11月15日，成都市气象学会联合中共成都市气象局机关委员会组织了2022年第四届“初心杯"气象科普讲解大赛！大赛以“深入落实20大精神，筑牢防灾减灾第一道防线"为主题，为大家传递气象知识。内容包括了：臭氧的自白、山间轰鸣的“巨兽"、传说中的不详等等……，今天小编也借着东风，给大家普及一下臭氧的知识：

什么是臭氧？

臭氧，是氧气的一种同素异形体，化学式是O3，式量47.998，淡蓝色气体，液态为深蓝色，固态为紫黑色。气味类似鱼腥味但当浓度过高时，气味类似于氯气。比重比氧大，易溶于水，易分解。

由于臭氧是由氧分子携带一个氧原子构成，决定了它只是一种暂存状态，携带的氧原子除氧化用掉外，剩余的又组合为氧气进入稳定状态，所以臭氧没有二次污染。臭氧主要是由氮氧化物(NOx)和挥发性有机物(VOCs)经过一系列复杂的非线性光化学反应生成的。臭氧可使大多数有机色素褪色。可缓慢侵蚀橡胶、软木，使有机不饱和化合物被氧化。

常用于：饮料的消毒和杀菌、空气净化、漂白、水处理及饮水消毒、粮仓杀灭霉菌及虫卵；与有机不饱和物反应，可生成臭氧化物，这些臭氧化物在水的存在下可分解，原来的不饱和键开链，生成醛、酮和羧酸等。由于产生臭氧分解，故可用作合成手段及确定有机物结构。

臭氧具有氧化性和杀菌性能，在水中氧化还原电位仅次于氟而居第二位。同时，臭氧反应后的产物是氧气，所以臭氧是高效的无二次污染的氧化剂。作为强氧化剂，其特点如下 ：

①可用作选择氧化、主产品得率高；

②氧化温度低，在常压下氧化能力也较强，且对敏感物质的氧化有利；

③反应速度快，可定量氧化；

④使用与制造方便。

臭氧的应用基础是其氧化能力与杀菌能力。臭氧的应用按其作用分类，可分为：杀菌、脱色、脱臭、脱味及氧化分解。按其应用领域分，主要应用在以下领域：水处理；食品加工、存储、保鲜；家用电器；医疗卫生；化学氧化。

在化工生产中，臭氧可用做催化氧化或高温氧化的催化剂，简化生产工艺并提高生产率。液态臭氧还可用作火箭燃料的氧化剂。存在于大气中，靠近地球表面浓度为0.001～0.03ppm，是由大气中氧气吸收了太阳的波长小于185nm紫外线后生成的，此臭氧层可吸收太阳光中对人体有害的短波（30nm以下）光线，防止这种短波光线射到地面，使生物免受紫外线的伤害。

臭氧发展史

早在1785年，德国物理学家冯·马鲁姆用大功率电机进行实验时发现，当空气流过一串火花时，会产生一种特殊气味，但并未深究。此后，舒贝因于1840年也发现在电解和电火花放电实验过程中有一种气味，并断定它是由一种新气体产生的，从而宣告了臭氧的发现。

第一次世界大战期间，一些德国士兵最早将臭氧应用于治疗厌氧菌感染所致的皮肤坏疽；1936 年，法国医生P.Aubourg最早提倡将臭氧注入直肠治疗结肠炎。臭氧在国外，尤其是在欧洲临床上应用已有50 余年的历史，九十年代后，臭氧应用进入我国，主要将臭氧应用于治疗腰间盘突出、清除自由基抗衰老等方面，之后臭氧在临床的应用迅速发展起来，正式成为一种应用广泛，作用强大的新药物、新方法。

我国从20世纪80年代初期，已开始对采用臭氧对饮用水消毒和工业废水深度处理予以注意，但发展较慢。在我国目前的城市供水中，绝大多数水厂均采用混凝、沉淀、过滤、消毒的处理工艺，其中消毒工艺主要采用氯气和漂白粉，使用臭氧的比例很低。同时，将臭氧应用于冷却水处理方面的实践，也还刚刚开始。但由于臭氧法处理的经济性、可靠性及无毒、无二次污染等一系列优点，可以预言，臭氧在我国也将得到普及。

产生臭氧的方法主要有紫外照射法、电解法、放射化学法和介质阻挡放电法。

紫外照射法

紫外照射法是利用紫外线照射干燥的氧气，使一部分氧分子被激活离解成氧原子，进而形成臭氧。紫外照射法产生臭氧的特点是臭氧浓度低，优点是不易产生氧化物，不需要复杂转换设备。但是紫外照射法不适合于大量生产臭氧，只适合于少量、低浓度要求的各种试验，如空气消毒、灭菌、除臭等。

电 解 法

电解法制备臭氧主要通过采用低压直流电对水进行电解，使水在阳极-溶液界面上发生氧化反应产生臭氧。该臭氧制备装置由电解质溶液和阴阳两极构成。臭氧在阳极析出，阴极可分为两种，分别为析氢阴极和氧还原阴极。电解法产生臭氧具有浓度较高、成份纯净、水中溶解度高 、对进料空气无须进行预处理且不会产生氮氧化物；此外，该臭氧生产设备小且轻便，结构简单，无噪声、便携，因此其应用前景非常广阔。 其主要缺点是能耗较大，经过进一步改进，设法降低成本和电耗后，有可能与目前广泛使用的介质阻挡放电法相竞争。

放射化学法

放射化学法是利用各种放射源核辐射离解氧分子生成臭氧。该法已有两种工艺用于工业型臭氧生产，一是氧同裂变产物接触，由辐射氧同裂变产物及二次辐射的热碰撞产生臭氧。二是仅在辐射下生成臭氧，该方法因采用放射源，其成本高、安全性差，只适用于某些特殊情况，不适合于工业大量生产。

介质阻挡放电法

介质阻挡放电法也称无声放电法（简称DBD法）。通过交变高压电场在气体中产生电晕，电晕中的自由高能电子离解氧气分子，经碰撞聚合为臭氧分子。介质阻挡放电法具有能耗相对较低、单机臭氧产量大，气源可用干燥空气、氧气或含氧浓度较高的富氧气体等优点，因此工业上合成臭氧大多采用此法。

臭氧检测分析

臭氧分析主要有光谱分析和电化学分析。常用检测方法主要为碘量法、靛蓝二磺酸钠分光光度法、紫外吸收法和化学发光法。实验室常用的是碘量法。将臭氧通入碘化钾溶液中，可使碘游离出来，这一反应可用作臭氧的定量分析。 碘量法利用臭氧与KI生成 I2，以淀粉为指示剂，用硫代硫酸钠滴定，也可用淀粉试剂显色后，根据颜色深浅，在550nm处比色测定。专用检测仪器推荐：

光谱分析法-Model 106M

电化学分析法-MP100

电化学分析法-MP400S

臭氧的危害

对人体的危害

国际环境空气质量标准（National Ambient Air Quality Standards，NAAQS）提出，人在一个小时内可接受臭氧的极限浓度是260μg/m3。在320μg/m3臭氧环境中活动1h就会引起咳嗽、呼吸困难及肺功能下降。臭氧还能参与生物体中的不饱和脂肪酸、氨基及其他蛋白质反应，使长时间直接接触高浓度臭氧的人出现疲乏、咳嗽、胸闷胸痛、皮肤起皱、头痛、脉搏加速、记忆力衰退、视力下降等症状。

其他危害

臭氧也会使植物叶子变黄甚至枯萎，对植物造成损害，甚至造成农林植物的减产、经济效益下降等。臭氧能够较快地与室内的建筑材料（如乳胶涂料等表面涂层）、居家用品（如软木器具、地毯等）、丝、棉花、醋酸纤维素、 尼龙和聚酯的制成品中含不饱和碳碳键的有机化合物（包括橡胶、 苯乙烯、不饱和脂肪酸及其酯类）发生反应，从而造成染料褪色、照片图像层脱色、轮胎老化等。

臭氧污染防治

臭氧污染来源

臭氧的来源分为自然源和人为源 。自然源的臭氧主要指平流层的下传。1962年，Junge研究认为，在波长小于240nm 紫外线的辐射条件下，平流层中的臭氧会分解，产生的氧原子与氧分子结合产生臭氧，平流层臭氧向下传输到对流层，成为对流层中臭氧的源。

人为源的臭氧主要是由人为排放的NOx、VOCs等污染物的光化学反应生成。在晴天、紫外线辐射强的条件下，NO2等发生光解生成一氧化氮和氧原子，氧原子与氧反应生成臭氧。臭氧是强氧化剂，在洁净大气中，臭氧与一氧化氮反应生成为NO2，而臭氧分解为氧气，上述反应的存在使臭氧在大气中达到一种平衡状态，不会造成臭氧累积。当空气中存在大量VOCs等污染物时，VOCs等产生的自由基与一氧化氮反应生成二氧化氮，此反应与臭氧和一氧化氮的反应形成竞争，不断取代消耗二氧化氮光解产生的NO、HO2、H、OH引起了NO向NO2转化，使上述动态平衡遭到破坏，导致臭氧逐渐累积，达到污染难度级别。NOx、VOCs、CO等臭氧前体物都是一次污染物，主要来源于交通工具的尾气排放、石油化工和火力发电等工业污染源排放及饮食、印刷、房地产等行业的污染源排放等。秸秆等生物质的大量燃烧，也会产生大量的VOCs和NOx等臭氧前体物。

臭氧污染检测

我国2012年2月发布的《环境空气质量标准》（GB3095-2012）规定，臭氧的日最大8小时平均值二级浓度限值为160μg/m3。作为空气中六大污染物之一，臭氧污染监测是臭氧污染预报和防治的重要内容之一。

1929年Dobson分光光度计的研制成功，奠定了大气臭氧地面观测的基础。我国在20世纪50年代开始对臭氧总含量进行观测，先后建立了香河市臭氧观测站和昆明臭氧观测站，所用仪器均为Dobson臭氧分光光度计。测定臭氧的方法有试纸比色法、微分光谱法、库仑法、极谱法、气相色谱法、化学发光及荧光法等十几种。

我国目前测定臭氧的标准方法主要有《环境空气臭氧的测定 靛蓝二磺酸钠分光光度法》（HJ 504-2009）和《环境空气臭氧的测定紫外光度法》（HJ 590-2010）两种手工分析方法，自动监测方法主要有紫外荧光法和差分吸收光谱分析法。

控制对策

我国对于臭氧污染的控制防治尚处于起步阶段。臭氧污染与雾霾不同，其产生机制复杂，治理难度很大。在公众层面，不仅要注意个人健康防护，而且应积极参与到臭氧防治工作。臭氧污染时，戴口罩基本阻挡不了臭氧的吸入。因此，在臭氧污染严重时，儿童和老人等敏感人群应尽量避免在午后日照强烈时外出，远离马路边、装修污染严重的地方。在国家层面，目前主要要建立臭氧和PM2.5协同控制机制，制定行之有效的臭氧污染防治对策。

挥发性有机化合污染物和氮氧化物是臭氧形成的重要前体物，控制臭氧污染，就要协同控制好挥发性有机化合物和氮氧化物的排放。如：使用天然气、太阳能、风能、生物质能等清洁能源，整治各类散乱污企业，限制煤炭等的消费总量；优化发展方式，改进工艺设计，在火电、钢铁、水泥建材、焦化、有色、石油炼制、化工、农药医药、包装印刷等重点行业实施清洁生产，减少污染物排放；控制城市机动车数量，进一步严格尾气排放标准，鼓励购买和使用清洁能源汽车，减少机动车尾气排放量。

按《大气污染防治行动计划》，通过采取综合防治措施，坚持政府调控与市场调节相结合、全面推进与重点突破相配合、区域协作与属地管理相协调、总量减排与质量改善相同步，形成政府统领、企业施治、市场驱动、公众参与的大气污染防治新机制。

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