臭氧

1785年，德国人在使用电机时，发现电机在发电时会产生一种异味。1840年，德国科学家舍拜恩在电解稀硫酸时，发现有一种特殊臭味的气体释出。这种气体的气味与雷电后空气中的腥臭味相同，他判定这种气味是由一种新物质产生的，并将此物质命名为臭氧。自此，臭氧的神秘面纱终于被揭开了。

臭氧（O3）的名称来源于希腊文，意为气味难闻。臭氧是氧气的“亲兄弟”，它的分子由3个氧原子组成。在紫外线的照射下，一个氧气分子可分解为两个氧原子，其中一个氧原子和其余的氧分子再一次结合，就形成了臭氧分子。

臭氧浓度在0.02ppm至0.04ppm范围内时可被多数人感知。当浓度约在0.02ppm时，臭氧会使空气闻起来清新，令人神清气爽。在浓度较高时，臭氧具有特殊的臭味，是近地面一種令人讨厌的污染物。和以PM2.5（细颗粒物）为首的污染相比，臭氧污染潜伏得更深。即使在晴朗的蓝天下，也可能存在臭氧浓度超标的问题。

人类与臭氧相识之初就对它没什么好印象。后来，人们逐渐认识到，臭氧原来像它的同胞兄弟氧气（O2）一样，也是人类不可或缺的好朋友，更是陆地生物的保护神。毫不夸张地说，是臭氧使生物从海洋发展到陆地成为可能，没有臭氧，就没有人类的繁衍，更不会有今天美丽的地球家园。

陆地生物的保护伞

在46亿年前地球形成的初期，大气层主要由氮、氢、甲烷、氨、硫化氢等还原性气体和少量水蒸气构成。没有含氧的大气层，更没有臭氧，含有高能紫外线的阳光直达地球表面。所有生物都经受不住紫外线的杀伤，只能依靠水层的保护，深藏于海湖水面之下，很难走向陆地。

幸运的是，在地球诞生40亿年以后，由于大气中氧含量逐渐增加以及复杂的光化学反应不断发生，大气中臭氧浓度达到了现今的10%左右，形成了相对稳定的臭氧层。臭氧层能够吸收阳光中波长295纳米以下、对人类和生物危害最大的短波紫外光（UVC），并能吸收大部分对生物有一定危害的波长280～320纳米的中波紫外光（UVB），波长大于320纳米的长波紫外光（UVA）则可到达地球表面。生物从此开始大规模地向陆地发展。亿万年来，臭氧浓度不断增加，依靠臭氧对紫外线吸收的不断增强，高等生物乃至人类才得以出现和发展。所以，说臭氧层是地球的保护伞一点也不过分。正是这把保护伞的存在，才有了今天的人类及今天世界上的万物，才有了地球陆地上的万紫千红。

实际上，臭氧层除了具有上述保护作用外，还具有加热作用，这对于地球也是十分重要的。臭氧层吸收紫外光，加热大气，大气温度因此在离地面50千米左右处有一峰值，地球上空15～50千米有一个升温层。这使得地球有别于其他星球，具有大气平流层。这种温度结构对于地球大气循环有着重要的影响。而在对流层上部与平流层底部的低温区，臭氧也有着非常重要的作用。如果这一高度的臭氧含量减少，将会产生地面气温下降的动力。因此，平流层臭氧的含量与分布会对地球大气循环、气候变化和生态平衡产生非常重要的影响。

杀菌消毒的巧帮手

臭氧是天然物质中最强的氧化剂之一，氧化能力仅次于氟。与它的兄弟氧气相比，臭氧具有更强的灭菌、氧化、脱色和除味功能，这使得臭氧在人类的生产与生活中有了日益广泛的应用。

臭氧在分解污染物的同时，还具有脱色、除臭、杀菌的功能。目前，臭氧氧化法已在造纸废水、印染废水、炼油废水和焦化废水的处理中得到应用。

臭氧的消毒杀菌功能具有广谱性（几乎可杀灭所有病菌、病毒、霉菌及原虫、卵囊等）、高效性（扩散均匀、不留死角、速度快）、高洁净性（分解后只生成氧气，无有害残留）、方便（可实时方便地制备）、经济、环保等诸多优点。臭氧的消毒杀菌功能较氯制剂强数百倍，也更安全;而与紫外线消毒相比，耗时仅为其1/6。

1856年，在法国巴黎，人类首次应用臭氧进行医院房间消毒。1905年，已有人将臭氧用于水的净化处理。1909年，法国又率先将臭氧用于肉类冷冻厂的杀菌保鲜。1995—1997年，日、法、澳、美等发达国家通过立法，正式确认臭氧可以用于食品行业。

目前，臭氧的应用已进入普通家庭。家用臭氧解毒机可方便地用于日常生活的诸多方面，如饮用水及房间空气的净化，食品、餐具及衣物的消毒灭菌，洗浴（具有保健、排毒、美容、消炎治病等功效），养鱼（可改善水质），浇花（除虫杀菌）和厕所除臭等。将瓜、果、菜、蛋、肉、鱼等置于水中，通入臭氧数十分钟，就可以祛除残存的毒物与细菌。在水果贮藏期间，使用一定体积浓度的臭氧处理，可使霉菌的生长受到抑制，贮藏期大大延长。

近年来，我国开始在温室大棚内试验用臭氧祛除病虫害。初步结果表明，除害效果好，无毒物残留，方便、高效、成本低。不仅可同时消灭多种病虫害，还可改善瓜果品质，提高产量。植物种子经含有臭氧的水溶液浸泡15～20分钟，可杀死种子表面的病毒、细菌、虫卵等有害物质，有利植物的健康成长。

臭氧还是污水治理的生力军。凭借其超强的氧化能力，臭氧可将农药、染料等多种有机物氧化降解为无毒的二氧化碳与水，彻底消除废水中的有害物质，且不产生新的二次污染物。臭氧在分解污染物的同时，还具有脱色、除臭、杀菌的功能。目前，臭氧氧化法已在造纸废水、印染废水、炼油废水和焦化废水的处理中得到应用。

呵护健康的好大夫

臭氧除可用于环境的消毒杀菌外，还可直接治疗多种疾病，是呵护人类健康的好大夫。

臭氧的临床应用始于欧洲，如今已有上百年的历史。1902年，法国人胡日昂在巴黎医学院通过了吸入臭氧治疗百日咳的论文答辩，成为第一个研究应用臭氧治病获得博士学位的人。1936年，法国医生奥博格最早提出向直肠内吹入臭氧治疗慢性结肠炎。目前，臭氧的临床应用已非常普遍，其疗效也得到充分肯定。

在我国，臭氧在医疗中的应用始于本世纪，起步较晚。2008年，我国成立了臭氧治疗专业委员会。自2009年起，每年都举行一次全国臭氧临床应用研讨会，这表明臭氧治疗在我国也已成为医疗研究与应用的新热点，并发展成一种新型治疗技术。现在，全国已有一大批单位正式挂牌从事臭氧规范化治疗，并取得了良好疗效。

臭氧主要应用于创伤及难治性溃疡的治疗、癌症的辅助治疗、腰椎间盘及骨关节疾病的治疗、抗自由基防衰老及中风等疾病的治疗，也可广泛用于各种疼痛疾病如风湿、滑膜炎、肩周炎、颈椎病、腰肌劳损等的治疗。值得注意的是，臭氧给腰椎间盘突出症的根治带来了希望。20世纪90年代，意大利首先开展了臭氧椎间盘及椎旁间隙注射术，治愈率可达70%～80%。目前，该疗法已在欧洲各国得到普遍应用。

此外，应用臭氧无创治疗技术还能够有效治疗多种妇科炎症，具有无创伤、疗效好、不伤肌体等诸多优点。在急性肝炎治疗中，臭氧有很好的退黄疸、降低转氨酶作用。臭氧还有望成为SARS病毒的克星。我国科学家的初步试验表明，使用臭氧对绿猴肾细胞接种的SARS病毒综合灭活率达99%以上。

前途无量的新产业

大气中的臭氧主要是太阳紫外光、闪电对氧气作用而成，工业或民用臭氧则必须人工合成，但目前臭氧技术产业仍处于初级阶段。山西森特集团总裁杨晓峰曾呼吁抓住环保健康产业大发展时机，推动臭氧产业发展，重点发展臭氧环保装备业、医疗产业、大农业等。

目前，臭氧制备方法主要有光化学法、电解法、电晕放电法、放射化学法等。

光化学法主要利用光波中的紫外光使氧气分解并聚合成臭氧。其優点是对湿度、温度不敏感，具有很好的重复性;同时，可以通过灯的功率线性控制臭氧浓度、产量，从而适于人体治疗，或为仪器制备臭氧标准源。然而，从能耗和产物浓度来看，以之大量生产臭氧并不现实。

电解法是利用直流电源电解含氧电解质产生臭氧的方法，其历史同发现臭氧一样悠久。电解法臭氧发生器具有臭氧浓度高、成分纯净、在水中溶解度高的优势，在医疗、食品加工与养殖业及家庭方面具有广泛应用前景。

电晕法是使干燥的含氧气体流过电晕放电区产生臭氧的方法，是目前世界上应用最多的臭氧制取技术。应用该技术的臭氧制备装置，能够使臭氧产量单台达500千克/小时以上。

放射化学法是利用各种放射源核辐射冲击离解氧分子而生成臭氧。该法能耗较低，只有无声放电法的1/3，但投资大且不安全，因此只在某些特殊情况下应用。

臭氧技术应用遍及水处理、医疗、空气净化、家庭生活、农业、食品等各个领域，臭氧产业也是国际公认的环保型产业。目前，世界上比较有名的臭氧生产企业包括美国PCI公司、加拿大YANCO公司、美国CYCIopss织物系统公司、美国蓝宝石技术公司、瑞士奥宗尼亚（Ozonia）公司、美国Ozone Solutions公司等。其中，美国PCI公司是目前世界最大臭氧生产企业。

我国臭氧技术的研究及应用起步晚，生产单位分散，规模小，大型臭氧产品技术比较落后，但由于小型臭氧技术产品对发生器性能要求较低、价格便宜、应用面广，因此从上世纪80年代中期开始在我国迅速发展。虽然在产品设计上仍与国外存在较大差距，臭氧发生器配套产品也不够完善，但据有关部门估计，国内臭氧行业市场容量极其庞大，可谓前途无量。

◎ 来源| 综合中国化工报、科普中国