一、工業制氧
1、空氣冷凍分離法
空氣中的主要成分是氧氣和氮氣。利用氧氣和氮氣的沸點不同,從空氣中制備氧氣稱空氣分離法。首先把空氣預冷、凈化(去除空氣中的少量水分、二氧化碳、乙炔、碳氫化合物等氣體和灰塵等雜質)、然后進行壓縮、冷卻,使之成為液態空氣。然后,利用氧和氮的沸點的不同,在精餾塔中把液態空氣多次蒸發和冷凝,將氧氣和氮氣分離開來,得到純氧(可以達到99.6%的純度)和純氮(可以達到99.9%的純度)。如果增加一些附加裝置,還可以提取出氬、氖、氦、氪、氙等在空氣中含量極少的稀有惰性氣體。由空氣分離裝置產出的氧氣,經過壓縮機的壓縮,最后將壓縮氧氣裝入高壓鋼瓶貯存,或通過管道直接輸送到工廠、車間使用。使用這種方法生產氧氣,雖然需要大型的成套設備和嚴格的安全操作技術,但是產量高,每小時可以產出數干、萬立方米的氧氣,而且所耗用的原料僅僅是不用買、不用運、不用倉庫儲存的空氣,所以從1903年研制出第一臺深冷空分制氧機以來,這種制氧方法一直得到最廣泛的應用。
2、分子篩制氧法(吸附法)
利用氮分子大于氧分子的特性,使用特制的分子篩把空氣中的氧離分出來。首先,用壓縮機迫使干燥的空氣通過分子篩進入抽成真空的吸附器中,空氣中的氮分子即被分子篩所吸附,氧氣進入吸附器內,當吸附器內氧氣達到一定量(壓力達到一定程度)時,即可打開出氧閥門放出氧氣。經過一段時間,分子篩吸附的氮逐漸增多,吸附能力減弱,產出的氧氣純度下降,需要用真空泵抽出吸附在分子篩上面的氮,然后重復上述過程。這種制取氧的方法亦稱吸附法。最近,利用吸附法制氧的小型制氧機已經開發出來,便于家庭使用。
3、電解制氧法
把水放入電解槽中,加入氫氧化鈉或氫氧化鉀以提高水的電解度,然后通入直流電,水就分解為氧氣和氫氣。每制取一立方米氧,同時獲得兩立方米氫。用電解法制取一立方米氧要耗電12-15千瓦小時,與上述兩種方法的耗電量(0.55-0.60千瓦小時)相比,是很不經濟的。所以,電解法不適用于大量制氧。另外同時產生的氫氣如果沒有妥善的方法收集,在空氣中聚集起來,如與氧氣混合,容易發生極其劇烈的爆炸。所以,電解法也不適用家庭制氧的方法。
二、化學制氧
工業和醫用氧氣均購自制氧廠。工廠制氧的原料是空氣,故價格非常便宜。但是,氧氣的貯存(高壓氧氣用鋼瓶、液氧要用特殊貯罐)、運輸、使用不太方便。因此遠離氧氣廠的偏遠山區運輸困難,另外有些特殊環境如病人家中、高空飛行、水下航行的潛艇、潛水作業、礦井搶救等攜帶巨大笨重的鋼瓶極為不便,小型鋼瓶貯氧量小,使用時間短,因此就出現化學制氧法,在化合物中以無機過氧化物含氧量最多且易釋放,目前化學制氧多采用過氧化物來制氧。
對無機過氧化合物的科學研究開始于18世紀。1798年德國自然科學家洪堡(Alexandervon Humboldt)采用在高溫中把氧化鋇氧化的方法,制取了過氧化鋇。1810年法國化學家蓋一呂薩克(Joseph-Louis Gay-Lussac)和泰納爾(Louis-Jacques Thenard)合作制取了過氧化鈉和過氧化鉀。1818年泰納爾又用酸處理過氧化鋇,再經蒸餾發現了過氧化氫。200年來,化學家們不斷地研究,發現大量無機過氧化合物。這些過氧化物,在遇熱或遇水或遇其他化學試劑的時候,很容易析出氧氣。常用的過氧化物有以下幾種:
1、液體過氧化物(液體產氧劑)-雙氧水
雙氧水的化學名稱是過氧化氫(H2O2),為無色透明液體,有微弱的特殊臭氧味,是很不穩定的物質,在遇熱、遇堿、混入雜質等許多情況下都會加速分解。溫度每升高5℃,它的分解速度就要增加1.5倍。即便是稀釋后濃度為35%的雙氧水,在pH值增加(例如貯存在含堿玻璃瓶里)超過6個小時就要發生急劇分解。雙氧水中混入少量雜質(如鐵、銅、黃銅、青銅、鉛、銀、鉻、錳等金屬粉末或它們的鹽類),即便在室溫下,同樣要引起急劇的分解,產生氧氣。
雙氧水是過氧化物中最基本的物質,也是各國科學家最早認識的化學產氧劑。雙氧水具有產氧量較大(30%的稀釋液中,有效氧含量為14.1%)和成本較低的好處。但是,雙氧水是強腐蝕劑,稍稍不慎便會造成人身傷害,而且在許多情況下還可引起爆炸或燃燒,無論在使用或貯存、運輸中都屬于危險品。比如:在常壓下,雙氧水的蒸汽濃度達到40%以上時,溫度過高即有爆炸危險。雙氧水與有機物混合,能生成敏感和強烈的高效炸藥。雙氧水與醇類、甘油等有機物混合,就形成極危險的爆炸性混合物。雙氧水是強烈氧化劑,對有機物、特別對紡織物和紙張有腐蝕性,與大多數可燃物接觸都能自行燃燒。
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