(一)工業(yè)制法:
1、空氣冷凍分離法
空氣中的主要成分是氧氣和氮?dú)?。利?strong>氧氣和氮?dú)獾姆悬c(diǎn)不同氧氣,從空氣中制備氧氣稱(chēng)空氣分離法。首先把空氣預(yù)冷、凈化(去除空氣中的少量水分、二氧化碳、乙炔、碳?xì)浠衔锏葰怏w和灰塵等雜質(zhì))、然后進(jìn)行壓縮、冷卻,使之成為液態(tài)空氣。然后,利用氧和氮的沸點(diǎn)的不同,在精餾塔中把液態(tài)空氣多次蒸發(fā)和冷凝,將氧氣和氮?dú)夥蛛x開(kāi)來(lái),得到純氧(可以達(dá)到99.6%的純度)和純氮(可以達(dá)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(chǎn)出的氧氣,經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)的壓縮,最后將壓縮氧氣裝入高壓鋼瓶貯存,或通過(guò)管道直接輸送到工廠、車(chē)間使用。使用這種方法生產(chǎn)氧氣,雖然需要大型的成套設(shè)備和嚴(yán)格的安全操作技術(shù),但是產(chǎn)量高,每小時(shí)可以產(chǎn)出數(shù)干、萬(wàn)立方米的氧氣,而且所耗用的原料僅僅是不用買(mǎi)、不用運(yùn)、不用倉(cāng)庫(kù)儲(chǔ)存的空氣,所以從1903年研制出第一臺(tái)深冷空分制氧機(jī)以來(lái),這種制氧方法一直得到最廣泛的應(yīng)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(lái)。首先,用壓縮機(jī)迫使干燥的空氣通過(guò)分子篩進(jìn)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(jìn)入吸附器內(nèi),當(dāng)吸附器內(nèi)氧氣達(dá)到一定量(壓力達(dá)到一定程度)時(shí),即可打開(kāi)出氧閥門(mén)放出氧氣。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間,分子篩吸附的氮逐漸增多氧氣,吸附能力減弱氧氣,產(chǎn)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(fù)上述過(guò)程。這種制取氧的方法亦稱(chēng)吸附法。最近,利用吸附法制氧的小型制氧機(jī)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出來(lái),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。每制取一立方米氧柴油檢測(cè)儀,同時(shí)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(shí)可燃?xì)怏w報(bào)警器,與上述兩種方法的耗電量相比,是很不經(jīng)濟(jì)的。所以,電解法不適用于大量制氧。另外同時(shí)產(chǎn)生的氫氣如果沒(méi)有妥善的方法收集,在空氣中聚集起來(lái),如與氧氣混合,容易發(fā)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(xué)制氧
工業(yè)和醫(yī)用氧氣均購(gòu)自制氧廠。工廠制氧的原料是空氣,故價(jià)格非常便宜。但是,氧氣的貯存)、運(yùn)輸、使用不太方便。因此遠(yuǎn)離氧氣廠的偏遠(yuǎn)山區(qū)運(yùn)輸困難,另外有些特殊環(huán)境如病人家中、高空飛行、水下航行的潛艇、潛水作業(yè)、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(shí)間短,因此就出現(xiàn)化學(xué)制氧法,在化合物中以無(wú)機(jī)過(guò)氧化物含氧量最多且易釋放,目前化學(xué)制氧多采用過(guò)氧化物來(lái)制氧。
對(duì)無(wú)機(jī)過(guò)氧化合物的科學(xué)研究開(kāi)始于18世紀(jì)。1798年德國(guó)自然科學(xué)家洪堡采用在高溫中把氧化鋇氧化的方法,制取了過(guò)氧化鋇。1810年法國(guó)化學(xué)家蓋一呂薩克和泰納爾合作制取了過(guò)氧化鈉和過(guò)氧化鉀。1818年泰納爾又用酸處理過(guò)氧化鋇,再經(jīng)蒸餾發(fā)現(xiàn)了過(guò)氧化氫。200年來(lái),化學(xué)家們不斷地研究,發(fā)現(xiàn)大量無(wú)機(jī)過(guò)氧化合物。這些過(guò)氧化物,在遇熱或遇水或遇其他化學(xué)試劑的時(shí)候,很容易析出氧氣。常用的過(guò)氧化物有以下幾種:
1、液體過(guò)氧化物—雙氧水
雙氧水的化學(xué)名稱(chēng)是過(guò)氧化氫,為無(wú)色透明液體,有微弱的特殊臭氧味,是很不穩(wěn)定的物質(zhì),在遇熱、遇堿、混入雜質(zhì)等許多情況下都會(huì)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(guò)6個(gè)小時(shí)就要發(fā)生急劇分解。雙氧水中混入少量雜質(zhì),即便在室溫下,同樣要引起急劇的分解,產(chǎn)生氧氣。
雙氧水是過(guò)氧化物中最基本的物質(zhì),也是各國(guó)科學(xué)家最早認(rèn)識(shí)的化學(xué)產(chǎn)氧劑。雙氧水具有產(chǎn)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(qiáng)腐蝕劑,稍稍不慎便會(huì)造成人身傷害,而且在許多情況下還可引起爆炸或燃燒,無(wú)論在使用或貯存、運(yùn)輸中都屬于危險(xiǎn)品。比如:在常壓下,雙氧水的蒸汽濃度達(dá)到40%以上時(shí),溫度過(guò)高即有爆炸危險(xiǎn)。雙氧水與有機(jī)物混合,能生成敏感和強(qiáng)烈的高效炸藥。雙氧水與醇類(lèi)、甘油等有機(jī)物混合,就形成極危險(xiǎn)的爆炸性混合物。雙氧水是強(qiáng)烈氧化劑,對(duì)有機(jī)物、特別對(duì)紡織物和紙張有腐蝕性,與大多數(shù)可燃物接觸都能自行燃燒。
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