紅。

實(shí)際上，臭氧層除了具有上述保護(hù)作用外，還具有加熱作用，這對(duì)于地球也是十分重要的。臭氧層吸收紫外光，加熱大氣，大氣溫度因此在離地面50千米左右處有一峰值，地球上空15～50千米有一個(gè)升溫層。這使得地球有別于其他星球，具有大氣平流層。這種溫度結(jié)構(gòu)對(duì)于地球大氣循環(huán)有著重要的影響。而在對(duì)流層上部與平流層底部的低溫區(qū)，臭氧也有著非常重要的作用。如果這一高度的臭氧含量減少，將會(huì)產(chǎn)生地面氣溫下降的動(dòng)力。因此，平流層臭氧的含量與分布會(huì)對(duì)地球大氣循環(huán)、氣候變化和生態(tài)平衡產(chǎn)生非常重要的影響。

殺菌消毒的巧幫手

臭氧是天然物質(zhì)中最強(qiáng)的氧化劑之一，氧化能力僅次于氟。與它的兄弟氧氣相比，臭氧具有更強(qiáng)的滅菌、氧化、脫色和除味功能，這使得臭氧在人類的生產(chǎn)與生活中有了日益廣泛的應(yīng)用。

臭氧在分解污染物的同時(shí)，還具有脫色、除臭、殺菌的功能。目前，臭氧氧化法已在造紙廢水、印染廢水、煉油廢水和焦化廢水的處理中得到應(yīng)用。

臭氧的消毒殺菌功能具有廣譜性（幾乎可殺滅所有病菌、病毒、霉菌及原蟲(chóng)、卵囊等）、高效性（擴(kuò)散均勻、不留死角、速度快）、高潔凈性（分解后只生成氧氣，無(wú)有害殘留）、方便（可實(shí)時(shí)方便地制備）、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等諸多優(yōu)點(diǎn)。臭氧的消毒殺菌功能較氯制劑強(qiáng)數(shù)百倍，也更安全;而與紫外線消毒相比，耗時(shí)僅為其1/6。

1856年，在法國(guó)巴黎，人類首次應(yīng)用臭氧進(jìn)行醫(yī)院房間消毒。1905年，已有人將臭氧用于水的凈化處理。1909年，法國(guó)又率先將臭氧用于肉類冷凍廠的殺菌保鮮。1995—1997年，日、法、澳、美等發(fā)達(dá)國(guó)家通過(guò)立法，正式確認(rèn)臭氧可以用于食品行業(yè)。

目前，臭氧的應(yīng)用已進(jìn)入普通家庭。家用臭氧解毒機(jī)可方便地用于日常生活的諸多方面，如飲用水及房間空氣的凈化，食品、餐具及衣物的消毒滅菌，洗?。ň哂斜＝?、排毒、美容、消炎治病等功效），養(yǎng)魚（可改善水質(zhì)），澆花（除蟲(chóng)殺菌）和廁所除臭等。將瓜、果、菜、蛋、肉、魚等置于水中，通入臭氧數(shù)十分鐘，就可以祛除殘存的毒物與細(xì)菌。在水果貯藏期間，使用一定體積濃度的臭氧處理，可使霉菌的生長(zhǎng)受到抑制，貯藏期大大延長(zhǎng)。

近年來(lái)，我國(guó)開(kāi)始在溫室大棚內(nèi)試驗(yàn)用臭氧祛除病蟲(chóng)害。初步結(jié)果表明，除害效果好，無(wú)毒物殘留，方便、高效、成本低。不僅可同時(shí)消滅多種病蟲(chóng)害，還可改善瓜果品質(zhì)，提高產(chǎn)量。植物種子經(jīng)含有臭氧的水溶液浸泡15～20分鐘，可殺死種子表面的病毒、細(xì)菌、蟲(chóng)卵等有害物質(zhì)，有利植物的健康成長(zhǎng)。

臭氧還是污水治理的生力軍。憑借其超強(qiáng)的氧化能力，臭氧可將農(nóng)藥、染料等多種有機(jī)物氧化降解為無(wú)毒的二氧化碳與水，徹底消除廢水中的有害物質(zhì)，且不產(chǎn)生新的二次污染物。臭氧在分解污染物的同時(shí)，還具有脫色、除臭、殺菌的功能。目前，臭氧氧化法已在造紙廢水、印染廢水、煉油廢水和焦化廢水的處理中得到應(yīng)用。

呵護(hù)健康的好大夫

臭氧除可用于環(huán)境的消毒殺菌外，還可直接治療多種疾病，是呵護(hù)人類健康的好大夫。

臭氧的臨床應(yīng)用始于歐洲，如今已有上百年的歷史。1902年，法國(guó)人胡日昂在巴黎醫(yī)學(xué)院通過(guò)了吸入臭氧治療百日咳的論文答辯，成為第一個(gè)研究應(yīng)用臭氧治病獲得博士學(xué)位的人。1936年，法國(guó)醫(yī)生奧博格最早提出向直腸內(nèi)吹入臭氧治療慢性結(jié)腸炎。目前，臭氧的臨床應(yīng)用已非常普遍，其療效也得到充分肯定。

在我國(guó)，臭氧在醫(yī)療中的應(yīng)用始于本世紀(jì)，起步較晚。2008年，我國(guó)成立了臭氧治療專業(yè)委員會(huì)。自2009年起，每年都舉行一次全國(guó)臭氧臨床應(yīng)用研討會(huì)，這表明臭氧治療在我國(guó)也已成為醫(yī)療研究與應(yīng)用的新熱點(diǎn)，并發(fā)展成一種新型治療技術(shù)?，F(xiàn)在，全國(guó)已有一大批單位正式掛牌從事臭氧規(guī)范化治療，并取得了良好療效。

臭氧主要應(yīng)用于創(chuàng)傷及難治性潰瘍的治療、癌癥的輔助治療、腰椎間盤及骨關(guān)節(jié)疾病的治療、抗自由基防衰老及中風(fēng)等疾病的治療，也可廣泛用于各種疼痛疾病如風(fēng)濕、滑膜炎、肩周炎、頸椎病、腰肌勞損等的治療。值得注意的是，臭氧給腰椎間盤突出癥的根治帶來(lái)了希望。20世紀(jì)90年代，意大利首先開(kāi)展了臭氧椎間盤及椎旁間隙注射術(shù)，治愈率可達(dá)70%～80%。目前，該療法已在歐洲各國(guó)得到普遍應(yīng)用。

此外，應(yīng)用臭氧無(wú)創(chuàng)治療技術(shù)還能夠有效治療多種婦科炎癥，具有無(wú)創(chuàng)傷、療效好、不傷肌體等諸多優(yōu)點(diǎn)。在急性肝炎治療中，臭氧有很好的退黃疸、降低轉(zhuǎn)氨酶作用。臭氧還有望成為SARS病毒的克星。我國(guó)科學(xué)家的初步試驗(yàn)表明，使用臭氧對(duì)綠猴腎細(xì)胞接種的SARS病毒綜合滅活率達(dá)99%以上。

前途無(wú)量的新產(chǎn)業(yè)

大氣中的臭氧主要是太陽(yáng)紫外光、閃電對(duì)氧氣作用而成，工業(yè)或民用臭氧則必須人工合成，但目前臭氧技術(shù)產(chǎn)業(yè)仍處于初級(jí)階段。山西森特集團(tuán)總裁楊曉峰曾呼吁抓住環(huán)保健康產(chǎn)業(yè)大發(fā)展時(shí)機(jī)，推動(dòng)臭氧產(chǎn)業(yè)發(fā)展，重點(diǎn)發(fā)展臭氧環(huán)保裝備業(yè)、醫(yī)療產(chǎn)業(yè)、大農(nóng)業(yè)等。

目前，臭氧制備方法主要有光化學(xué)法、電解法、電暈放電法、放射化學(xué)法等。

光化學(xué)法主要利用光波中的紫外光使氧氣分解并聚合成臭氧。其優(yōu)點(diǎn)是對(duì)濕度、溫度不敏感，具有很好的重復(fù)性;同時(shí)，可以通過(guò)燈的功率線性控制臭氧濃度、產(chǎn)量，從而適于人體治療，或?yàn)閮x器制備臭氧標(biāo)準(zhǔn)源。然而，從能耗和產(chǎn)物濃度來(lái)看，以之大量生產(chǎn)臭氧并不現(xiàn)實(shí)。

電解法是利用直流電源電解含氧電解質(zhì)產(chǎn)生臭氧的方法，其歷史同發(fā)現(xiàn)臭氧一樣悠久。電解法臭氧發(fā)生器具有臭氧濃度高、成分純凈、在水中溶解度高的優(yōu)勢(shì)，在醫(yī)療、食品加工與養(yǎng)殖業(yè)及家庭方面具有廣泛應(yīng)用前景。

電暈法是使干燥的含氧氣體流過(guò)電暈放電區(qū)產(chǎn)生臭氧的方法，是目前世界上應(yīng)用最多的臭氧制取技術(shù)。應(yīng)用該技術(shù)的臭氧制備裝置，能夠使臭氧產(chǎn)量單臺(tái)達(dá)500千克/小時(shí)以上。

放射化學(xué)法是利用各種放射源核輻射沖擊離解氧分子而生成臭氧。該法能耗較低，只有無(wú)聲放電法的1/3，但投資大且不安全，因此只在某些特殊情況下應(yīng)用。

臭氧技術(shù)應(yīng)用遍及水處理、醫(yī)療、空氣凈化、家庭生活、農(nóng)業(yè)、食品等各個(gè)領(lǐng)域，臭氧產(chǎn)業(yè)也是國(guó)際公認(rèn)的環(huán)保型產(chǎn)業(yè)。目前，世界上比較有名的臭氧生產(chǎn)企業(yè)包括美國(guó)PCI公司、加拿大YANCO公司、美國(guó)CYCIopss織物系統(tǒng)公司、美國(guó)藍(lán)寶石技術(shù)公司、瑞士奧宗尼亞（Ozonia）公司、美國(guó)Ozone Solutions公司等。其中，美國(guó)PCI公司是目前世界最大臭氧生產(chǎn)企業(yè)。

我國(guó)臭氧技術(shù)的研究及應(yīng)用起步晚，生產(chǎn)單位分散，規(guī)模小，大型臭氧產(chǎn)品技術(shù)比較落后，但由于小型臭氧技術(shù)產(chǎn)品對(duì)發(fā)生器性能要求較低、價(jià)格便宜、應(yīng)用面廣，因此從上世紀(jì)80年代中期開(kāi)始在我國(guó)迅速發(fā)展。雖然在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上仍與國(guó)外存在較大差距，臭氧發(fā)生器配套產(chǎn)品也不夠完善，但據(jù)有關(guān)部門估計(jì)，國(guó)內(nèi)臭氧行業(yè)市場(chǎng)容量極其龐大，可謂前途無(wú)量。

◎ 來(lái)源| 綜合中國(guó)化工報(bào)、科普中國(guó)