氧氣是一種與生命活動(dòng)密不可分的氣體。我們都知道空氣中的氧氣是由綠色植物和藻類光合作用產(chǎn)生的，空氣中氧氣的比例約為21%。那么如果在一些特定的情況下需要高濃度的氧氣該怎么辦呢？下面介紹幾種制備氧氣的一般方法:
工業(yè)氧氣生產(chǎn)
1.空氣冷凍分離法
空氣中的主要成分是氧氣和氮?dú)?/span>。利用氧和氮的不同沸點(diǎn)從空氣中制備氧稱為空氣分離。先將空氣預(yù)冷、凈化(除去空氣中的少量水分、二氧化碳、乙炔、碳?xì)浠衔?/span>等氣體和灰塵等雜質(zhì))，然后壓縮、冷卻，成為液態(tài)空氣。然后利用氧和氮的沸點(diǎn)差異，液態(tài)空氣在精餾塔中蒸發(fā)冷凝數(shù)次，分離出氧和氮，得到純氧(純度99.6%)和純氮(純度99.9%)。如果增加一些附加設(shè)備，稀有惰性氣體，如氬、氖、氦、氪、氙等。空氣中含量很少的，也可以提取。空分裝置產(chǎn)生的氧氣由壓縮機(jī)壓縮，最后壓縮后的氧氣裝入高壓鋼瓶?jī)?chǔ)存，或直接通過(guò)管道輸送到工廠和車間使用。用這種方法制氧，需要大型成套設(shè)備和嚴(yán)格的安全操作技術(shù)，但產(chǎn)量高，每小時(shí)可制氧數(shù)千立方米。而且消耗的原材料只是不需要購(gòu)買、運(yùn)輸、儲(chǔ)存在倉(cāng)庫(kù)里的空氣。因此，自1903年研制出第一臺(tái)低溫空氣分離制氧機(jī)以來(lái)，這種制氧方法得到了廣泛的應(yīng)用。
2、分子篩氧氣法(吸附法)
利用氮分子比氧分子大的特點(diǎn)，用特殊的分子篩分離空氣中的氧。首先，壓縮機(jī)迫使干燥空氣通過(guò)分子篩進(jìn)入真空吸附器，使空氣中的氮?dú)夥肿颖环肿雍Y吸附，氧氣進(jìn)入吸附器。當(dāng)吸附器中的氧氣達(dá)到一定量(壓力達(dá)到一定水平)時(shí)，可以打開氧氣出口閥釋放氧氣。一段時(shí)間后，分子篩吸附的氮?dú)庵饾u增多，吸附能力減弱，產(chǎn)生的氧氣純度降低。需要用真空泵將吸附在分子篩上的氮?dú)獬槌?，然后重?fù)上述過(guò)程。這種制造氧氣的方法也叫吸附法。采用吸附法的小型制氧機(jī)已經(jīng)開發(fā)出來(lái)并廣泛應(yīng)用于家用制氧機(jī)中。
3.電解制氧方法
將水放入電解槽中，加入氫氧化鈉或氫氧化鉀提高水的電解程度，然后施加直流電，使水分解成氧氣和氫氣。每生產(chǎn)一立方米氧氣，同時(shí)獲得兩立方米氫氣。電解生產(chǎn)一立方米氧氣需要12-15千瓦時(shí)，與上述兩種方法的電耗(0.55-0.60千瓦時(shí))相比是不經(jīng)濟(jì)的。因此，電解法不適合大量生產(chǎn)氧氣。同時(shí)，產(chǎn)生的氫氣如果收集不當(dāng)，會(huì)聚集在空氣中，如果與氧氣混合，很容易發(fā)生劇烈爆炸。所以電解不適合家庭制氧。
二、化學(xué)制氧
而工業(yè)和醫(yī)用氧氣都是從自制的制氧廠購(gòu)買的。工廠制氧的原料是空氣，所以價(jià)格很便宜。但是氧氣的儲(chǔ)存、運(yùn)輸和使用(高壓氧氣瓶和液氧專用罐)都不方便。因此，在遠(yuǎn)離制氧廠的偏遠(yuǎn)山區(qū)運(yùn)輸困難。此外，一些特殊環(huán)境，如病人家中、高空飛行、水下潛艇、潛水作業(yè)、礦山救援等。非常不方便搬運(yùn)巨大笨重的鋼瓶。小鋼瓶?jī)?chǔ)氧量小，使用時(shí)間短，于是出現(xiàn)了化學(xué)制氧法。在這些化合物中，無(wú)機(jī)過(guò)氧化物的氧含量最高，容易釋放。目前過(guò)氧化氫多用于化學(xué)制氧。
對(duì)無(wú)機(jī)過(guò)氧化合物的科學(xué)研究始于18世紀(jì)。798年，德國(guó)自然科學(xué)家亞歷山大·洪堡在高溫下氧化氧化鋇，制成過(guò)氧化鋇。1810年，法國(guó)化學(xué)家約瑟夫-路易·蓋·呂薩克和路易-雅克·德納合作制備過(guò)氧化鈉和過(guò)氧化鉀。1818年，納德用酸處理過(guò)氧化鋇，然后通過(guò)蒸餾發(fā)現(xiàn)了過(guò)氧化氫。在過(guò)去的200年里，化學(xué)家們不斷研究發(fā)現(xiàn)了大量的無(wú)機(jī)過(guò)氧化合物。這些過(guò)氧化物在受熱、遇水或其他化學(xué)試劑時(shí)，很容易析出氧氣。常用的過(guò)氧化物如下:
1.液態(tài)過(guò)氧化物(液氧發(fā)生器)-過(guò)氧化氫
過(guò)氧化氫，化學(xué)名稱為過(guò)氧化氫(H2O2)，是一種無(wú)色透明的液體，有淡淡的特殊臭氧氣味。它是一種非常不穩(wěn)定的物質(zhì)，在熱、堿、雜質(zhì)等很多情況下會(huì)加速其分解。溫度每升高5℃，它的分解率就會(huì)增加1.5倍。即使是濃度為35%的稀釋過(guò)氧化氫，在pH值升高的情況下(例如儲(chǔ)存在含堿玻璃瓶中)超過(guò)6小時(shí)也會(huì)迅速分解。雙氧水中混有少量雜質(zhì)(如鐵、銅、黃銅、青銅、鉛、銀、鉻、錳等金屬粉末或其鹽)。即使在室溫下，也會(huì)引起劇烈分解，產(chǎn)生氧氣。
過(guò)氧化氫是過(guò)氧化物中最基本的物質(zhì)，也是世界各國(guó)科學(xué)家已知的最早的化學(xué)制氧機(jī)。過(guò)氧化氫具有制氧率高(30%稀釋液中有效氧含量為14.1%)和成本低的優(yōu)點(diǎn)。但雙氧水是一種強(qiáng)腐蝕劑，稍有不慎就會(huì)造成人身傷害，很多情況下還會(huì)引起爆炸或燃燒。在使用、儲(chǔ)存和運(yùn)輸中，它是一種危險(xiǎn)產(chǎn)品。比如在常壓下，過(guò)氧化氫的蒸氣濃度達(dá)到40%以上時(shí)，溫度過(guò)高，即有爆炸的危險(xiǎn)。過(guò)氧化氫與有機(jī)物混合后，能生成靈敏、強(qiáng)烈的高效炸藥。當(dāng)與有機(jī)物質(zhì)如過(guò)氧化氫、酒精、甘油等混合時(shí)。，它會(huì)形成非常危險(xiǎn)的爆炸性混合物。
過(guò)氧化氫是一種強(qiáng)氧化劑，對(duì)有機(jī)物，尤其是紡織品和紙張有腐蝕性，與大多數(shù)可燃物接觸會(huì)自行燃燒。
