净化密闭空间一氧化碳的实验探究

赵骏波++梁京梅++李书沐

摘 要：一氧化碳（CO）是毒性很强的污染物。以改善环境质量，保护人员安全为目标，笔者探索了净化密闭空间中CO的实践方法。从有效、经济方面考虑，重点实验探究了基于不同pH值的氯化亚铜溶液（CuCl）对CO的吸收特性，发现强酸性CuCl溶液，能够比较好地吸收净化密闭空间中的CO，而且CuCl溶液作为一种绿色环保化学材料，还可以为分离和再生CO提供实验思路和新的应用。

关键词：一氧化碳 氯化亚铜 吸收 绿色化学

中图分类号：TD77 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）10（a）-0095-02

一氧化碳（CO）是对血液和神经系统毒性很强的污染物，它可以通过呼吸系统进入人体血液内，与血液中的血红蛋白结合，对人体生命带来极大危害。然而，CO的产生，主要原因碳物质燃烧不充分。中国是人口众多的发展中大国，近年来工农业快速发展，随之也带来了环境污染要问题，CO已成为工业中由于碳物质燃烧不充分排放的主要污染源之一，其排放量也呈逐年增加的趋势，对人民生活带来很多隐患，做好污染物CO的净化是现代工业可持续发展面临的一个重要课题。而且，CO排放多发生在煤矿开采、爆破作业、瓦斯爆炸等密闭空间，在短时间由于释放大量CO，给环境中人员生命带来隐患。

另外，冬季寒冷，家庭的房间通风普遍差，遭遇取暖设备质量不合格，极可能造成全家人的CO中毒。据统计，我国每年仅在冬天收治的家中一氧化碳中毒病人竟为上千人。所以，如果能推广采用简单、经济的方法，迅速净化密闭环境空气中的CO，降低其含量，不仅可以减少工业排污量，改善大气环境，而且对保护家庭人员生命财产安全，都有重要意义。本文将针对密闭空间CO净化问题开展实验探究工作。

1 CO净化方法

为寻找简单、高效的密闭空间CO净化实验方法，国内外科研工作者在应对环境污染过程中一直积极探索。目前，大型化工企业通常采用的净化CO方法有：（1）低温催化氧化法；（2）光催化法；（3）甲苯的吸收法；（4）亚铜溶液吸附法[1-2]。

对于前三种处理方法，如低温催化氧化法，对CO进行净化，目前多采用Pt和Pd等贵金属制作，这些贵金属金属粒径小、分散度高、活性表面积大、表面能高，采用贵金属催化剂Pt/SnO2或Pd/SnO2对降温后的CO进行净化，有一定实验效果，但是由于需要贵金属制作，该方法成本较高，不易在普通生活中使用；第二种光催化法，工作原理简单，但由于需要二氧化钛（TiO2）电极，利用TiO2在紫外光照射下，能对CO产生光催化加速分解的原理，把CO转化成二氧化碳和水，该实验方法虽然原理简单，但是实际工作过程需要非常干燥的环境，还要有一定强度的紫外光照射TiO2电极，在常温、常湿环境中实施会有困难；第三种方法，用甲苯进行吸收，看似简单，但是甲苯材料非“绿色材料”，使用不当容易造成二次污染；基于以上原因，最后把实验探究的目标锁定在比较经济、实验条件要求不高、绿色环保的亚铜材料上进行化学吸附。

2 基于氯化亚铜化学吸附净化CO

化学吸附法的工作原理是：金属离子与CO络合进而净化CO。所以利用亚铜材料对CO进行净化和吸附，主要是以Cu+的吸附特性工作原理，Cu+能与CO结合形成羰基络合物，如果试验中选用氯化亚铜溶液（CuCl）[3]，该材料在工业界属于“绿色化学”环保材料，CuCl对CO的吸收是基于以下化学反应：

CuCl+CO→Cu（CO）Cl

从原子结构上看，CO结构主要为：碳原子的两个未成对P电子和氧原子的P电子形成的两个共价键。CO携带孤对电子，Cu+有空轨道，可以接收这对孤对电子，二者比较容易结合，形成氯化碳酰铜。同时氯化碳酰铜溶液并不稳固，加热可以破坏配位键，从而又分解释放CO。所以，利用CuCl溶液对CO不仅可以进行吸收净化，同时还提供一个CO净化后再回收利用的思路。

实验前，进行了简单计算，0.5mL的CO理论上可以被约0.0009g的CuCl完全吸收，按照以上原理，我們制定好CO吸收净化的实验方案设计，在老师的帮助下，我们来到中科院化学所，进行了以下两组对比实验。

第一组：（1）0.5g的CuCl配制成的100mL的CuCl水溶液；（2）1g的CuCl配制成的100mL的水溶液；在通风橱内，分别取15mL的CuCl溶液于烧瓶中，用翻口塞盖好，室温下分别向烧瓶中各通满氮气，再分别通入30mL的CO（已提前制取好），根据容器瓶中通入CO后CuCl溶液的颜色变化深度和速度对净化反应进程进行判断。结果表明：选用不同浓度的CuCl水溶液进行CO吸收的试验中，发现中性的CuCl溶液的淡绿色，在反应后静置一段时间，溶液稍微变暗，但基本仍未浅绿色，颜色变化速度均不明显，说明反应不充分，主要原因是中性CuCl溶液中Cu+很不稳定，在中性水溶液中吸附效果差。

第二组实验：选取盐酸作为CuCl的稳定剂，容量瓶中分别配置：（1）0.5g的CuCl配制成的100mL的盐酸溶液，调节pH值至4；（2）0.5g的CuCl配制成100mL盐酸溶液，调节pH值至2；同第一组实验过程一样，在通风橱内，分别取15mL的CuCl溶液于烧瓶中，用翻口塞盖好，再分别通入30mL的CO（已提前制取好），根据容器瓶中通入CO后CuCl溶液的颜色变化深度和速度对净化反应进程进行判断。结果表明：发现通入CO后pH=2的CuCl溶液迅速变为蓝绿色，颜色变化非常明显，pH=4的CuCl溶液通入CO后反应速度和颜色变化介于pH=2和中性水溶液中间[4]。

结果表明：酸性CuCl溶液显示出其对CO有更良好的吸收特性，酸性越强，吸收特性越好。

3 结语

CO等污染废气有很多危害，净化CO有重要意义。通过本次在中科院化学所的研究性学习，实验探究了酸性CuCl溶液，能够比较好地吸收和净化密闭空间CO，而且酸性越强净化效果越好的特性。酸性CuCl溶液吸附实验，操作简单，非常符合绿色化学理念。未来工业对CO作为原材料其实需求很大，采用酸性CuCl溶液不仅可以对废气中的CO实现净化，而且对吸附后的溶液，进行有效处理，可以回收分离出CO，这不仅可降低生产成本，还可提高社会效益，变废为宝，该种绿色化学实验探究是下一步我们探究的方向。

参考文献

[1] 陆军民.工业CO废气回收利用现状与展望[J].化工科技市场，2001（11）：22-25.

[2] 张祎，刘有智，袁志国.密闭空间一氧化碳净化技术探讨[J].天然气与化工，2014，39（2）：85-90.

[3] 李丽.分子筛负载CuCl制备CO吸附剂的研究[J].山西化工，2013，33（6）：16-18.

[4] 颜智殊，侯素兰.氯化亚铜实验室制备的绿色化研究[J].湖南人文科技学院学报，2006（6）：34-36.endprint